CC BY
28
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 57.063.8:579.84
РАЗНООБРАЗИЕ ГЕНОВ ПОЛИКЕТИДСИНТАЗ В ГЕНОМАХ ГЕТЕРОТРОФНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ЭПИЛИТИЧЕСКИХ БИОПЛЕНОК ОЗЕРА БАЙКАЛ
Е.В. Суханова , Е.А. Зименс, В.В. Парфенова , О.И. Белых
Лимнологический институт СО РАН, Россия, 664033, г. Иркутск, Улан-Баторская, д. 3
*e-mail: [email protected]
Многие вторичные метаболиты бактерий, включая перспективные в фармакологическом отношении, синтезируются с помощью ферментных комплексов поликетидсин-таз (PKS). В работе определены нуклеотидные последовательности генов 16S рРНК и PKS у штаммов гетеротрофных бактерий, выделенных из эпилитических биопленок, сформированных в литоральной зоне озера Байкал. По результатам молекулярно-фило-генетического анализа генов 16S рРНК установлена следующая таксономическая принадлежность изолированных штаммов: Serratia fonticola 1А и 10А, Pseudomonas umsongen-sis K10-2 и K10-3, Rheinheimera tilapiae K18 и Flavobacterium sp. 43-09. У исследуемых штаммов определены 33 последовательности фрагментов генов, кодирующих PKS. Среди гомологичных нуклеотидных последовательностей обнаружены гены, ответственные за биосинтез антибиотиков (диффицидина, эритромицина, курацина, миксаламида, корал-лопиронина, миксатиазола) и цитостатиков (ромидепсина, спирухостатина, дисоразола). Невысокое сходство (50-83%) аминокислотных последовательностей PKS байкальских бактерий с опубликованными в GenBank последовательностями свидетельствует об их потенциальной способности продуцировать новые, до настоящего времени неизвестные, биоактивные соединения. Полученные результаты показывают, что исследуемые штаммы могут представлять практический интерес для биотехнологии.
Ключевые слова: гены поликетидсинтаз, 16S рРНК, гетеротрофные микроорганизмы, озеро Байкал, клонирование, эпилитические биопленки
Озеро Байкал — крупнейший и самый глубокий пресный водоем на Земле — характеризуется значительным биоразнообразием и высокой степенью эндемизма гидробионтов, уникальными экологическими особенностями и богатством биотопов, являясь своего рода природной лабораторией для изучения метаболического потенциала микробных сообществ. Известно, что микроорганизмы продуцируют огромное количество биологически активных веществ (БАВ), многие из которых используются в биологии и медицине. Показано, что микробные сообщества, населяющие разнообразные, большей частью уникальные и экстремальные, места обитания, служат важнейшим ресурсом новых и редких метаболитов [1—3]. В последнее время особое внимание при поиске новых БАВ уделяют микробным сообществам биопленок, так как известно, что 95—99% микроорганизмов в природных условиях существуют в виде специфически организованных, прикрепленных к субстратам микробных ассоциаций [4]. Биопленки, сформированные на камнях (эпилитические) — это, как правило, морфологически и физиологически гетерогенные структуры, отличающиеся богатым видовым составом и высокой численностью бактерий, которые проявляют многообразие метаболических путей и формируют сложную систему кооператив-
ного и конкурентного взаимодействия [5]. Очевидно, что поиск продуцентов различных БАВ в микробных сообществах биопленок является перспективным.
К настоящему времени показано, что широкий ряд вторичных метаболитов бактериального происхождения синтезируется мультидоменными ферментными мегасинтазами: поликетидсинтазами (РК8), синтетазами нерибосомных пептидов (N^8) и их гибридными комплексами РК8^ЯР8 [6].
