Informație

8.8A: Prezentare generală a bacteriilor Gram-pozitive și a actinobacteriilor - Biologie

8.8A: Prezentare generală a bacteriilor Gram-pozitive și a actinobacteriilor - Biologie



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Actinobacteriile sunt bacterii Gram-pozitive cu conținut ridicat de guanină și citozină în ADN-ul lor și pot fi terestre sau acvatice.

obiective de invatare

  • Discutați despre caracteristicile asociate cu Actinobacteriile

Puncte cheie

  • Actinobacteriile includ unele dintre cele mai comune vieți din sol, viața de apă dulce și viața marină, jucând un rol important în descompunerea materialelor organice, cum ar fi celuloza și chitina, jucând astfel un rol vital în rotația materiei organice și în ciclul carbonului.
  • Actinobacteriile sunt bine cunoscuți ca producători secundari de metaboliți și, prin urmare, sunt de mare interes farmacologic și comercial, deoarece pot produce antibiotice precum actinomicina.
  • Actinobacteriile sunt responsabili pentru mirosul deosebit care emană din sol după ploaie (petrichor), în principal în climatele mai calde.

Termeni cheie

  • actinomicina: Oricare dintr-o clasă de antibiotice polipeptidice toxice găsite în bacteriile din sol din genul Streptomyces.
  • actinobacterii: Un grup de bacterii Gram-pozitive cu conținut ridicat de guanină și citozină în ADN-ul lor

Actinobacteriile este una dintre filele dominante ale bacteriilor. Sunt bacterii Gram-pozitive cu conținut ridicat de guanină și citozină în ADN-ul lor și pot fi terestre sau acvatice. Analiza secvenței glutamin sintetazei a fost sugerată pentru analiza lor filogenetică.

Actinobacteriile includ unele dintre cele mai comune vieți din sol, viața de apă dulce și viața marina, jucând un rol important în descompunerea materialelor organice, cum ar fi celuloza și chitina; jucând astfel un rol vital în rotația materiei organice și în ciclul carbonului. Aceasta reface aportul de nutrienți din sol și este o parte importantă a formării humusului.

Alte actinobacterii populează plante și animale, inclusiv câțiva agenți patogeni, cum ar fi Mycobacterium, Corynebacterium, Nocardia, Rhodococcus și câteva specii de Streptomyces.

Actinobacteriile sunt bine-cunoscute ca producători secundari de metaboliți și, prin urmare, sunt de mare interes farmacologic și comercial. În 1940, Selman Waksman a descoperit că bacteriile din sol pe care le studia au făcut-o actinomicina, descoperire pentru care a primit un premiu Nobel. De atunci, sute de antibiotice naturale au fost descoperite în aceste microorganisme terestre, în special din genul Streptomyces.

Unele Actinobacterii formează filamente ramificate, care seamănă oarecum cu miceliul ciupercilor neînrudite, printre care au fost clasificate inițial sub numele mai vechi. Actinomicete. Majoritatea membrilor sunt aerobi, dar câțiva, cum ar fi Actinomyces israelii, poate crește în condiții anaerobe. Spre deosebire de Firmicutes, celălalt grup principal de bacterii Gram-pozitive, au ADN cu un conținut ridicat de GC, iar unele specii de Actinomycetes produc spori externi.

Unele tipuri de Actinobacteria sunt responsabile pentru mirosul deosebit care emană din sol după ploaie (petrichor), în principal în climatele mai calde. Substanța chimică care produce acest miros este cunoscută ca Geosmin. Majoritatea actinobacteriilor cu semnificație medicală sau economică sunt în subclasă Actinobacteridae, Ordin Actinomicetale. În timp ce multe dintre acestea provoacă boli la oameni, Streptomyces este remarcabilă ca sursă de antibiotice.


Perspective microbiologice și moleculare despre rare Actinobacteriile adăpostind prospectiune bioactivă

Actinobacteriile este ca un grup de bacterii filamentoase avansate. Rar Actinobacteriile prezintă un interes deosebit deoarece sunt rareori izolate de medii. Sunt o sursă majoră de compuși bioactivi importanți. Determinarea strategiei adecvate pentru identificarea Actinobacteriile adăpostirea clusterelor de gene biosintetice și producerea de molecule bioactive este o platformă provocatoare.

