Идентификация новых веществ в клеточных стенках стрептомицетов – патогенов картофеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

МГУ М.В. Ломоносова

Идентификация новых веществ в клеточных стенках стрептомицетов - патогенов картофеля

УДК 577.124

Космачевская Л.Н.

Аннотация

Обнаружены новые полимеры в клеточных стенках фитопатогенных стрептомицетов: нейтральные полисахариды.

Штамм Streptomyces sp. ВКМ Ас-2125 содержит галактоманнан неизвестной ранее структуры. Сам галактоманнан ранее был известен в иной структуре только в эукариотических клетках.

Штаммы S. scabies ВКМ Ас-304 и Ас-306 содержат гомогенный полимер, состоящий из N-ацетилгалактозаминильных остатков. Этот полимер ранее не был обнаружен ни в прокариотах, ни в эукариотах.

Полученные результаты могут служить основой для будущих исследований видовой специфичности фитопатогенных стрептомицетов, а также для борьбы с факторами патогенности.

Ключевые слова: фитопатогенные стрептомицеты, полимеры клеточных стенок стрептомицетов, патогенность сельскохозяйственных растений, систематика стрептомицетов

В настоящее время использование современных молекулярно-биологических критериев дает возможность построить достаточно полную естественную макросистему бактерий, однако систематика бактерий на уровне вида чрезвычайно затруднена из-за того, что само определение понятия «вида» является очень сложным в отношении микроорганизмов. До сих пор у микробиологов нет окончательной договоренности, что такое категория «вид» у бактерий, и какие критерии применять при его идентификации. Не существует единой классификации прокариот, полностью удовлетворяющей всем запросам систематики. Так, нумерическая таксономия не может учесть значительную часть признаков бактерий, закодированных в геноме (изучению поддаются до 20% свойств генотипа) [1]. Кроме того, даже небольшие изменения в температуре культивирования изучаемых микробов вызывают значительные изменения в их фенотипических свойствах. Метод молекулярной гибридизации ДНК-ДНК очень полезен при установлении степени родства между видами на родовом уровне и при окончательной идентификации атипичных штаммов. Но применительно к внутривидовой дифференциации этот метод не обладает соответствующей разрешающей способностью. Пока еще нет твердо установленных, всеми принятых критериев использования данных по гомологии ДНК для установления рангов вида и рода. Так, микробиологи, изучающие актиномицеты и стафилококки, за минимальный уровень внутривидового геномного родства принимают 60% гомологии ДНК, изучающие бацилл - 50%, стрептомицеты - 40% гомологии ДНК [1].

Еще один раздел систематики - хемотаксономия. Это направление систематики, занимающееся сравнительным анализом свойств фенотипа биохимическими методами, такими, как: изучение аминокислотного состава пептидогликана; газожидкостная хроматография липидов, менахинонов и жирных кислот; электрофоретическое разделение белков, изоферментов и т.д.

В начале 60-х годов в лаборатории проф. Бэддили, первооткрывателя тейхоевых кислот, было отмечено, что разные виды стафилококков содержат в клеточных стенках разные по структуре тейхоевые кислоты. Аналогичные результаты были получены и для видов рода Nocardiopsis [2]. В связи с этими данными возникла гипотеза о видовой специфичности анионных полимеров клеточной стенки актиномицетов. В настоящее время это предположение находит подтверждение при изучении структур анионных полимеров клеточных стенок видов и штаммов различных родов.

Клеточная стенка большинства грамположительных бактерий, принадлежащих к роду Streptomyces, содержит анионные полимеры [3]. Среди них найдены тейхоевые кислоты, тейхуроновые кислоты и фосфоросодержащие полисахариды. Эти полимеры ковалентно связаны с пептидогликаном и локализованы как внутри клеточных стенок, так и на ее поверхности. Анионные полимеры объединяет одно свойство: они сообщают поверхности бактериальной клетки отрицательный заряд, который нужен для осуществления ряда важных функций. Отрицательный заряд помогает клеткам активно распространяться в среде обитания, захватывать из нее катионы и резервировать последние для поддержания нужного катионного гомеостаза в периплазматической области между клеточной стенкой и мембраной. Тейхоевые и тейхуроновые кислоты регулируют активность автолитических ферментов, которые, в свою очередь, важны для роста, деления и разделения бактериальной клетки. К вторичным функциям этих полимеров относятся участие их в фаговой рецепции и иммуногенные свойства.

Проводящиеся сейчас исследования взаимодействия поверхностных полимеров патогенных бактерий с эукариотической клеткой [4] касаются, в основном, изучения взаимоотношений между грамотрицательными бактериями и растениями в процессах азотфиксации. Показано, что ведущая роль в прикреплении грамотрицательных бактерий к растительным клеткам принадлежит углевод-белковым взаимодействиям.