Поликетиды характеризуются разнообразной химической структурой и функциональной активностью, среди них антибиотики, статины, ингибиторы роста опухолей и многие другие фармацевтически значимые соединения. Известно три типа РК8 (I, II и III), различающиеся в зависимости от структуры и механизма катализа. РК8 типа I организованы в модули, состоящие как минимум из трех доменов: кетоацилсинтазы (К8), ацилтрансферазы (АТ) и ацил-переносящего белка (АСР). Каждый модуль отвечает за один цикл элонгации полике-тидной цепи [6]. Для детекции и идентификации в геноме бактерий генов, ответственных за синтез вторичных метаболитов поликетидной природы, успешно используют праймеры, специфичные к консервативным участкам К8-домена РК8 [1, 3, 7]. Например, подобный подход был применен для
изучения микроорганизмов, ассоциированных с гид-робионтами озера Байкал [9, 10]. Авторы показали, что в метагеномном сообществе байкальских эндемичных губок Lubomirskia baicalensis и Swartschewskia papyracea присутствуют последовательности генов, кодирующих биосинтез курацина A, стигмателли-на и ностофицина [8, 9]. В геномах 9 из 14 культур родов Bacillus, Pseudomonas, Variovorax, Curtobacte-rium, Rhodococcus, выделенных из L. baicalensis, выявлены гены PKS и NRPS [10].
Цель данной работы — оценка разнообразия генов поликетидсинтаз в геномах гетеротрофных бактерий, выделенных из эпилитических биопленок озера Байкал.
Материалы и методы
Изучены шесть штаммов гетеротрофных бактерий из коллекции лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН, выделенных из эпилитических биопленок. Пробы биопленок отобраны в прибрежной зоне озера Байкал около пос. Листвянка и в проливе Малое Море в 2012 г. Штаммы предварительно идентифицированы по морфологическим и физиолого-биохи-мическим признакам и на основе определения последовательностей генов 16S рРНК как представители родов Rheinheimera, Pseudomonas, Serratia (Proteobacteria) и Flavobacterium (Bacteroidetes).
Выравнивание последовательностей генов 16S рРНК (длина 1429 п.н.) и построение филогенетических деревьев осуществляли с помощью пакета программ Mega 6.06, применяя метод максимального правдоподобия (двухпараметрическая модель Кимуры). Бутстреп-поддержка была рассчитана на 1000 реплик.
Для поиска и идентификации генов PKS ДНК выделяли из 100 мкл суточной культуральной суспензии по протоколам производителя с помощью набора "ДНК-сорб В" ("Роспотребнадзор", Россия). Амплификацию фрагментов KS-доменов генов PKS проводили, используя вырожденные прайме-ры DK-F (5'-GTGCCGGTNCCRTGNGYYTC-3') и DK-R (5'-GCGATGGAYCCNCARCARYG-3') в режиме, описанном ранее [8]. Ампликоны визуализировали в 1%-ном агарозном геле с помощью трансиллюминатора (VL-6.MC, Франция). ПЦР-фрагменты клонировали в векторе pJET1.2/blunt (CloneJET PCR Cloning Kit, Fermentes, Литва), после чего проводили трансформацию компетентных клеток штамма E. coli DH-5a.
Нуклеотидные последовательности определяли на генетическом анализаторе 3500xL (Applied Biosystems, США). Сравнительный анализ полученных последовательностей проводили с помощью пакета программ BLASTX и BLASTP.
Нуклеотидные последовательности фрагментов генов PKS (33 шт.) депонированы в GenBank под номерами: LT220194-LT220203, LT555230-LT555239, LT555293—LT555305.
Результаты и обсуждение
Филогенетический анализ генов 16S рРНК. BLAST-анализ последовательностей нуклеотидов 16S рДНК Serratia spp. 1A и 10A из озера Байкал показал 99,8% сходства с типовыми штаммами Serratia fonticola DSM 4576 и Serratia glossinae DSM 22080T. Последовательности генов 16S рРНК байкальских изо-лятов и данных штаммов формировали на древе совместный кластер (рисунок). Бактерия S. glossinae выделена в 2010 г. из кишечника мухи цеце (Glossina palpalis gambiensis), которая известна как переносчик трипаносом — возбудителей сонной болезни в африканских странах [11], S. fonticola изолирована из питьевой воды в 1979 г. [12]. Позднее по результатам физиолого-биохимических тестов и гибридизации ДНК установили, что S. fonticola и S. glossinae не имеют существенных отличий и поэтому являются синонимичными видами [13]. Таким образом, принимая во внимание полученные нами результаты и литературные данные, байкальские штаммы Serratia spp. 1A и 10A мы определили как вид S. fonticola.