Metodologie

În această revizuire, discutăm o consecință a metodelor microbiologice și moleculare pentru identificarea rarelor Actinobacteriile. În plus, facem lumină asupra rarelor Actinobacteriilesemnificația lui în producția de antibiotice. De asemenea, am clarificat abordările moleculare pentru manipularea noilor grupuri de gene biosintetice prin screening PCR, biblioteci de fosmide și secvențierea întregului genom Illumina în combinație cu analiza bioinformatică.

Concluzie

Percepții despre identificarea convențională și moleculară a Actinobacteriile au fost conduse. Acest lucru va deschide ușa pentru manipularea genetică a noilor grupuri de gene antibiotice în gazde heterologe. De asemenea, aceste concluzii vor duce la construirea de noi molecule bioactive prin inginerie genetică a căilor biosintetice.


Introducere

LuxI și LuxR sunt componenta majoră a cvorum sensing (QS) bazată lux operonul 1. Mecanismul de bază al QS implică secreția (LuxI) și percepția (LuxR) a moleculelor de semnalizare printre microbi 2, 3. Printre moleculele de semnalizare cu detecție a cvorumului (QSSM) exploatate în mod major pentru transmitere se numără lactonele N-Acyl homoserină (AHL) 4, 5 , care sunt distribuite pe scară largă în Gram-negative, dar cu puține rapoarte despre prezența lor în arheile 6 și bacteriile Gram-pozitive 7 .

În general, transcris bidirecțional lux operon (

218 bp distanta) de V. fischeri compus din 8 lux genele luxA-E, luxG, luxI, și luxR 3 . Proteina LuxI este o acil sintază a

190 de aminoacizi, secretă AHL prin catalizarea reacției dintre S-adenozilmetionina (SAM) și proteina purtătoare acil (ACP) 8 . LuxR este o proteină primitoare AHL (252 aminoacizi) cu domenii N și C-terminale. Domeniul de legare autoinductor (ABD) constituie regiunea N-terminală, în timp ce domeniul de legare a ADN-ului, helix-turn-helix (HTH) formează regiunea C-terminală a regulatorului LuxR 3. ABD recunoaște și se leagă de molecula AHL respectivă. Acest complex promovează demascarea capătului C-terminal (domeniul de legare la ADN), stimulează legarea acestuia la ADN și activează transcripția diferitelor gene controlate de QS 2 .

Distribuția proteinelor LuxI/LuxR în bacteriile Gram-negative este bine caracterizată, de ex. în Vibrio fischeri și Vibrio harveyi 9 , Pseudomonas aeruginosa 10 , Erwinia spp 1 . și multe altele așa cum sunt compilate în depozitul SigMol de către grupul nostru 5 . Există mai multe rapoarte pentru a explora distribuția și istoria evolutivă a LuxI/LuxR în bacteriile Gram-negative 11, 12 și cladele lor specifice, de ex. Aeromonas 13 , Roseobacter 14 , Halomonadaceae 15 și Vibrionaceae 16 . Cu toate acestea, au fost efectuate puține studii pentru LuxR orfan (sau solo LuxR), adică regulatori care conțin ABD (N-terminal) și domeniul C-terminal de legare a ADN-ului HTH, dar le lipsește LuxI înrudit 17, 18. Mai mult, recent am efectuat explorarea computațională a solo-urilor LuxR în Archaea 19 .

Bacteriile Gram-pozitive primesc în primul rând semnale prin peptidele QS, care au folosit un sistem cu două componente pentru a completa cascada 20, mai degrabă decât omologii LuxI/LuxR. Wynendaele et al. au raportat peptide QS de la 51 de bacterii Gram pozitive în baza de date Quorumpeps 21 . Ulterior, am analizat și prezis aceste peptide QS prin diferite tehnici de învățare automată în serverul web QSPpred 22 . În 2013, Biswa și Doble au demonstrat producția de oxo-octanoil homoserină lactonă într-o tulpină nouă de Exiguobacterium sp., o bacterie marina Gram pozitivă 7 . Această tulpină posedă un omolog LuxR desemnat ca ExgR și, de asemenea, are omologul LuxI în aval de ExgR. Mai departe, Bose et al. a raportat producția de N-(3-oxodecanoil)-L-homoserin lactonă și N-(3-oxododecanoil)-L-homoserin lactonă în Salinispora sp. (burete asociat Actinobacteria marine) 23 . Mai mult, puține studii de adnotare a genomului au arătat prezența LuxI/LuxR în bacteriile Gram-pozitive și anume Stafilococ spp., Bacil spp., Mycobacterium spp., etc 24,25,26. Filul de actinobacterie a fost explorat filogenomic de Santos și colegii de lucru pentru autoritățile de reglementare LuxR 27 și ulterior revizuit de Polkade et al. pentru prezența unui posibil QS 28 .

