Комплексообразование триглицеридпептидов бактерий рода Pseudomonas с корневыми эксудатами растений

Сулейманова Л. Р.; Четвериков С. П.; Логинов О. Н.

УДК 543.422.3-76+579.841.11

Л. Р. Сулейманова, С. П. Четвериков, О. Н. Логинов

Комплексообразование триглицеридпептидов бактерий рода Pseudomonas с корневыми эксудатами растений

Институт биологии УНЦ РАН 450054, Уфа, пр. Октября, 69; тел. (347) 235-57-83 ГУП «Опытный завод Академии наук Республики Башкортостан» 450079, Уфа, ул. Ульяновых, 65; тел. (347) 242-92-52

Спектрофотометрическими методами показано, что метаболиты бактерий рода Pseudomonas способны образовывать межмолекулярные комплексы с такими эксудатами растений, как углеводы, органические кислоты и аминокислоты. Стехиометрический состав комплексов находится в интервале 1 : 1 — 1 : 20.

Ключевые слова: комплексообразование, сте-хиометрический состав комплексов, метаболиты, корневые эксудаты растений.

Одним из факторов, позволяющих воздействовать на фитопатогенные микроорганизмы, заселяющие ризосферу растений, является продукция бактериями различных низкомолекулярных веществ, таких как антибиотики и сидерофоры.

Из литературы известны антибиотики депсипептидной природы, выступающие как агенты, образующие комплексы с ионами металлов и транспортирующие их. Эти ионо-форы, образуя устойчивые комплексы с заряженными гидрофильными частицами — катионами так называемых биометаллов (натрий, калий, кальций, магний, железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден), способны переносить их через природные и искусственные мембраны 1.

Бактерии рода Pseudomonas продуцируют такие метаболиты, как сидерофоры — соединения, осуществляющие транспорт железа. Си-дерофоры флуоресцирующих псевдомонад имеют различную химическую структуру и обладают, как правило, высоким сродством к трехвалентному железу, образуя с ним стабильные комплексы, недоступные для использования фитопатогенами 2' 3. Фитопатогены продуцируют собственные сидерофоры, однако в отличие от сидерофоров псевдомонад они гораздо медленнее связываются с ионами железа, и псевдомонады выигрывают в конкурентной борьбе с фитопатогенами за такой жизненно важный элемент, как железо. Таким образом, связывание железа сидерофорами

псевдомонад приводит к ограничению роста фитопатогенов и улучшению роста растений 4.

Ранее в лаборатории биологически активных веществ были выделены новые метаболиты бактерий рода Pseudomonas, обладающие фунгицидной активностью — триглицеридпеп-тиды, а также показана их способность к образованию межмолекулярных комплексов с таким углеводам — представителям эксудатов растений, как мальтоза 5-7.

В природных условиях корневая система растений выделяет в ризосферу эксудаты различной химической природы, в основном углеводы, органические кислоты и аминокислоты. Наличие межмолекулярной комплексообразу-ющей способности метаболитов по отношению к эксудатам, по всей вероятности, указывает на их ингибирующее действие на фитопатоге-ны в плане конкуренции за субстрат.

Целью настоящей работы являлось изучение комплексообразования метаболитов псевдомонад с такими эксудатами растений, как углеводы, органические кислоты и аминокислоты, при помощи спектрометрических методов в УФ-области.

Условия эксперимента

В настоящей работе использовали анти-фунгальные метаболиты штаммов бактерий Pseudomonas auroefaciens ИБ 51 8, Pseudomonas auroefaciens ИБ 6, Pseudomonas putida ИБ 17 9, относящиеся к группе тригли-церидпептидов, выделенные по методике, предложенной ранее 6' 7.

В качестве корневых эксудатов растений использовали вещества марки ч.д.а., представленные в табл. 1.

Комплексообразование исследовали методами Бента—Френча 10 и изомолярных серий 11.