BLAST-анализ последовательностей гена 16S рРНК штаммов Pseudomonas spp. K10-2 и K10-3 выявил их идентичность (100%) с типовым видом Pseudomonas umsongensis Ps3-10, выделенным из кислых сельскохозяйственных почв в Корее. При культивировании вид отличался способностью восстанавливать нитраты и расти при 4°С [14]. На филогенетическом древе последовательности гена 16S рРНК штаммов Pseudomonas из озера Байкал и P. umsongensis Ps3-10 группировались в общий кластер (рисунок).
При сравнении нуклеотидной последовательности 16S рДНК Rheinheimera sp. K18 с последовательностями из банка данных определено высокое сходство (99,3%) с видом Rheinheimera tilapiae Ruye-90, изолированным из кишечника теляпии (Tilapia re-ndalli), культивируемой в пруду на Тайване [15]. Последовательность гена 16S рРНК штамма Rheinheimera sp. K18 образовала на древе сестринскую ветвь с R. tilapiae Ruye-90 (рисунок). Предварительно штамм Rheinheimera sp. K18 был отнесен к виду R. tilapiae.
Последовательность гена 16S рРНК штамма Flavobacterium sp. 43-09 из эпилитических биопленок озера Байкал сформировала сестринскую ветвь с антарктическим видом Flavobacterium hibernum ATCC 51468 (рисунок) [16]. При этом сходство генов 16S рРНК байкальского изолята и F. hibernum составило 98%, а с Flavobacterium sp. JRM, выделенным из ледового покрова реки Саскуэханна в США — 99,9%. Последний по данным полногеномного сек-венирования назван Flavobacterium falloni. К этому же виду, очевидно, относится и выделенный нами штамм Flavobacterium sp. 43-09.
Идентификация генов PKS. Для исследованных шести штаммов гетеротрофных бактерий из озера Байкал определены 33 нуклеотидные последова-
100
99
100
m\Serratia grimesii DSM30063 (AJ233430)
^Serratia tiquefaciens CIP103238T (AJ306725) Serratia glossinae DSM22080 (FJ790328) Serratia sp. 10A (LT555292) - Serratia fonticola DSM4576 (AJ233429) Serratia sp. 1A (HF947325)
— Rheinheimera chironomi K19414 (DQ298025) Rheinheimera tilapiae Ruye-90 (HQ111524) Rheinheimera sp. K18 (LT555289) 841" Gamma proteobacterium F8 (AY07761 ])
100
71
61
100
Rheinheimera texasensis A62-14B (AY701891) ~~ Pseudomonas vancouverensis DhA-51 (NR 041953) Pseudomonas mohnii IpA-2 (NR 042543) Pseudomonas umsongensis Ps3-10 (AF468450) Pseudomonas sp. K10-2 (LT555283) Pseudomonas sp. К10-3 (LT555284)
-Flavohacterium columnareWO 15943 (AB078047)
Flavobacterium hercynium WB 4.2-ЗЗТ (AM265623) ~ Flavobacterium frigidimaris (AB 183888) Flavohacterium aquidurense WB 1.1 -56 (AM 177392) Ч4Г Flavohacterium sp. 43-09 (HF548380)
Flavohacterium hihernum ATCC 51468 (L39067)
100
S7
005
Рисунок. Филогенетическое древо, построенное на основе сравнения фрагментов генов 16S рРНК длиной 1429 п.н. представителей родов Serratia, Pseudomonas, Rheinheimera и Flavobacterium. Последовательности, полученные в данном исследовании, выделены
жирным шрифтом
тельности генов PKS, которые сходны с гомологичными последовательностями из базы данных GenBank на 72—100%. Ближайшие аминокислотные
последовательности, выявленные с помощью ВЬАБТР-анализа, представлены в табл. 1, идентифицированные РК8 приведены в табл. 2.