Bacteriile Gram-pozitive au două phyla majore și anume Actinobacteria (conținut ridicat de G + C) și Firmicutes (conținut scăzut de G + C). Printre acestea, Firmicutes și alte categorii minore nu au fost explorate pentru comunicarea intercelulară bazată pe AHL. Cu toate acestea, prezența LuxI/LuxR în bacteriile Gram-pozitive, întărește conceptul de comunicare interspecie între speciile sale și cea a bacteriilor Gram-negative. Prin urmare, în studiul de față analizăm un grup complet de bacterii Gram-pozitive pentru prezența LuxI/LuxR presupus utilizând perspective multidimensionale precum conservarea, domeniul, motivul, compoziția, ontologia genelor (GO), legarea liganzilor, gruparea și distribuția taxonomică. În special, am realizat și analizele evolutive pentru apariția potențialului LuxI/LuxR în bacteriile Gram-pozitive.


Referințe

Whitman, W. B. şi colab. Manualul lui Bergey de bacteriologie sistematică: volumul 5: Actinobacteriile (Springer Science & Business Media, 2012).

van der Meij, A., Worsley, S. F., Hutchings, M. I. & amp van Wezel, G. P. Chemical ecology of antibiotic production by actinomicetes. FEMS Microbiol. Rev. 41, 392–416 (2017).

Barka, E. A. şi colab. Taxonomie, fiziologie și produse naturale ale Actinobacteriilor. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 80, 1–43 (2016).

Bérdy, J. Metaboliți microbieni bioactivi. J. Antibiot. 58, 1–26 (2005).

Hopwood, D. A. Streptomyces în Natură și Medicină: Producătorii de antibiotice (Oxford Univ. Press, 2007).

Vrancken, K. & amp Anne, J. Producția secretorie de proteine ​​recombinate de către Streptomyces. Viitorul Microbiol. 4, 181–188 (2009).

Newman, D. J. & Cragg, G. M. Produsele naturale ca surse de medicamente noi în ultimii 25 de ani. J. Nat. Prod. 70, 461–477 (2007).

Davies, J. & Davies, D. Origins and evolution of antibiotic resistance. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 74, 417–433 (2010).

Cooper, M. A. și Shlaes, D. Remediați conducta de antibiotice. Natură 472, 32 (2011).

Payne, D. J., Gwynn, M. N., Holmes, D. J. și Pompliano, D. L. Droguri pentru insectele rele: confruntarea cu provocările descoperirii antibacteriene. Nat. Rev. Drog. Discov. 6, 29–40 (2007).

Baltz, R. H. Antimicrobiene din actinomicete: înapoi în viitor. Microb 2, 125–131 (2007).

Baltz, R. H. Renașterea în descoperirea antibacteriene din actinomicete. Curr. Opinează. Pharmacol. 8, 557–563 (2008).

Bentley, S. D. şi colab. Secvența completă a genomului actinomicetului model Streptomyces coelicolor A3(2). Natură 417, 141–147 (2002).

Ikeda, H. şi colab. Secvența completă a genomului și analiza comparativă a microorganismului industrial Streptomyces avermitilis. Nat. Biotehnologia. 21, 526–531 (2003).

van den Berg, M. A. et al. Secvențierea genomului și analiza ciupercii filamentoase Penicillium chrysogenum. Nat. Biotehnologia. 26, 1161–1168 (2008).

Bode, H. B., Bethe, B., Hofs, R. & amp Zeeck, A. Efecte mari ale schimbărilor mici: modalități posibile de a explora diversitatea chimică a naturii. Chembiochim 3, 619–627 (2002).

Romano, S., Jackson, S. A., Patry, S. și Dobson, A. D. W. Extinderea principiului „O tulpină mulți compuși” (OSMAC) la microorganismele marine. Mar. Droguri 16, 244 (2018).

Wu, C. şi colab. Lugdunomicina, o moleculă derivată din anguciclină cu arhitectură chimică fără precedent. Angew. Chim. Int. Ed. Engl. 58, 2809–2814 (2019).