Для выяснения молекулярных основ контактных взаимодействий фитопатогенных стрептомицетов с клетками хозяина необходимо знать структуру тех соединений, которые участвуют в этих взаимодействиях.

Особенности строения структур тейхоевых, тейхуроновых кислот и других полимеров, содержащихся в клеточной стенке стрептомицетов, сейчас уже активно используют также в систематике этих бактерий.

Но особым открытием, возможно, станет обнаружение нами нейтральных полимеров в клеточных стенках стрептомицетов - фитопатогенов картофеля, чему посвящена данная статья.

Данная работа выполнялась микробиологическими, биохимическими методами и ЯМР-спектроскопией совместно с Институтом органической химии им. Зелинского. Штаммы стрептомицетов были получены в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов (г. Пущино).

Ранее нами сообщалось об обнаружении в клеточной стенке многих изученных нами стрептомицетов, вызывающих паршу картофеля, необычной кислоты (Kdn) [5]. Kdn до наших исследований был найден в виде олигомеров в эукариотических клетках (в основном, в тканях, пораженных раком), и в некоторых грамотрицательных бактериях. Полимеры же Kdn не были ранее обнаружены ни в прокариотической, ни в эукариотической клетках. Также не было известно и о -конфигурации гликозидной связи в этом девятиатомном сахаре. фитопатогенный стрептомицет бактерия

Новые исследования фитопатогенных стрептомицетов принесли новые «сюрпризы».

В клеточных стенках стрептомицетов найдены два нейтральных полисахарида (табл. 1):

Штамм Streptomyces sp. ВКМ Ас-2125 с неустановленным систематическим положением содержал, помимо замещенного глюкозой поли(глицерофосфата), полимер неизвестной ранее структуры, состоящий из эквимолярного количества маннозы и галактозы, причем он являлся основным компонентом клеточной стенки. Этот полимер - гомогенный и содержал - и -N-ацетилгалактозаминильные остатки, связанные 13 и 16 связями. Повторяющаяся единица полимера имеет следующую структуру:

6)-[Man-(13)]--D-Galp-(1

Это было довольно неожиданно, тем более, что такое соединение под названием галактоманнан, но иной структуры, было найдено только в эукариотах, в частности, в одном из видов улиток. Однако это был единственный случай обнаружения галактоманнана в исследуемых организмах. Клеточная стенка стрептомицета содержала также небольшое количество остатков Kdn.

Штаммы Streptomyces scabies ВКМ Ас-304 и Ас-306 содержали гомогенный полимер, состоящий из N-ацетилгалактозаминильных остатков. Этот полимер ранее не был обнаружен ни в прокариотах, ни в эукариотах:

6)--GalpNAc-(13)--GalpNAc-(1

Таблица 1. Встречаемость и структура полимеров в клеточных стенках изученных стрептомицетов

Как видно из таблицы 1, все штаммы содержали также Kdn.

Проверка патогенности всех этих трех штаммов сотрудниками Белорусского Института картофелеводства показала, что штаммы являлись вирулентными.

Какую роль играют эти впервые обнаруженные в прокариотах нейтральные соединения, еще предстоит выяснить. В любом случае неожиданное наличие этих полимеров может сыграть важную роль в классификации видовой специфичности как стрептомицетов, так и всех бактерий.

По мнению автора, это исследование, кроме выявления особенностей в строении полимеров клеточных стенок вирулентных штаммов, вносит свой вклад и в гипотезу о видовой специфичности анионных полимеров стрептомицетов.

Список использованных источников

1. Блохина Н.И., Леванова Г.Ф. Антонов А.С. Систематика бактерий (с основами геносистематики) // Нижний Новгород. 1992. 113 c.

2. Naumova, I.B., Shashkov, A.S., Tul'skaya, E.V., Streshinskaya, G.M., Kozlova, Y.I., Potekhina, N.V., Evtushenko, L.I., Stackebrandt, E. Cell wall teichoic acid: structural diversity, species specifity in the genus Nocardiopsis, and chemotaxonomic perspective // FEMS Microbiol.Rev. 2001. 25 - (3). P. 269-284.

3. Наумова И.Б., Шашков А.С. Анионные полимеры клеточных стенок грамположительных бактерий // Биохимия. 1997, т. 62, вып. 8. С. 947-982.

4. Егоренкова И.В., Кононова С.А., Скворцов И.М., Игнатов В.В. Исследование начальных этапов взаимодействия бактерий Azospirillum brasilense с корнями проростков пшеницы: адсорбции, деформации корневых волосков // Микробиология. 2000, 69 - (1). P. 120-126/

5. Космачевская Л.Н. Биохимические и биотехнологические аспекты фитопатогенных стрептомицетов картофеля // «АгроЭкоИнфо», 2010, №2, http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2010/2/ st_17.doc. - 0421000076\0015.

Размещено на Allbest.ru