Характеристика мутантів штаму Streptomyces sioyaensis - Характеристика та використання бактерій Nocardia mediterranea

Сьогодні в центрі уваги генетичних досліджень знаходиться хімічний мутагенез, що має дуже важливе значення для екології, сільського господарства та медицини. Перші хімічні мутагени були відкриті в 30-х В. В. Сахаровим, М. Ю. Лобашовим і С. М. Гершензоном. Через деякий час ці дослідження досягли широкого розмаху завдяки дослідженням І. А. Рапопорта і Ш. Ауербах, які вперше виявили 100-% мутагенний ефект у окремих хімічних сполук - супермутагенів. Хімічні мутагени - це речовини, які викликають хімічні перетворення, що супроводжуються змінами у структурі ДНК. метил-N-нітро-N-нітрозогуанідин (НГ) належить до сполук, які алкілюють ДНК, - найсильніший з хімічних мутагенів. До цієї групи належать також диалкілсульфати (диметилсульфат, диетилсульфат), алкілалкансульфати (метилметансульфонат, етилметансульфонат), N-нітрозосполуки та діазоалкани (N-алкіл-N-нітрозосечовина, N-алкіл-N-нітро-N-нітрозогуанідин, пропіленоксид), бетапропіолактон, етиленіміни, іприти (сірчистий іприт, азотистий іприт). Ці сполуки є електрофілами, спорідненими до нуклеофільних центрів біологічних макромолекул. НГ утворює конюгати з глутатіоном. У відповідному стані глутатіон є нуклеофілом і реагує з електрофільними сполуками. Реакція НГ з цистеїновим залишком глутатіону призводить до утворення діазометану - високореактивної метилуючої сполуки, яка власне, й спричиняє мутагенний ефект [3, ст. 242]

В азотистих основах ДНК є багато сайтів, здатних реагувати з алкілуючими агентами. У залишку аденіну це N1, N3, N6 та N7; гуаніну - N1, N2, N3, N6, N7 та О6; цитозину - N3, N4 та О2; тиміну - N3, О2 та О4. Загалом атоми основ азоту є більш нуклеофільні, ніж атоми кисню. Найбільш реактивними є сьомий атом азоту в гуаніні та третій атом азоту в аденіні. Підлягають алкілуванню також й залишки фосфорної кислоти, у результаті чого виникають фосфотриефіри. Близько 85% пошкоджень ДНК, спричинених НГ, це метильовані азотисті основи, а 14% - фосфотриефіри.

Першим тіопептидним антибіотиком, який вдалося виділити у 1954р. був тіострептон (продуцент Streptomyces azureus). Цей вторинний метаболіт виявився ефективним проти грам-позитивних бактерій і за своїм ефектом був схожий на пеніцилін. Проте, незважаючи на свою перспективність, він так і не був впроваджений для клінічного використання через токсичність та низьку розчинність у воді. Згодом було відкрито ще цілий ряд тіопептидних антибіотиків, серед яких були сіоміцин (продуцент Streptomyces sioyaensis), тіопептин (продуцент Streptomyces tateyamensis).

Головну роль в процесі диференціації відіграє Rel-контроль, опосередкований продуктами генів relA та relC. Цими продуктами є ppGpp синтаза ти рибосомний білок L11, що необхідний для активації попереднього. Ініціація початкових шляхів синтезу вторинних метаболітів починається після розвитку повітряного міцелію та формування спор.

Представники роду Streptomyces є особливо цікавими, оскільки вони синтезують велику кількість антибіотиків, важливих в промисловості та медицині. Ініціація продукції антибіотика, часто згадується як "фізіологічна диференціація", зазвичай відбувається протягом переходу між вегетативним ростом і морфологічною диференціацією організму. Розпізнавання сигналів, що запускають процес диференціації є важливим в регуляції початку морфологічної і фізіологічної диференціації. Було відкрито, що морфологічна диференціація запускається зменшенням кількості ГТФ, тоді як фізіологічна - збільшенням вмісту ppGpp [7, ст. 311]

Отже, для отримання високоактивних штамів - продуцентів антибіотиків, необхідно вивчити та вміло використовувати метод направленого індукованого мутагенезу, для зміни структури та експресії генів біосинтезу антибіотиків та первинних метаболітів. Також важливим моментом для отримання мутантів з високою антибіотичною активністю є вивчення генів, які контролюють стійкість до власного та інших антибіотиків, а також механізму їх дії.

Таким чином, використання селекційних підходів та сучасних генно-інженерних маніпуляцій є важливим моментом у конструюванні штамів - продуцентів протипухлинних антибіотиків. А висока вартість цих препаратів, зумовлена порівняно низькою антибіотичною активністю штамів-продуцентів та їх здатністю синтезувати складні суміші кінцевих продуктів, з яких лише один або два мають терапевтичну цінність, надає все більшої актальності пошуку надпродуцентів цих антибіотиків.

Спонтанні рифампіцин-резистентні (Rifr) мутанти штаму S. sioyaensis відбирали на середовищі, яке містило 0,5 мкг/мл рифампіцину. Частота виникнення Rifr-мутантів становила 10-6. Відомо, що спонтанні мутанти бактерій, стійкі до антибіотиків, виникають із частотою 10-5-10-7. Було отримано 210 спонтанних Rifr-мутантів. Мутанти S. sioyaensis поділили на групи за рівнем стійкості до рифампіцину за допомогою методу відбитків. До I групи увійшли мутанти, які були стійкими до концентрації рифампіцину 5-20 мкг/мл туди увійшло 96,2% мутантів. До II групи увійшли мутанти стійкі до 50-100 мкг/мл, їх кількість становила 3,8%. Серед Rifr-мутантів II групи було виділено мутанти Rif49S і Rif50S, які росли на середовищі із концентрацією рифампіцину 100мкг/мл [2, ст. 4]

У Streptomyces спори утворюються в два етапи:

    1. Апікальна ділянка повітряної гіфи відділяється септою, нуклеоїд витягується. 2. Майже одночасно клітина ділиться септами на ділянки, нуклеоїд ділиться в тих же місцях, клітинна стінка стає в 2 рази товща, спори округляються і їх стінка стає в 7 разів товща за стінку гіфи.

Актиноміцети (роду Streptomyces, Streptosporangium, Micromonospora, Actinomadura) є постійними мешканцями кишечнику дощових черв'яків, термітів і багатьох інших безхребетних. Руйнуючи целюлозу і інші біополімери, вони є їх симбіонтами. У організмі людини мешкають в ротовій порожнині, в кишечнику, в дихальних шляхах, на шкірі, в зубному нальоті, в каріозних зубах, на мигдалинах. Геноми представників роду Streptomyces представлені лінійними молекулами ДНК. Хромосома Streptomyces coelicolor A3(2) є лінійною молекулою ДНК розміром 8667507 п. н., що містить 7825 гена, які кодують білки, відсоток Г+Ц пар складає 72,1 %. Геном Streptomyces avermitilis також представлений лінійною молекулою ДНК розміром 9025608 п. н., що містить 7581 гена, які кодують білки, відсоток Г+Ц пар складає 70,7 %.

Похожие статьи




Характеристика мутантів штаму Streptomyces sioyaensis - Характеристика та використання бактерій Nocardia mediterranea

Предыдущая | Следующая