Wright, E. S. și Vetsigian, K. H. Interacțiunile inhibitoare promovează bistabilitatea frecventă printre bacteriile concurente. Nat. comun. 7, 11274 (2016).

Hibbing, M. E., Fuqua, C., Parsek, M. R. & Peterson, S. B. Competiția bacteriană: supraviețuirea și prosperitatea în jungla microbiană. Nat. Rev. Microbiol. 8, 15–25 (2010).

Abrudan, M. I. et al. Inducerea și suprimarea antibiozei mediate social în timpul coexistenței bacteriene. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 112, 11054–11059 (2015).

Traxler, M. F. & amp Kolter, R. Produse naturale în interacțiunile și evoluția microbilor din sol. Nat. Prod. Reprezentant. 32, 956–970 (2015).

Traxler, M. F., Watrous, J. D., Alexandrov, T., Dorrestein, P. C. & Kolter, R. Interspecies interactions stimule diversification of the Streptomyces coelicolor metabolom secretat. mBio 4, e00459-13 (2013). Acest studiu utilizează spectrometria de masă cu ionizare cu electrospray de desorbție prin nanospray și spectrometria de masă imagistică MALDI-TOF pentru a identifica interacțiunile chimice care au loc între bacteriile actinomicete, dezvăluind schimbări substanțiale în producția de metaboliți specializati.

Rutledge, P. J. și Challis, G. L. Descoperirea produselor naturale microbiene prin activarea clusterelor de gene biosintetice silențioase. Nat. Rev. Microbiol. 13, 509–523 (2015).

Zhu, H., Sandiford, S. K. & amp van Wezel, G. P. Declanșatoare și indicii care activează producția de antibiotice de către actinomicete. J. Ind. Microbiol. Biotehnologia. 41, 371–386 (2014).

Guerinot, M. L. Transportul fierului microbian. Annu. Rev. Microbiol. 48, 743–772 (1994).

Li, C., Ji, C. și Tang, B. Purificarea, caracterizarea și activitatea biologică a melaninei din Streptomyces sp. FEMS Microbiol. Lett. 365, fny077 (2018).

Sadeghi, A. et al. Diversitatea genelor de biosinteză a ectoinei în toleranții la sare Streptomyces și dovezi pentru efectul inductiv al ectoinelor asupra acumulării lor. Microbiol. Res. 169, 699–708 (2014).

Kroiss, J. şi colab. Streptomicetele simbiotice asigură profilaxia combinată cu antibiotice pentru descendenții de viespi. Nat. Chim. Biol. 6, 261–263 (2010).

Raaijmakers, J. M. & amp Mazzola, M. Diversitatea și funcțiile naturale ale antibioticelor produse de bacteriile benefice și patogene ale plantelor. Annu. Rev. Phytopathol. 50, 403–424 (2012).

Doroghazi, J. R. & amp Metcalf, W. W. Genomica comparativă a actinomicetelor cu accent pe genele biosintetice ale produselor naturale. BMC Genomics 14, 611 (2013).

Cimermancic, P. şi colab. Perspective asupra metabolismului secundar dintr-o analiză globală a clusterelor de gene biosintetice procariote. Celulă 158, 412–421 (2014).

Sriswasdi, S., Yang, C. C. & Iwasaki, W. Speciile generaliste conduc la dispersia și evoluția microbiană. Nat. comun. 8, 1162 (2017).

Shimkets, L. J. în Genomi bacterieni: Structură fizică și analiză (eds de Bruijn, F. J., Lupski, J. R. & Weinstock, G. M.) 5–11 (Chapman & Hall, 1998).

Fraser, C. M. şi colab. Complementul minim de gene al Mycoplasma genitalium. Ştiinţă 270, 397–403 (1995).

Salem, H. şi colab. Reducerea drastică a genomului la simbiont pectinolitic al unui erbivor. Celulă 171, 1520–1531 (2017).

Davies, J. Millennium bugs. Trends Cell Biol. 9, M2–M5 (1999).

Claessen, D., Rozen, D. E., Kuipers, O. P., Sogaard-Andersen, L. & amp van Wezel, G. P. Soluții bacteriene la multicelularitate: o poveste despre biofilme, filamente și corpuri fructifere. Nat. Rev. Microbiol. 12, 115–124 (2014).

