Спектр совместимых растворимых веществи их распространение у микроорганизмов
Страница 1

Биология » Идентификация генов биосинтеза эктоина у метилотрофной бактерии Methylarcula marina » Спектр совместимых растворимых веществи их распространение у микроорганизмов

Спектр совместимых растворимых веществ, обнаруженных у прокариот и эукариот, весьма широк и разнообразен (Roberts, 2004; 2005). Термин “совместимые растворимые вещества” был предложен для соединений, которые не ингибируют метаболические процессы, но защищают клетку и клеточные компоненты в условиях водного стресса (Brown, 1976). Этот термин применим к органическим осмолитам, которые предохраняют макромолекулы от ингибирующего действия неорганических ионов или органических молекул. Некоторые органические вещества могут также защищать клетки и макромолекулы при замораживании-оттаивании, высушивании и воздействии высокой температуры (da Costa et al., 1998). Так, например, в опытах in vitro показано, что эктоин стабилизирует лактатдегидрогеназу и другие ферменты при воздействии высушивания, высокой и низкой температуры. Благодаря этим свойствам, осмолиты могут использоваться в косметике и биотехнологии (Ventosa and Nieto, 1995).

Осмопротекторы относятся к различным классам органических соединений, специфических для разных групп галофильных и галотолерантных микроорганизмов. Проведенный скрининг осмопротекторов у более чем 200 галофильных изолятов, включая цианобактерии (Reed et al., 1984), аноксигенные фототрофные бактерии (Trüper and Galinski, 1986), аэробные хемогетеротрофы, протеобактерии a- и g-подклассов (виды рода Halomonas, Vibrio, Pseudomonas), актиномицеты (виды Actinopolyspora, Nocardiopsis), бациллы и родственные виды Staphylococcus и Salinicoccus, умеренно галотолерантные виды Brevibacterium и Corynebacterium (Bernard et al., 1993; Frings et al., 1993), позволил разделить эти соединения на следующие основные группы (Galinski, 1995):

- полиолы (глицерин, арабит, манит), сахара и их производные (сахароза, трегалоза и глюкозилглицерин);

- цвиттерионные соединения и бетаины (глицинбетаин);

- аминокислоты (пролин, глутамин и глутамат);

- N-ацетилированые диаминокислоты (ацетилорнитин, ацетиллизин);

- амидные производные глутамата (N-карбамоилглутамиламид);

- эктоины (эктоин, гидроксиэктоин);

- метилированые сульфосоединения (диметилсульфониопропионат), накапливающиеся у цианобактерий и морских водорослей.

Эти исследования привели к ряду важных обобщений:

1. Синтезируемые de novo полиолы, такие как глицерин, арабит, инозит, часто накапливаются у галофильных и галотолерантных грибов, устойчивых к солям растений, но не обнаружены у галофильных бактерий.

2. Все “совместимые вещества”, синтезируемые или транспортируемые из среды, накапливаются в концентрациях, превышающих 500 мМ, и являются полярными, хорошо растворимыми молекулами, не несущими суммарного заряда.

3. Заряженные аминокислоты, такие как глутамат, b-глутамат, бетаинглутамат и другие, не накапливаются в очень больших количествах (более 400 мМ).

Осмолиты могут быть разделены на основании затрачиваемой клеткой энергии для их биосинтеза (Oren, 1999). При этом наиболее энергетически выгодным является биосинтез глицерина, эктоина и глицин-бетаина, наименее выгоден синтез сахарозы и трегалозы. Многие бактерии способны накапливать одновременно ряд осмопротекторов, при этом преобладание того или иного осмолита во многом определяется энергетическим статусом клетки и доступностью источника азота.

Все вышеперечисленные группы осмолитов можно разделить на три химические категории: 1) анионные растворимые вещества, 2) незаряженные растворимые вещества и 3) цвиттерионые растворимые вещества. В таблице 1 приведены распространенные у микроорганизмов совместимые растворимые вещества.

