Biolodzy z Irkuck State University wraz z kolegami z University of North Florida (USA) badali metabolizm aktynobakterii bajkalskich, dużych mikroorganizmów zdolnych do syntezy substancji biologicznie czynnych. Okazało się, że brakuje im genów dla enzymów wspólnych dla tej grupy, które są odpowiedzialne za produkcję antybiotyków. Oznacza to, że te mikroorganizmy zwalczają drobnoustroje za pomocą innych białek i być może związków, które wciąż są nieznane nauce. Artykuł został opublikowany w Ekologii mikroorganizmów wodnych. Praca została wsparta grantem Rosyjskiej Fundacji Nauki.
Actinobacteria to klasa bakterii o dużych rozmiarach i złożonych kształtach, które mają zdolność niszczenia toksycznych związków zanieczyszczających środowisko. Są producentami wtórnych produktów przemiany materii, których nie potrzebują do wzrostu i rozwoju, ale pełnią inne funkcje. Wśród tych związków znajdują się czynniki wzrostu, które stymulują różne procesy komórkowe oraz feromony do „komunikacji chemicznej”. Człowiek wykorzystuje właściwości tych substancji do hamowania rozwoju patogennych bakterii i grzybów oraz wykorzystuje je w medycynie. W tej pracy naukowcy badali powstawanie wtórnych produktów przemiany materii w 24 szczepach aktynobakterii wyizolowanych ze złóż jeziora Bajkał. Naukowcy porównali to do procesów zachodzących w organizmach morskich i słodkowodnych.
„Poprzednie badania zwróciły uwagę na ekologię i wzorce rozmieszczenia geograficznego aktynobakterii z ekosystemów lądowych i morskich. Jednak przedstawiciele tej klasy z osadów słodkowodnych są nadal niedostatecznie zbadani”- mówi Maxim Timofeev, kierownik projektu w ramach grantu Rosyjskiej Fundacji Nauki, doktor nauk biologicznych, dyrektor Instytutu Biologii Irkuckiego Uniwersytetu Państwowego. Próbki wydobyto z dna jeziora na głębokości 200 metrów. Aby uzyskać kolonie aktynobakterii, osady umieszczono na pożywce, co umożliwiło zahamowanie wzrostu innych mikroorganizmów. Trzy dni później wyizolowano DNA z kolonii i metodami molekularnymi ustalono, czy istnieją geny specyficzne dla aktynobakterii - w ten sposób można mieć pewność, że bakterie niezbędne do badań wyrosły. W tym przypadku i w samym eksperymencie łańcuchy DNA zostały „pomnożone”ponieważ w samej komórce jest za mało materiału do analizy, a sztuczne kopiowanie cząsteczki rozwiązuje problem.
Naukowcy zwrócili uwagę na geny związane z syntezą związków biologicznie czynnych. Odkryli, że wyizolowane szczepy bajkalskich aktynobakterii nie posiadają genów zależnych od FAD halogenaz. Enzymy te wykorzystują energię zgromadzoną w FAD i są odpowiedzialne za przyłączanie się do różnych cząsteczek halogenu, takich jak chlor i brom. W rezultacie uzyskuje się antybiotyki, takie jak tetracykliny, chloramfenikol i inne. Większość halogenaz znajduje się w mikroorganizmach morskich. Fakt ich nieobecności w aktynobakteriach bajkalskich świadczy o ich zdolności przystosowania się do życia w wodzie o niskiej zawartości soli. Jednocześnie aktywność biologiczną zaobserwowano u 75% szczepów aktynobakterii wyizolowanych podczas badań. Oznacza to, że przejawiał się kosztem innych enzymów.
„Powszechne aktynobakterie mogą włączać atomy halogenu do syntetyzowanych cząsteczek chemicznych. Brak tej zdolności u bajkalskich aktynobakterii jest ich wyjątkową różnicą, która świadczy o długiej ewolucji tych gatunków w ultrafioletowym środowisku. Specyfika aktynobakterii bajkalskich pozwala mówić o ich znaczącym potencjale do produkcji antybiotyków i związków naturalnych nieznanych nauce”- mówi Maxim Timofeev.
Autor: Alexey Paevsky