Таблица 1
Ближайшие гомологи для последовательностей генов PKS микроорганизмов озера Байкал
Название штамма Номер клона Результаты BLASTP-анализа
Ближайшие гомологи Гомология, %
Serratia fonticola 1А и 10А 1А-1; 1А-3; 1А-7; 1А-10; 1А-11; 1А-12; 1А-13; 10А-6; 10А-7 Поликетидсинтаза Burkholderia sp. TSV86 (WP_059568895) 80-81
1А-2 Поликетидсинтаза Burkholderia thailandensis (WP_043296479) 82
1А-4; 1А-6; 1А-9 Поликетидсинтаза Burkholderia thailandensis E264 (ABC38737) 85
1А-5 Поликетидсинтаза Enterobacter cloacae (WP_063925842) 96
10А-1; 10А-2; 10А-4; 10А-5; 10А-8 Поликетидсинтаза Burkholderia thailandensis (WP_059844334) 84-85
10А-3 Поликетидсинтаза Paenibacillus sp. F6-B70 (ACT85958) Поликетидсинтаза Paenibacilluspolymyxa (KJD37325) 73 72
Pseudomonas umsongensis К10-2 и К10-3 К10-2-1; К10-2-2; К10-3-1; К10-3-2; К10-3-6 Поликетидсинтаза Pseudomonasputida (ACN67520) 99-100
Таблица 2
Гомологи с идентифицированными ферментами, близкородственные байкальским последовательностям PKS
Окончание табл. 1
Название штамма Номер клона Результаты BLASTP-анализа
Ближайшие гомологи Гомология, %
Rheinheimera tilapiae К18 К18-1; К18-2 Поликетидсинтаза Rheinheimera sp. F8 (ALZ75986) 93-94
К18-3; К18-6 Поликетидсинтаза Rheinheimera sp. F8 (ALZ75984) 95
К18-4; К18-5 Эритронолидсинтаза В Candidatus Accumulibacter sp. BA-92 (EXI82404) Поликетидсинтаза Achromobacter sp. RTa (WP_043548713) 78 78
Flavobacterium sp. 43-09 43-09-9; 43-09-15 Поликетидсинтаза Flavobacterium sp. JRM (WP_039119622) 97-99
Название штамма Номер клона Результаты BLASTP-анализа
Гомологи с идентифицированными PKS Гомология, %
Serratia fonticola 1А и 10А 1А-1; 1А-3; 1А-7; 1А-10; 1А-11; 1А-12; 1А-13; 10А-6; 10А-7 Ромидепсинсинтаза DepC Chromobacterium violaceum 968 (ABP57747); Спирухостатинсинтаза SpiC1 Pseudomonas sp. Q71576 (AFR69333) 80 78
1А-2; 1А-4; 1А-6; 1А-9; 10А-1; 10А-2; 10А-4; 10А-5; 10А-8 Ромидепсинсинтаза DepB Chromobacterium violaceum 968 (ABP57746) 83
1А-5 Дисоразолсинтаза DszA Sorangium cellulosum So ce12c (AAY32964) 50
10А-3 Эритронолидсинтаза B Dickeya sp. NCPPB 3274 (WP_042861990) 70
Диффицидинсинтаза DfnD Bacillus sp. 916 (EJD67453) 66
Pseudomonas umsongensis К10-2 и К10-3 К10-2-1; К10-2-2; К10-3-1; К10-3-2; К10-3-6 Эритронолидсинтаза B Burkholderia sp. BT03 (WP_024163149) 61
Rheinheimera tilapiae К18 K18-1; К18-2 Эритронолидсинтаза B Methylobacter tundripaludum SV96 (WP_006892897) 66
Миксаламидсинтаза MxaE Stigmatella aurantiaca (AAK57189) 64
K18-3; К18-6 Миксатиазолсинтаза MtaB Stigmatella aurantiaca DW4/3-1 (AAF19810) 59
Курацинсинтаза, CurL Lyngbya majuscula 19L (AAT70107) 58
K18-4; К18-5 Эритронолидсинтаза B Accumulibacter sp. BA-92 (EXI82404) 78
Flavobacterium sp. 43-09 43-09-9; 43-09-15 Дисоразолсинтаза DszA Sorangium cellulosum So ce12c (AAY32964) 57
Кораллопиронинсинтаза CorB Corallococcus coralloides B035 (ADI59532) 56
Для штаммов S. fonticola 1А и 10А идентифицировано 12 и 8 последовательностей генов PKS, соответственно. Наибольшее сходство (72—96%) определенных нуклеотидных последовательностей наблюдается с генами бактерий родов Burkholderia, Chromobacterium, Enterobacter и Paenibacillus (табл. 1). Среди родственных последовательностей были определены гены, кодирующие синтез антибиотиков (эритромицин, диффицидин) и противоопухолевых
агентов (ромидепсин, спирухостатин, дисоразол). Процент гомологии последовательностей генов PKS S. fonticola с известными ферментами был относительно низким (50—83%) (табл. 2). Ранее для S. fonticola 1А показано наличие антагонистической активности против четырех условно-патогенных микроорганизмов: Escherichia coli М17-02, Bacillus subtilis ВКПМ, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Enterococcus faecium [17].