Распространение у микроорганизмов

литература

Анионные органические осмолиты, содержащие карбоксильную группу

α-Глутамат

E. coli; Halomonas elongata; Methanohalophilus portucalensis; Methanobacterium thermoautotrophicum; Natronococcus occultus; Halobacterium sp.NRC-1 и H. salinarum; Erwinia chrysanthemi а также многие галотолерантные бактерии и метаногены

Roberts, 2004

Goude et al., 2004

β-Глутамат

Methanothermococcus thermolithotrophicus; Methanocaldococcus jannaschii; Methanotorris igneus; Nocardiopsis halophila, у всех видов Nocardiopsis,

Thermotoga neapolitana и T. maritime

Galinski and Trüper,1994;

da Costa et al., 1998;

Martin et al., 1999

Глутаматбетаин

Calothrix sp. N181

Mackay et аl., 1984

Roberts, 2004

α-Гликозил-глицерат

Agmenellum quadruplicatum; Stenotrophomonas maltophilia; Methanohalophilus portucalensis Erwinia chrysanthemi

Roberts, 2004

Goude et al., 2004

α-Маннозил-глицерат

Dehalococcoides ethenogenes; Methanothermus fervidus; Pyrococcus furiosus; Rhodothermus marinus и R. obamensis; Methanohalophilus portucalensis; Thermus thermophilus; Dehalococcoides ethenogenes; Rubrobacter xylanophilus; Aeropyrum pernix; Pyrococcus sp.; Thermococcus sp.; Archaeoglobus fulgidus

Empadinhas et al., 2004

Santos and da Costa, 2002

Martins et all., 1999;

Goncalves et all., 2003

Lamosa et all., 1998;

Neves et all., 2005

Анионные органические осмолиты, содержащие фосфатные или сульфатные группы

Ди-мио-инозит-1,1’-дифосфат

Archaeoglobus fulgidus; Methanotorris igneus; Pyrococcus furiosus и P. woesei; Pyrodictium occultum; Thermotoga maritima

Martin et al., 1999;

Roberts, 2004

Santos and da Costa, 2002

Martins et all., 1997

Martins et all., 1996

α-Диглицерин-

фосфат

Archaeoglobus fulgidus

Martins et all., 1997

Goncalves et all., 2003

Цикло-2,3-дифосфоглицерат

Methanobacterium thermoautotrophicum; Methanopyrus kandleri; Methanothermus fervidus

Martins et all., 1997

Сульфотрегалоза

Natronococcus occultus; Natronobacterium sp.

Desmarais et al., 1997

Незаряженные органические осмолиты

Гликозил-глицерин

Морские и пресноводные цианобактерии: Synechocystis sp., Microcystis firma; фототрофные эубактерии: Rhodobacter sulfidophilum; Pseudomonas mendocina и P. рseudoalcaligenes; Stenotrophomonas sp.

Reed et al., 1986

Galinski, 1995;

da Costa et al., 1998

α-маннозил-глицерамид

Rhodothermus marinus и R. obamensis

Silva et al., 1999

Трегалоза

Pyrobaculum aerophilum; Sulfolobus solfataricus и S.ambivalens;

Thermoproteus tenax; Thermoplasma acidophilum; Actinopolyspora halophila; Scytonema species cемейства Thiocapsa, Thiocystis, Chromatium, а также Azotobacter chroococcum, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Rhizobium meliloti, Chromohalobacter israelensis; Desulfovibrio halophilus; Rhodothermus obamensis; Narialba magadii T. Thermophilus; Sinorhizobium meliloti

Galinski, 1995;

da Costa et al., 1998

Page-Sharp et al., 1999

Nunes et all., 1995;

Elbein et all., 2003

Goufii et all., 1999

Сахароза

Synechocystis sp., Anabaena sp., Phormidium autumnale; Scytonema species;

Chroococcidiopsis sp. Sinorhizobium meliloti

Reed et al., 1986;

Hershkovitz et al., 1991;

Page-Sharp et al., 1999;

Desplats et all., 2005.

Na-карбамоил-L-глутамин-1-амид

Ectothiorhodospira marismortui

Oren et al., 1991.

N-α-ацетил-глутаминил-глутаминамид

Sinorhizobium meliloti; Rhizobium leguminosarum; Pseudomonas

aeruginosa; пурпурные сульфобактерии Rhizobium meliloti, P. fluorescens, P. aeruginosa, P. putida, P. mendocina

Smith and Smith, 1989; D’Souza-Ault et al., 1993; Kets et al., 1996.

