Стрептоміцети є промисловими продуцентами антибіотиків, ферментів, вітамінів. При культивуванні стрептоміцетів у рідкому середовищі біореакторів їх міцелій формує пелети. У зв’язку з впливом агрегації гіфів на ефективність мікробіологічного виробництва, вивчення впливу генетичної детермінації формування пелет за глибинного культивування є актуальним завданням. Мета роботи — визначити наявність в геномі wild type штаму S. globisporus 1912 генів, продукти яких забезпечують агрегацію гіфів у пелети. Аналізували геномні послідовності 2 мутантів (1912-4Crt та 1912-2) штаму S. globisporus 1912. Варіант 1912-4Crt є спонтанним мутантом вихідного штаму, який почав продукувати каротиноїди. У варіанта 1912-2 мутація призвела до зниження синтезу ландоміцину Е. Послідовність геномної ДНК мутанта S. globisporus 1912-4Crt представлена в базі даних GenBank (доступ QWFA00000000.1). Первинна структура геномної ДНК варіанта 1912-2 не представлена в базах даних National Center for Biotechnology Information (NCBI). Вирівнювання послідовностей проведено програмами BLASTN сервера NCBI. Міцелій стрептоміцету вирощували в середовищі Оканіші з перемішуванням при температурі 28 °C протягом 3 діб. Оскільки при культивуванні wild type штаму S. globisporus 1912 і його мутантів у рідкому середовищі їх міцелій формує пелети, то очікували наявність в хромосомі принаймні одного з вказаних кластерів. За допомогою BLASTN-аналізу в геномах 2 варіантів S. globisporus 1912 виявлено послідовності, що подібні структурам обох кластерів агрегації міцелію штамів S. coelicolor A3(2) й S. griseus NBRC 13350. Однак, якщо mat-кластер представлений в одному екземплярі на хромосому кожного мутанта, то по два cslA/glxA/dtpA-кластери виявлено в хромосомах як варіанта 1912-4Crt, так і варіанта 1912-2. Аналізом генетичної карти хромосоми варіанта 1912-4Crt виявлено, що його 2 cslA/glxA/dtpA-кластери організовані за різними схемами — один із кластерів містить вставку у 2 гени. Виявлена відмінність в організації cslA/glxA/dtpA-кластерів мутанта S. globisporus 1912-4Crt має особливе значення на тлі того, що аналогічні кластери в геномі спорідненого штаму S. griseus NBRC 13350 мають одну схему організації, а в геномі S. coelicolor A3(2) наявний тільки один аналогічний кластер.
Ключові слова: стрептоміцет, пелета, нуклеотидна послідовність, кластер, ген, показники подібності
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Zacchetti, B., Smits, P. & Claessen, D. (2018). Dynamics of pellet fragmentation and aggregation in liquid-grown cultures of Streptomyces lividans. Front. Microbiol., No. 9, 943. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00943
2. Petrus, M.L. & Claessen, D. (2014). Pivotal roles for Streptomyces cell surface polymers in morphological differentiation, attachment and mycelial architecture. Antonie van Leeuwenhoek, 106, No. 1, pp. 127-139. https://doi.org/10.1007/s10482-014-0157-9
3. Petrus, M.L., van Veluw, G.J., WШsten, H.A. & Claessen, D. (2014). Sorting of Streptomyces cell pellets using a complex object parametric analyzer and sorter. J. Vis. Exp., No. 84, e51178. https://doi.org/10.3791/51178
4. van Dissel, D., Claessen, D., Roth, M. & van Wezel, G.P. (2015). A novel locus for mycelial aggregation forms a gateway to improved Streptomyces cell factories. Microb. Cell Fact., 14, e44. https://doi.org/10.1186/s12934-015-0224-6
5. Kumar, P., Khushboo, Rajput, D. & Dubey, K.K. (2023). Insights into the mechanism of mycelium transformation of Streptomyces toxytricini into pellet. FEMS Microbes, No. 4, xtad017. https://doi.org/10.1093/femsmc/xtad017
