Новые бактерии-продуценты осмопротекторных веществ, выделенные из засоленных природных и техногенных экосистем Пермского края: физиология, генетика и биотехнологический потенциал

Авторы

  • Л.Н. Ананьина Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
  • А.А. Горбунов Институт технической химии УрО РАН
  • А.А. Пьянкова Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
  • Е.А. Шестакова Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
  • А.В. Назаров Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
  • Д.О. Егорова Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
  • А.О. Воронина Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/2658-705X/2020.4.7

Ключевые слова:

галофильные и галотолерантные бактерии, осмопротекторные вещества, эктоин

Аннотация

Проведен скрининг галофильных и галотолерантных бактерий, изолированных из биоценозов района промышленных разработок Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (Пермский край), на способность синтезировать биотехнологически значимый осмопротектор - эктоин. Для исследования были отобраны штаммы представителей родов Halomonas и Chromohalobacter семейства Halomonadaceae класса Gammaproteobacteria, а также штаммы бактерий, принадлежащих родам Arthrobacter и Rhodococcus класса Actinobacteria. В ходе исследований методом спектроскопии ЯМР 1Н охарактеризована доля эктоина по отношению к другим соединениям, накапливаемым клетками в условиях высокого осмотического давления. Показано, что в клетках представителей семейства Halomonadaceae преобладал эктоин: его доля составляла, в зависимости от штамма, 64,0-78,1%. Осуществлен структурно-функциональный анализ генов, кодирующих ферменты синтеза эктоина, в геномах бактерий родов Halomonas, Chromohalobacter, Cobetia, Kushneria, Halotalea и Salinicola семейства Halomonadaceae, депонированных в публичной базе данныхНационального центра биотехнологической информации США (NCBI). Разработан и апробирован протокол амплификации ect-генов у бактерий исследованных таксономических групп.

Поддерживающие организации
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Министерства образования и науки Пермского края, проект № 17-44-590178, и в рамках государственного задания, номер госрегистрации темы АААА-А19-119112290008-4.

Биографии авторов

  • Л.Н. Ананьина, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН

    кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии и биотехнологии, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН ("ИЭГМ УрО РАН")

  • А.А. Горбунов, Институт технической химии УрО РАН

    кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории синтеза активных реагентов, Институт технической химии УрО РАН - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН ("ИТХ УрО РАН")

  • А.А. Пьянкова, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН

    инженер лаборатории молекулярной микробиологии и биотехнологии, "ИЭГМ УрО РАН"

  • Е.А. Шестакова, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
    инженер лаборатории молекулярной микробиологии и биотехнологии, ИЭГМ УрО РАН
  • А.В. Назаров, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН

    кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии и биотехнологии, "ИЭГМ УрО РАН"

  • Д.О. Егорова, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН

    кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии и биотехнологии, "ИЭГМ УрО РАН"

  • А.О. Воронина, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН

    инженер лаборатории молекулярной микробиологии и биотехнологии, "ИЭГМ УрО РАН"