Восемнадцать последовательностей генов PKS штаммов S. fonticola 1А и 10А на 80—83% сходны с генами синтеза цитостатика ромидепсина (DepC и DepB). Ромидепсин — бициклический депсипеп-тид, выделенный в 1994 г. в Японии из почвенной бактерии Chromobacterium violaceum. Это соединение производится фирмой Celgene как противоопухолевый лекарственный препарат "Истодакс" (Istodax) для лечения Т-клеточной лимфомы кожи и других периферических Т-клеточных лимфом. Ромидепсин ингибирует активность фермента гистон-деацетилазы и, таким образом, индуцирует апоптоз лимфоцитов. Согласно последним исследованиям ромидепсин может быть использован для реактивации скрытого вируса иммунодефицита человека с целью истощения его популяции [18].
Некоторые виды Serratia, такие как S. plymu-thica, S. rubidaea, S. marcescens и S. nematodiphila, образуют красный пигмент — продигиозин, представляющий собой алкалоидное соединение с антимикробными, противомалярийными, противоопухолевыми и иммунодепрессантными свойствами [19]. Кроме того, штаммы рода Serratia производят и другие полезные вторичные метаболиты, включая ооцидин А, карбапенем, альтиомицин, бактериоцины и серравиттины [19]. Серраветтины относятся к биоразлагаемым неионогенным поверхностно-активным веществам, чрезвычайно востребованным в промышленности. Новый почвенный вид Serratia surfactantfaciens sp., одновременно продуцирующий продигиозин и серравитин, проявляет противомик-робную активность, ингибирует развитие опухолей и полезен для биоремедиации [19].
В геномах штаммов P. umsongensis К10-2 и К10-3 идентифицированы 2 и 3 последовательности генов PKS, соответственно (табл. 1). Среди ближайших гомологов (99—100%) определена PKS типа I (ACN67520) из Pseudomonas putida, а также KS-домен кластеров биосинтеза эритромицина из Burkholderia sp. BT03 с гомологией 61% (табл. 2). Исследуемые штаммы рода Pseudomonas могут быть потенциально способными к синтезу новых БАВ, поскольку бактерии данного рода продуцируют 795 вторичных метаболитов, включая 610 антибиотиков и 185 веществ с широким спектром действия [19]. В числе продуцируемых соединений: мупиро-цин, пиролес, пирролидиндион, фторглюцинол, феназин, бензальдегид, хинолин, хинолон, фенан-трен, фталат, римид, мурамиды, зафрин и бушрин [20, 21]. В байкальском штамме P. fluorescens 28Bb-06, выделенном из губки, обнаружены гены PKS, на 50—66% сходные с генами биосинтеза ерсиниабак-тина, ризоксина, дисоразола и эпотилона [22].
Для штамма R. tilapiae К18 предсказано шесть аминокислотных последовательностей PKS. Среди ближайших гомологов (93—95%) выявлены гены PKS, принадлежащие штамму Rheinheimera sp. F8, их последовательности определены в результате полно-
геномного секвенирования (табл. 1). Особенностью штамма Rheinheimera sp. F8, изолированного из биопленок реки Саскачеван (Канада), является образование стабильных нитей внеклеточной ДНК [23]. В числе последовательностей, родственных последовательностям байкальского штамма (с гомологией 58—78%), обнаружены гены PKS, синтезирующие антибиотики: эритромицин, миксаламид, курацин и миксотиазол (табл. 2). В настоящий момент метаболиты, синтезируемые PKS, у бактерий рода Rheinheimera не выявлены.
