BioScience Blog – Научный Биологический блог

Тарусова О.В.

Введение

Известно, что различные белки, образующие параспоральные кристаллы энтомопатогенных бактерий Bacillusthuringiensis, проявляют антимикробную активность в отношении ряда прокариот [1-3]. Кристаллы В. thuringiensisпопадают в почву и как экологически безопасные бактериальные инсектициды. Поэтому, исследование действия Cry-белков, а также других белков кристаллов В. thuringiensis— актуальная проблема, имеющая большую теоретическую и практическую значимость [4]. Особую важность представляет изучение антимикробной активности Сгу-белков – высокоспецифичных токсинов ряда беспозвоночных. Некоторые из Сгу-белков введены в состав генетически модифицированных сельскохозяйственных растений для защиты последних от вредных насекомых, поэтому в значительных количествах накапливаются в почве и могут ощутимо влиять на почвенные биогеоценозы, обязательными компонентами которых являются разнообразные прокариоты.

В качестве тест-микроорганизмов в работе использовали строго анаэробных бактерий Moorellathermoautotrophica(DSMZ 1974), Moorellathermoacetica(DSMZ 6867), Clostridiumacetobutylicum(MSUMD 8), а также архею Methanosarcinabarkeriштамм Fusaro (DSMZ 804). Представители этих родов прокариот могут быть как свободноживущими, так и симбионтами чувствительных к белкам параспоральных кристаллов В. thuringiensisбеспозвоночных и являются удобной моделью для изучения механизмов антимикробного действия таких белков.

Методы

Исследовали влияние хроматографически очищенных с помощью ионообменной хроматографии на колонках MonoQ, MonoS белков: Сгу9А, выделенного из кристаллов В. thuringiensissubsp. galleria, СгуЗАа, его 49 – и 52-кДа фрагментов, выделенных из кристаллов В. thuringiensissubsp. tenebrionis, Cyt-белка из кристаллов В. thuringiensissubsp. israelensisна рост указанных тест-микроорганизмов, образование ими газов и летучих жирных кислот с помощью газового и газово-жидкостного хроматографического анализа, а также на синтез ферментов антиокислительной защиты, в частности, каталазы и супероксиддисмутазы. Картину лизиса клеток, морфологию спор и параспоральных кристаллов В. thuringiensisисследовали с помощью трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии.

Результаты

Белки параспоральных кристаллов и некоторые фрагменты этих белков в разной степени влияют на метаболизм исследованных прокариот, что приводит к подавлению роста и лизису клеток последних. Антимикробный эффект изучаемых белков – прежде всего мембранотропный. Трансмиссионная электронная микроскопия дала возможность обнаружить особенности лизиса клеток под влиянием 49 кДа-фрагмента СгуЗАа-белка.

Выявлена сеть пилей вокруг спор нескольких подвидов В. thuringiensis, в которой совместно удерживаются споры и параспоральные кристаллы – не только первичные автономные факторы патогенности этих бактерий, но и факторы защиты от конкурентной микрофлоры (благодаря антимикробной активности составляющих их белков) молодых дочерних популяций, развивающихся из спор.

Белок СгуЗАа и его фрагменты оказывают более выраженное антибиотическое действие на клостридий, чем Сгу9А. Изучение влияния серотонина и дофамина на проявление антимикробной активности изучаемых белков показало способность регуляторных молекул изменять эту акивность посредством влияния на проницаемость клеточных мембран. В некоторых случаях (что показано, например, в опытах с М. barkeri) нейромедиаторы используются в качестве дополнительных источников азота.

С помощью трансмиссионной и сканирующей электронной микроскопии изучена морфология включений, образующихся из белка Сгу9А, клонированного в акристаллоносный штамм В. thuringiensissubsp. israelensis.

Обсуждается роль белков параспоральных включений В.thuringiensisкак возможных факторов окислительного стресса у строго анаэробных прокариот.

Литература

1.  Yudina T.G., Konukhova A.V., Revina L.P., Kostina L.I., Zalunin I.A., Chestukhina G.G. 2003. Antibacterial activity of Cry – and Cyt-proteins from Bacillus thuringiensis subsp. israelensis. Can. J. Microbiol. V.49. No.1. P.37-44.

2.  Юдина   Т.Г.,   Брюханов   А.Л.,   Нетрусов   А.И.   2004.   Чувствительность   архей   к антибиотическому действию белков параспоральных включений различных подвидов Bacillusthuringiensis. Микробиология. Том 73. №1. С.25-30.

3.  Yudina T.G., Brioukhanov A.L., Zalunin I.A., Revina L.P., Shestakov A.I., Voyushina N.E., Chestukhina G.G., Netrusov A.I. 2007. Antimicrobial activity of different proteins and their fragments from Bacillus thuringiensis parasporal crystals against clostridia and archaea. Anaerobe. V.13. No.l.P.6-13.

4.  Revina L.P., Kostina L.I., Dronina V.F., Zalunin I.A., Chestukhina G.G., Yudina T.G., Konukhova A.V., Izumrudova A.V. 2005. Novel antibacterial proteins from entomocidal crystals of Bacillus thuringiensis subsp. israelensis. Can. J. Microbiol. V.51. No.2. P.141-148.