Для исследования методом Бента—Френ-ча готовили водные растворы, содержащие постоянное количество метаболита (0.001 моль/дм3) и возрастающее количество

Дата поступления 20.02.07

Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. №№3

Типичные представители корневых эксудатов растений

Таблица 1

Углеводы Органические кислоты Аминокислоты

Арабиноза Щавелевая кислота Аланин

Ксилоза Пропионовая кислота Валин

Фруктоза Молочная кислота Пролин

Глюкоза Малоновая кислота Метионин

Галактоза Виноградная кислота Триптофан

Сахароза Фумаровая кислота Тирозин

Раффиноза Янтарная кислота Аспарагин

Рамноза Глутаровая кислота Цистеин

Маннит Лимонная кислота Лизин

Аргинин

эксудата, соответствующее мольным соотношениям метаболит : эксудат = 1 : 1, 1 : 10, 1 : 20, 1 : 50.

Спектры поглощения полученных растворов записывали на спектрофотометре SPECORD M 40 (Carl Zeiss, Германия) при длине волны 265 нм в кварцевых кюветах толщиной 1 см.

Измерения осуществляли через 15 мин после смешивания реагентов в условиях равновесной реакции. В канале сравнения находился раствор метаболита.

После измерения оптической плотности растворов строили графики логарифмической зависимости оптической плотности от концентрации эксудата:

-lg (AA) = f (-lgC3),

где ДА — разность оптических плотностей раствора метаболит : эксудат и раствора метаболита;

Сэ — концентрация эксудата в растворе метаболит : эксудат

Угловой коэффициент этой прямой tga соответствует стехиометрическому соотношению в комплексе метаболит : эксудат.

Для исследования вторым методом готовили изомолярную серию с соотношениями метаболит : эксудат от 1 : 9 до 9 : 1 (сохраняя неизменным общий объем) и начальными концентрациями веществ 5 • 104 моль/дм3.

Измерения проводили в условиях, описанных выше, относительно дистиллированной воды в канале сравнения.

После измерения оптической плотности растворов строили графики зависимости оптической плотности от соотношения концентраций компонентов изомолярной серии:

A = f (См/ (Сэ+См)),

где А — оптическая плотность раствора метаболит : эксудат;

Сэ — концентрация эксудата в растворе метаболит : эксудат;

См — концентрация метаболита в растворе метаболит : эксудат

Наличие точки излома на полученном графике указывало на межмолекулярное взаимодействие в системе, а по ее расположению определялся стехиометрический состав образующегося комплекса метаболит : эксудат.

Результаты и их обсуждение

На рис. 1 представлены результаты изучения комплексообразования триглицеридпепти-дов псевдомонад с представителями различных классов эксудатов растений методом Бента—Френча. Из рисунка виден линейный характер логарифмических зависимостей, что указывает на образование комплекса в системах метаболит : эксудат, а значения первых членов в аппроксимирующих уравнениях показывают в первом приближении сте-хиометрическое соотношение в комплексах метаболит : эксудат.

Данные изомолярных серий метаболитов псевдомонад с теми же представителями эксудатов (рис. 2) подтвердили наличие комплек-сообразования в системах метаболит : эксудат и уточнили их стехиометрический состав. Например, из рис. 2а) видно, что изомолярная серия метаболита штамма Р. аитео(ас1ет ИБ 51 с фумаровой кислотой имеет четкий излом, расположение которого, определенное по пересечению касательных, отвечает содержанию в комплексе 50% мольн. метаболита и 50% мольн. фумаровой кислоты. Следовательно, стехиометрический состав комплекса метаболита штамма ИБ 51 и фумаровой кислоты — 1 : 1.

Дата поступления

48 Башкирский химический журнал. 2007. Том 14. Жо3

-1бА

-о, -о, -о,

6 4 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

= 1,2826х - 1,2103 а)

А

-0, -0, -0,

6 4 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -0-

у = 1,2464х - 1,2039 б)

-2 Сэ

-2 ^ -18 Сэ

-18 А

-0, -О, -О,

6 4 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0,2

-18 А

0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4

0,2 п

г)

-18 А

0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

-1,8 ^ Сэ

Д)

-18 А

0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2

е)

-18 А

1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4

ж)

-18 А

-18 Сэ

и)

Рис. 1. Комплексообразующая способность триглицеридпептидов псевдомонад (штаммы ИБ 51 (а, г, ж), ИБ 6 (б, д, з), ИБ 17 (в, е, и)) с представителями различных классов корневых эксудатов растений на примере фумаровой кислоты (а-в), лизина (г-е) и арабинозы (ж-и). Метод Бента—Френча