Две последовательности гена PKS определены в геноме штамма Flavobacterium sp. 43-09, они имеют высокую степень гомологии (97—99%) с генами PKS Flavobacterium sp. JRM (табл. 1). Таким образом, не только ген 16S рРНК, но и гены PKS являются близкородственными, что свидетельствует в пользу синонимичности штаммов Flavobacterium sp. 43-09 и Flavobacterium sp. JRM. Кроме того, в числе сходных последовательностей обнаружены гены синтеза антибиотика кораллопиронина и дисоразола (табл. 2), однако гомология с этими генами составила только 56—57%. В настоящее время не имеется сведений о синтезе вторичных метаболитов у представителей рода Flavobacterium. В геноме штамма Flavobacterium sp. TAB 87, выделенном из антарктических морских проб, найдено два кластера генов PKS типов I и III [24]. Таким образом, гены PKS детектируются в геномах Flavobacterium, однако БАВ, которые синтезируются данными PKS, не описаны; возможно, это вторичные метаболиты с новыми уникальными функциями.
Впервые в геномах бактерий S. fonticola, P. umsongensis, R. tilapiae и Flavobacterium sp., выделенных из эпилитических биопленок озера Байкал, определены гены PKS, родственные генам биосинтеза антибиотиков (диффицидина, эритромицина, курацина, миксаламида, кораллопиронина, микса-тиазола) и цитостатиков (ромидепсина, спирухоста-тина, дисоразола). Невысокий процент гомологии (50—83%) с известными генами PKS свидетельствует о потенциальной способности исследуемых штаммов продуцировать ряд новых, до настоящего времени еще неописанных, БАВ. Таким образом, исследуемые байкальские штаммы могут представлять практический интерес для биотехнологии. Для подтверждения наших предположений необходимо выделить индивидуальные соединения и установить их структуру, а также провести исследования их биологической активности.
Авторы выражают благодарность к.б.н. С.В. Ки-рильчику за помощь в проведении секвенирования.
Исследования выполнены в рамках государственного задания по теме №0345-2016-0003 и при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №16-54-44035).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Wu X.-C., Qian C.D., Fang H.H., Wen Y.P, Zhou J.Y, Zhan Z.J., Ding R., Li O., Gao H. Paenimacrolidin, a novel macrolide antibiotic from Paenibacillus sp. F6-B70 active against methicillin-resistant Staphylococcus aureus // Microb. Biotechnol. 2011. Vol. 4. N 4. P. 491-502.
2. Sponga F., Cavaletti L., Lazzarini A., Borghi A., Cici-liato I., Losi D., Marinelli F. Biodiversity and potentials of marine-derived microorganisms // J. Biotechnol. 1999. Vol. 70. N 1. P. 65-69.
3. Palomo S., Gonzalez I., de la Cruz M., Martin J., Tormo J.R., Anderson M., Hill R.T., Vicente F., Reyes F., Genil-loud O. Sponge-derived Kocuria and Micrococcus spp. as sources of the new thiazolyl peptide antibiotic kocurin // Mar. Drugs. 2013. Vol. 11. N 4. Р. 1071-1086.
4. Nikolaev Yu.A., Plakunov V.K. Biofilm — "City of microbes" or an analogue of multicellular organisms? // Microbiology. 2007. Vol. 76. N 2. P. 125-138.
5. Bartrons M., Catalan J., Casamayor E.O. High bacterial diversity in epilithic biofilms of oligotrophic mountain lakes // Microb. Ecol. 2012. Vol. 64. N 4. P. 860-869.
6. Staunton J., Wilkinson B. Combinatorial biosynthesis of polyketides and non-ribosomal peptides // Curr. Opin. Chem. Biol. 2001. Vol. 5. N 2. P. 159-164.