Манносахароза

Agrobacterium tumefaciens

Smith et al., 1990

Цвиттерионые органические осмолиты

Глицинбетаин

Thioalkalivibrio versutus; Actinopolyspora sp.; Actinopolyspora halophila; Halorhodospira halochloris; Methanohalophilus portucalensis FDF1; Methanosarcina thermophila; Methanothermobacter marburgensis; Synechococcus sp. DUN52, B. subtilis E. coli, Staphylococcus xylosus Sinorhizobium meliloti, Halomonas elongata Methanobacterium thermoautotrophicum Marburg Ectothiorhodospira halochloris, Actinopolyspora halophila, галотолерантный фототроф Aphanothece halophytica Methanohalophilus portucalensis; Listeria monocytogenes

Lai et al., 1991

Boch et al., 1996,

Østerås et al., 1998, Canovas et al., 2000, Nyyssölä et al., 2000, Waditee et al., 2003

Bayles et all., 2000

Эктоин

Sporosarcina pasteurii; Bacillus pasteurii; Marinococcus halophilus;

Brevibacterium epidermis, B. linens; Thioalkalimicrobium aerophilum;

Vibrio cholerae и V.costociola; Chromohalobacter israelensis и C. salexigens; Halorhodospira halochloris; Halomonas elongata H. israelensis,

H. variabilis; метилотрофы: Methylomicrobium alcaliphilum, Mm. keniense,

Mm. buryatense; Methylophaga alcalica и M. natronica, Methylarcula terricola и M. marina; и многие галотолерантные бактерии

Canovas et al., 1997; Wohlfarth et al., 1990

Khmelenina et al., 1999

Doronina et all., 2000;

Doronina et all., 2003a, b

Гидроксиэктоин

Halomonas elongata; Chromohalobacter salexigens; Nocardiopsis halophila;

N. dassonvillei; Micrococcus halobius; Marinococcus halophilus,

Marinococcus sp. M52; Brevibacterium casei, B. iodinum, B. linens,

Streptomyces chrysomallus, S. griseolus; Salibacillus salexigens

Roberts, 2004

Frings et al., 1993

Severin et al., 1992

Nε-ацетил-β-лизин

Methanothermococcus thermolithotrophicus; Methanosarcina thermophila, M. mazei Gö1, M. acetivorans. M. barkeri; Meyhanococcus jannaschii и M. maripaludis; Methanohalophilus portucalensis FDF1; Halobacillus halophilus Methanosarcina thermophila, Methanogenium cariaci, Methanohalophilus sp. и Methanococcus sp. Sporosarcina halophila, Planococcus citreus

Pflüger et al., 2003

Martin et al., 1999; Roberts, 2004

da Costa et al., 1998

β-глутамин

Methanohalophilus portucalensis FDF1

Roberts, 2004

Пролин

B. subtilis и Planococcus citreus, Azospirillum brasilense некоторых видов Staphylococcus и Salinicoccus

Kempf et all., 1998

Miller et all., 1996

Диметил-сульфонио-пропионат

Морские водоросли; поглощается из среды E. Coli, S. typhimurium

Galinski, 1995;

Welsh, 2000

Cosquer et. al., 1999; Pichereau et al., 1998

Пипиколиновая кислота

Brevibacterium ammoniagenes, Sinorhizobium meliloti

Gouesbet et al., 1992

Gouffi et al., 2000

Карнитин

Поглощаются из среды: E. coli, Lactobacillus plantarum, Listeria monocytogenes,

Pediococcus halophilus, Brevibacterium linens, Pseudomonas aeruginosa, Listeria

monocytogenes

Sleator, Hill, 2001

Kets et al., 1994

Bayles et all., 2000

Jebbar et al., 1998

Страницы: 1 2


Также смотрите:

Когда возникает металлическая связь? Дайте представление о теории металлов (классической и квантовой), полупроводниках, диэлектриках и изоляторах.
Связь, которая образуется в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов, называются металлической связью. Этот тип связи характерен для простых веществ- металлов. Сущность процесса образования металлической связи состоит в следующем: ...

Органы, полости тела и нервная система земноводных
Особенности внутреннего строения. У земноводных в отличие от рыб развились слюнные железы. Зубы, если имеются, конической формы и способствуют удерживанию добычи. У многих хвостатых конец языка обращен назад и при ловле насекомых может выбрасываться далеко вперед. Жел ...

Непрямое постэмбриональное развитие
Метаморфоз представляет собой глубокие преобразования в строении организма, в результате которых личинка превращается во взрослое насекомое. В зависимости от характера постэмбрионального развития у насекомых различают два типа метаморфоза: неполный (гемиметаболия), к ...