Flärdh, K. și Buttner, M. J. Streptomyces morfogenetică: diferențierea prin disecție într-o bacterie filamentoasă. Nat. Rev. Microbiol. 7, 36–49 (2009).

Chater, K. F. și Losick, R. în Bacteriile ca organisme multicelulare (eds Shapiro, J. A. & Dworkin, M.) 149–182 (Oxford University Press, 1997).

Merrick, M. J. Un studiu de cartografiere morfologică și genetică a mutanților de colonii chelie ale Streptomyces coelicolor. J. Gen. Microbiol. 96, 299–315 (1976).

Hopwood, D. A., Wildermuth, H. & Palmer, H. M. Mutants of Streptomyces coelicolor defect de sporulare. J. Gen. Microbiol. 61, 397–408 (1970).

Bibb, M. J. Reglarea metabolismului secundar la streptomicete. Curr. Opinează. Microbiol. 8, 208–215 (2005).

van der Heul, H. U., Bilyk, B. L., McDowall, K. J., Seipke, R. F. & amp van Wezel, G. P. Reglarea producției de antibiotice în Actinobacteria: noi perspective din era post-genomică. Nat. Prod. Reprezentant. 35, 575–604 (2018).

Manteca, A. O rundă de moarte care afectează un miceliu tânăr compartimentat precede demontarea miceliului aerian în culturi de suprafață confluente de Streptomyces antibioticus. Microbiologie 151, 3689–3697 (2005).

Manteca, A., Mader, U., Connolly, B. A. & Sanchez, J. A proteomic analysis of Streptomyces coelicolor moartea celulară programată. Proteomica 6, 6008–6022 (2006).

Tenconi, E., Traxler, M. F., Hoebreck, C., van Wezel, G. P. & Rigali, S. Producția de prodiginine face parte dintr-un proces de moarte celulară programată în Streptomyces coelicolor. Față. Microbiol. 9, 1742 (2018).

Ohnishi, Y. şi colab. Secvența genomică a microorganismului care produce streptomicina Streptomyces griseus IFO 13350. J. Bacteriol. 190, 4050–4060 (2008).

Gomez-Escribano, J. P. et al. Structura și biosinteza alcaloidului polichetid neobișnuit coelimycin P1, un produs metabolic al cpk cluster de gene de Streptomyces coelicolor M145. Chim. Sci. 3, 2716–2720 (2012).

Wu, C. şi colab. Extinderea spațiului chimic pentru produsele naturale prin Aspergillus-Streptomyces co-cultivare și biotransformare. Sci. Reprezentant. 5, 10868 (2015).

Challis, G. L. & amp Hopwood, D. A. Sinergia și contingența ca forțe motrice pentru evoluția producției de metaboliți secundari multipli de către Streptomyces specii. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 100, 14555–14561 (2003).

Ling, L. L. şi colab. Un nou antibiotic ucide agenții patogeni fără rezistență detectabilă. Natură 517, 455–459 (2015).

Wilson, M. C. şi colab. Un taxon bacterian de mediu cu un repertoriu metabolic mare și distinct. Natură 506, 58–62 (2014).

Seipke, R. F., Kaltenpoth, M. & Hutchings, M. I. Streptomyces ca simbioți: o temă emergentă și răspândită? FEMS. Microbiol. Rev. 36, 862–876 (2012).

Jensen, P. R., Williams, P. G., Oh, D.-C., Zeigler, L. & Fenical, W. Producția de metabolit secundar specific speciei în actinomicetele marine ale genului Salinispora. Aplic. Env. Microbiol. 73, 1146–1152 (2007).

Yang, A. şi colab. Nitrosporeusines A și B, alcaloizi fără precedent purtători de tioester din Arctica Streptomyces nitrosporeus. Org. Lett. 15, 5366–5369 (2013).

Sayed, A. M. et al. Medii extreme: microbiologie care duce la metaboliți specializați. J. Apl. Microbiol. 128, 630–657 (2019).

Chevrette, M. G. şi colab. Potenţialul antimicrobian al Streptomyces din microbiomul insectelor. Nat. comun. 10, 516 (2019). Acest articol descrie potențialul biosintetic al streptomicetelor asociate insectelor și utilizarea metabolomicelor pentru prioritizarea tulpinilor, ducând la descoperirea unui nou agent antifungic activ împotriva tulpinilor fungice rezistente la multidrog..