7. Banskota A.H., Mcalpine J.B., S0rensen D., Ibrahim A., Aouidate M., Piraee M., Alarco A.M., Farnet C.M., Zazopou-los E. Genomic analyses lead to novel secondary metabolites. Part 3. EC0-0501, a novel antibacterial of a new class // J. Antibiot. (Tokyo). 2006. Vol. 59. N 9. P. 533-542.
8. Kaluzhnaya O.V., Kulakova N.V., Itskovich V.B. Diversity of polyketide synthase (PKS) genes in metagenomic community of freshwater sponge Lubomirskia baicalensis // Mol. Biol. (Moscow). 2012. Vol. 46. N 6. P. 790-795.
9. Kaluzhnaya O.V., Itskovich V.B. Distinctive features of the microbial diversity and the polyketide synthase genes spectrum in the community of the endemic Baikal sponge Swartschewskia papyracea // Russ. J. Genet. 2016. Vol. 52. N 1. P. 38-48.
10. Калюжная Ок.В., Липко И.А., Ицкович В.Б., Ка-люжная О.В., Парфенова В.В. ПЦР-скрининг бактериальных культур, выделенных из пресноводной губки Lubomirskia baicalensis, на наличие генов синтеза вторичных метаболитов // Вода: химия и экология. 2013. № 7. C. 70-74.
11. Geiger A., Fardeau M.-L., Falsen E., Ollivier B., Cuny G. Serratia glossinae sp. nov., isolated from the midgut of the tsetse fly Glossina palpalis gambiensis // Int. J. Syst. Evol. Micr. 2010. Vol. 60. N 6. Р. 1261-1265.
12. GaviniF., Ferragut C., IzardD., TrinelP.A., LeclercH., Lefebvre B., Mossel D.A.A. Serratia fonticola, a new species from water // Int. J. Syst. Bact. 1979. Vol. 29. N 2. Р. 92-101.
13. Kampfer P., Glaeser S.P. Serratia glossinae Geiger et al. 2010 is a later synonym of Serratia fonticola Gavini et al. 1979 // Int. J. Syst. Evol. Micr. 2015. Vol. 65. N 5. Р 1406-1408.
14. Kwon S.W., Kim J.S, Park I.C, Yoon S.H, Park D.H., Lim C.K.., Go S.J. Pseudomonas koreensis sp. nov., Pseudomonas umsongensis sp. nov. and Pseudomonas jinjuensis sp. nov.,
novel species from farm soils in Korea // Int. J. Syst. Evol. Micr. 2003. Vol. 53. N 1. Р. 21-27.
15. Chen W.-M., Yang S.-H, Young C.-C, Sheu S.-Y. Rheinheimera tilapiae sp. nov., isolated from a freshwater culture pond // Int. J. Syst. Evol. Micr. 2013. Vol. 63. N 4. Р. 1457-1463.
16. McCammon S.A., Innes B.H., Bowman J.P., Franzmann P.D., Dobson S.J., Holloway P.E., Skerratt J.H., Nichols P.D., Rankint L.M. Flavobacterium hibernum sp. nov., a lactoseutilizing bacterium from a freshwater Antarctic // Int. J. Syst. Bact. 1998. Vol. 48. N 4. Р. 1405-1412.
17. Зименс Е.А., Суханова Е.В., Штыкова Ю.Р., Парфенова В.В., Белькова Н.Л. Антагонистическая активность гетеротрофных микроорганизмов из биопленок на твердых субстратах литоральной зоны озера Байкал // Изв. Иркут. гос. ун-та. Сер. Биол., Экол. 2014. Т. 7. С. 91-98.
18. S0gaard O.S., Graversen M.E., Leth S. et al. The depsipeptide romidepsin reverses HIV-1 latency in vivo // PLoS Pathogens. 2015. Vol. 11. N 9. e1005142.
19. Su C., XiangZ., Liu Y., ZhaoX., Sun Y, LiZ., LiL., Chang F., Chen T., Wen X., Zhou Y., Zhao F. Analysis of the genomic sequences and metabolites of Serratia surfactantfa-ciens sp. nov. YD25T that simultaneously produces prodigio-sin and serrawettin W2 // BMC Genomics. 2016. Vol. 17. N 1, 865.