Библиографические ссылки

  1. Ананьина Л.Н., Шестакова Е.А., Пьянкова А.А., Плотникова Е.Г. Дизайн системы олигонуклеотидов и оптимизация условий амплификации ect-генов бактерий рода Salinicola семейства Halomonadaceae // Вестник Пермского Университета. Серия биология. - 2017. - В. 3. - С. 297-303.
  2. Розанова Е.П., Назина Т.Н. Углеводородокисляющие бактерии и их активность в нефтяных пластах // Микробиология. - 1982. - Т. 51. - №. 2. - С. 342-348.
  3. Alvarez H.M., Silva R.A., Cesari A.C., Zamit A.L., Peressutti S.R., Reichelt R., Keller U., Malkus U., Rasch C., Maskow T., Mayer F., Steinbchel A. Physiological and morphological responses of the soil bacterium Rhodococcus opacus strain PD630 to water stress // FEMS Microbiology Ecology. - 2004. - Vol. 50. - № 2. - Р. 75-86.
  4. Bernard T., Jebbar M., Rassouli Y., HimidiKabbab S., Hamelin J., Blanco C. Ectoine accumulation and osmotic regulation in Brevibacterium linens // The Journal of General Microbiology. - 1993. - Vol. 139. - P. 129-136.
  5. Calderon M.I., Vargas C., Rojo F., Iglesias-Guerra F., Csonka L.N., Ventosa A., Nieto J.J. Complex regulation of the synthesis of the compatible solute ectoine in the halophilic bacterium Chromohalobacter salexigens DSM 3043T // Microbiology. - 2004. - Vol. 150. - P. 3051-3063.
  6. Canovas D., Vargas C., Calderon M.I., Ventosa A., Nieto J.J. Characterization of the genes for the biosynthesis of the compatible solute ectoine in the moderately halophilic bacterium Halomonas elongata DSM 3043 // Systematic and Applied Microbiology. - 1998. - Vol. 21. - № 4. - P. 487-497.
  7. Canovas D., Vargas C., Iglesias-Guerra F., Csonka L.N, Rhodes D., Ventosa A., Nieto J.J. Isolation and characterization of salt sensitive mutants of the moderate halophile Halomonas elongata and cloning of the ectoine synthesis gene // The Journal of Biological Chemistry. - 1997. - Vol. 272. - № 41. - P. 25794-25801.
  8. Cappelletti M., Fedi S., Zampolli J., Di Canito A., D’Ursi P., Orro A., Viti C., Milanesi L., Zannoni D., Di Gennaro P. Phenotype microarray analysis may unravel genetic determinants of the stress response by Rhodococcus aetherivorans BCP1 and Rhodococcus opacus R7 // Research in Microbiology. - 2016. - Vol. 167. - № 9-10. - Р. 766-773.
  9. Garcia-Estepa R., Argandona M., Reina-Bueno M., Capote N., Iglesias-Guerra F., Nieto J.J., Vargas C. The ectD gene, which is involved in the synthesis of the compatible solute hydroxyectoine, is essential for thermoprotection of the halophilic bacterium Chromohalobacter salexigens // Journal of Bacteriology. - 2006. - Vol. 188. - P. 3774-3784.
  10. Kuhlmann A. U., Hoffmann T., Bursy J., Jebbar M, Bremer E. Ectoine and hydroxyectoine as protectants against osmotic and cold stress: uptake through the SigB-controlled betaine-choline- carnitine transporter-type carrier EctT from Virgibacillus pantothenticus // Journal of Bacteriology. - 2011. - Vol. 193. - № 18. - P. 4699-4708.
  11. Kuhlmann A.U., Bremer E. Osmotically regu lated synthesis of the compatible solute ectoine in Bacillus pasteurii and related Bacillus spp. // Applied and Environmental Microbiology. - 2002. - Vol. 68. - № 2. - P. 772-783.
  12. Kuhlmann A.U., Bursy J., Gimpel S., Hoffmann T., Bremer E. Synthesis of the compatible solute ectoine in Virgibacillus pantothenticus is triggered by high salinity and low growth temperature / A.U. Kuhlmann, // Applied and Environmental Microbiology. - 2008. - Vol. 74. - № 14. - P. 4560-4563.
  13. Lentzen G., Schwarz T. Extremolytes: Natural compounds from extremophiles for versatile applications // Applied and Environmental Microbiology. - 2006. - Vol. 72. - № 4. - P. 623-634.
  14. Louis P., Galinski E.A. Characterization of genes for the biosynthesis of the compatible solute ectoine from Marinococcus halophilus and osmoregulated expression in Escherichia coli // Microbiology (UK). - 1997. - Vol. 143. - № 4. - P. 1141-1149.
  15. Malin G., Lapidot A. Induction of synthesis tetrahydropyrimidine derivatives in Streptomyces strain and their effect on Escherichia coli in response to osmotic and heat stress // Journal of Bacteriology. - 1996. - Vol. 178. - № 2. - P. 385-395.
  16. Peters R., Galinski E.A., Truper H.G. The biosynthesis of ectoine // FEMS Microbiology Letters. - 1990. - Vol. 71. - № 1-2. - P. 157-162.
  17. Roberts M.F. Organic compatible solutes of halotolerant and halophilic microorganisms // Saline systems. - 2005.- P. 1-5.
  18. Ventosa A., Nieto J., Oren A. Biology of moderately halophilic aerobic bacteria // Microbiology and Molecular Biology Reviews. - 1998. - Vol.62. - № 2. - P. 504-544.
  19. Versalovic J., Schneider M., Bruijn F., Lupski J.R. Genomic fingerprinting of bacteria using repetitive sequence-based polymerase chain reaction // Methods in molecular cell biology. - 1994. - Vol. 5. - P. 25-40.
  20. Zhao B., Lu W., Yang L., Zhang B., Wang L., Yang S.S. Cloning and characterization of the genes for biosynthesis of the compatible solute ectoine in the moderately halophilic bacterium Halobacillus dabanensis D8T // Current Microbiology. - 2006. - Vol. 53. - P. 183-188.

Загрузки

Опубликован

2021-01-12

Выпуск

№ 4 (2020)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Ананьина, Л., Горбунов, А., Пьянкова, А., Шестакова, Е., Назаров, А., Егорова, Д., & Воронина, А. (2021). Новые бактерии-продуценты осмопротекторных веществ, выделенные из засоленных природных и техногенных экосистем Пермского края: физиология, генетика и биотехнологический потенциал. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 4, 76-84. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2020.4.7