6. Ultee, E., van der Aart, L.T., Zhang, L., van Dissel, D., Diebolder, C.A., van Wezel, G.P., Claessen, D. & Briegel, A. (2020). Teichoic acids anchor distinct cell wall lamellae in an apically growing bacterium. Commun. Biol., 3, No. 1, e314. https://doi.org/10.1038/s42003-020-1038-6
7. Vassallo, A., Palazzotto, E., Renzone, G., Botta, L., Faddetta, T., Scaloni, A., Puglia, A.M. & Gallo, G. (2020). The Streptomyces coelicolor small ORT trpM stimulates growth and morphological development & exerts opposite effects on actinorhodin and calcium-dependent antibiotic production. Front. Microbiol., 11, e224. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.00224
8. Wu, Y., Kang, Q., Zhang, L.L. & Bai, L. (2020). Subtilisin-involved morphology engineering for improved antibiotic production in actinomycetes. Biomolecules, 10, No. 6, e851. https://doi.org/10.3390/biom10060851
9. Zacchetti, B., Willemse, J., Recter, B., van Dissel, D., van Wezel, G.P., WШsten, H.A. & Claessen, D. (2016). Aggregation of germlings is a major contributing factor towards mycelial heterogeneity of Streptomyces. Sci. Rep., No. 6, e27045. https://doi.org/10.1038/srep27045
10. van Dissel, D., Claessen, D. & van Wezel, G.P. (2014). Morphogenesis of Streptomyces in submerged cultures. Adv. Appl. Microbiol., 89, pp. 1-45. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800259-9.00001-9
11. Manteca, Ђ. & Yagтe, P. (2018). Streptomyces differentiation in liquid cultures as a trigger of secondary metabolism. Antibiotics. 7, No. 2, e41. https://doi.org/10.3390/antibiotics7020041
12. Khushboo, Kumar, P., Dubey, K.K., Usmani, Z., Sharma, M. & Gupta, V.K. (2022). Biotechnological and industrial applications of Streptomyces metabolites. Biofuel. Bioprod. Biorefin. 16, No. 1, pp. 244-264. https://doi.org/10.1002/bbb.2294
13. Matselyukh, B.P., Polishchuk, L.V., Lukyanchuk, V.V., Golembiovska, S.L. & Lavrenchuk, V.Y. (2016). Sequences of landomycin E and carotenoid biosynthetic gene clusters, and molecular structure of transcriptional regulator of Streptomyces globisporus 1912. Mikrobiol. zhurn., 78, No. 6, pp. 60-70. https://doi.org/10.15407/microbiolj78.06.060
14. Hobbs, G., Frazer, C.M., Gardner, D.C.J., Cullum, J.A. & Oliver, S.G. (1989). Dispersed growth of Streptomyces in liquid culture. Appl. Microbiol. Biotechnol., 31, No. 3, pp. 272-277. https://doi.org/10.1007/BF00258408
15. Okanishi, M., Suzuki, K. & Umezawa, H. (1974). Formation and reversion of Streptomyces protoplasts: cultural conditions and morphological study. J. Gen. Microbiol., 80, No. 2, pp. 389-400. https://doi.org/10.1099/00221287-80-2-389
16. Petrus, M.L., Vijgenboom, E., Chaplin, A.K., Worrall, J.A., van Wezel, G.P. & Claessen, D. (2016). The DyP-type peroxidase DtpA is a Tat-substrate required for GlxA maturation and morphogenesis in Streptomyces. Open Biol., 6, No. 1, 150149. https://doi.org/10.1098/rsob.150149
17. Liman, R., Facey, P.D., van Keulen, G., Dyson, P.J. & Del Sol, R. (2013). A laterally acquired galactose oxidase-like gene is required for aerial development during osmotic stress in Streptomyces coelicolor. PLoS One, 8, No. 1, e54112. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054112
18. Polishchuk, L. (2017). Similarity and dissimilarity of primary structures of some Streptomyces spp. genomes and the Streptomyces globisporus 1912-2 chromosomal DNA. Bio. Cell, 33, No. 3, pp. 206-213. https://doi.org/10.7124/bc.000952
19. Polishchuk, L.V. & Lukyanchuk, V.V. (2017). Identification of consanguinity of the strain Streptomyces globisporus 1912-2. Mikrobiol. zhurn., 79, No. 4, pp. 53-65.