20. Isnansetyo A., Kamei Y. Bioactive substances produced by marine isolates of Pseudomonas // Ind. Microbiol. Biotechnol. 2009. Vol. 36. N 10. Р. 1239-1248.
21. Gurney R., Thomas C.M. Mupirocin: biosynthesis, special features and applications of an antibiotic from a gram-negative bacterium // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011. Vol. 90. N 1. Р 11-21.
22. Lipko I.A., Kalyuzhnaya O.V., Kravchenko O.S., Parfenova V.V. Identification of polyketide synthase genes in genome of Pseudomonas fluorescens strain 28Bb-06 from freshwater sponge Baikalospongia bacillifera // Mol. Biol. (Mosc.). 2012. Vol. 46. N 4. P. 609-611.
23. Bockelmann U., Janke A., Kuhn R., Neu T.R, Wecke J., Lawrence J.R., Szewzyk U. Bacterial extracellular DNA forming a defined network-like structure // FEMS Microbiol. Lett. 2006. Vol. 262. N 1. P. 31-38.
24. Presta L., Inzucchi I., Bosi E., Fondi M., Perrin E., Miceli E, Tutino M.L., Lo Giudice A., de Pascale D., Fani R. Draft genome sequence of Flavobacterium sp. strain TAB 87, able to inhibit the growth of cystic fibrosis bacterial pathogens belonging to the Burkholderia cepacia complex // Genome Announc. 2016. Vol. 4. N 3. e00410-16.
Поступила в редакцию 19.05.2017 г.
Принята к печати 09.09.2017 г.
MOLECULAR BIOLOGY
DIVERSITY OF POLYKETIDE SYNTHASE GENES IN THE GENOMES OF HETEROTROPHIC MICROORGANISMS ISOLATED FROM EPILITHIC BIOFILMS
IN LAKE BAIKAL
E.V. Sukhanova , E.A. Zimens, V.V. Parfenova, O.I. Belykh
Limnological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Ulan-Batorskaya ul. 3, Irkutsk, 664033, Russia *email: [email protected]
Many bacterial secondary metabolites including pharmacologically promising compounds are synthesized by polyketide synthases (PKS) enzyme complexes. Nucleotide sequences of genes encoding 16S rRNA and PKS of heterotrophic bacterial strains isolated from epilithic biofilms in the littoral zone of Lake Baikal were determined. Based on molecular phylogenetic analysis of 16S rRNA genes, we identified six heterotrophic strains: Serratia fonticola 1А and 10А, Pseudomonas umsongensis K10-2 and K10-3, Rheinheimera tilapiae K18 and Flavobacterium sp. 43-09. Sequencing of cloned amplification products for PKS gene cluster revealed 33 sequences. Genes involved in biosynthesis of antibiotics (difficidine, erythromycin, curacin, mixalamide, corallopyronin, and myxothiazol) and cytostatics (romidepsin, spiruchostatin, and disorazol) were determined among related sequences. The low homology (50—83%) of amino acid sequences of PKS in Baikal bacteria with sequences in GenBank attests to potential capability of strains to produce new, yet not studied polyketide substances. The results obtained show that the strains under investigation may be of practical interest for biotechnological application.
Keywords: polyketide synthase genes, 16S rRNA, heterotrophic microorganisms, Lake Baikal, cloning, epilithic biofilms
Сведения об авторах
Суханова Елена Викторовна — канд. биол. наук, науч. сотр. лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН. Тел.: 8-3952-42-54-15; e-mail: [email protected]
Зименс Екатерина Андреевна — вед. инженер лаборатории водной микробиологии Лимнологического института СО РАН. Тел.: 8-3952-42-54-15; e-mail: [email protected]
Парфенова Валентина Владимировна — канд. биол. наук, доц., зав. лабораторией водной микробиологии Лимнологического института СО РАН
Белых Ольга Ивановна — канд. биол. наук, доцент, вед. науч. сотр., зав. лабораторией водной микробиологии Лимнологического института СО РАН. Тел.: 8-3952-42-54-15; e-mail: [email protected]