Zipperer, A. şi colab. Comensalii umani care produc un nou antibiotic afectează colonizarea patogenilor. Natură 535, 511–516 (2016).

Ziemert, N. şi colab. Diversitatea și evoluția metabolismului secundar în genul actinomicetelor marine Salinispora. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 111, E1130–E1139 (2014). Această lucrare arată o diversitate mare a căilor în divergențele recent Salinispora spp., oferind dovezi pentru factorii evolutivi care permit bacteriilor să își maximizeze capacitatea de a produce diverși metaboliți secundari.

Adamek, M. şi colab. Genomica comparativă dezvăluie modele de distribuție filogenetică a metaboliților secundari în Amycolatopsis specii. BMC Genomics 19, 426 (2018).

Andam, C. P., Choudoir, M. J., Vinh Nguyen, A., Sol Park, H. & Buckley, D. H.Contribuțiile recombinării inter-specii ancestrale la diversitatea genetică existente Streptomyces filiații. ISME J. 10, 1731–1741 (2016).

Tidjani, A. şi colab. Fluxul masiv de gene conduce diversitatea genomului între simpatrici Streptomyces conspecifici. mBio 10, e01533-19 (2019).

McDonald, B. R. & amp Currie, C. R. Dinamica transferului de gene laterale în genul bacterian antic Streptomyces. mBio 8, e00644-17 (2017).

Medema, M. H., Cimermancic, P., Sali, A., Takano, E. & amp Fischbach, M. A. O analiză computațională sistematică a evoluției clusterelor de gene biosintetice: lecții pentru biosinteza de inginerie. PLoS Comp. Biol. 10, e1004016 (2014).

Joynt, R. & Seipke, R. F. O analiză filogenetică și evolutivă a biosintezei antimicinei. Microbiologie 164, 28–39 (2018).

Chevrette, M. G. şi colab. Incongruența taxonomică și metabolică în genul antic Streptomyces. Față. Microbiol. 10, 2170 (2019).

Navarro-Munoz, J. C. et al. Un cadru de calcul pentru a explora diversitatea biosintetică pe scară largă. Nat. Chim. Biol. 16, 60–68 (2020). Această lucrare descrie două instrumente de calcul, BiG-SCAPE și CORASON, concepute pentru a analiza diversitatea BGC în seturi mari de date genomice..

Bruns, H. şi colab. Înlocuirea legată de funcție a căilor sideroforelor bacteriene. ISME J. 12, 320–329 (2018). Acest studiu urmărește istoria evolutivă a două căi de biosinteză a sideroforilor și dezvăluie că achiziția unei căi prin HGT se corelează cu pierderea celeilalte căi..

Jensen, P. R. Produsele naturale și revoluția clusterului de gene. Tendințe Microbiol. 24, 968–977 (2016).

Chater, K. F. & Chandra, G. Evoluția dezvoltării în Streptomyces analizate prin comparații ale genomului. FEMS Microbiol. Rev. 30, 651–672 (2006).

Ventura, M. şi colab. Genomica Actinobacteriilor: urmărirea istoriei evolutive a unui filum antic. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 71, 495–548 (2007).

Choulet, F. şi colab. Evoluția regiunilor terminale ale Streptomyces cromozom liniar. Mol. Biol. Evol. 23, 2361–2369 (2006).

Bilyk, B., Horbal, L. & Luzhetskyy, A. Efectul de poziție cromozomală influențează expresia heterologă a genelor și a grupurilor de gene biosintetice în Streptomyces albus J1074. Microb. Faptul celular. 16, 5 (2017).

Letzel, A.-C. et al. Perspective genomice asupra metabolismului specializat în actinomicetul marin Salinispora. Env. Microbiol. 19, 3660–3673 (2017).

Ghinet, M. G. et al. Descoperirea prevalenței și diversității integrării elementelor conjugative în Actinobacteria. Plus unu 6, e27846 (2011).

Kinashi, H., Shimaji, M. & Sakai, A. Giant linear plasmids in Streptomyces care codifică genele de biosinteză a antibioticelor. Natură 328, 454–456 (1987).

Medema, M. H. şi colab. Secvența unei plasmide liniare bacteriene de 1,8 Mb dezvăluie un rezervor evolutiv bogat de căi metabolice secundare. Genom Biol. Evol. 2, 212–224 (2010).

Mochizuki, S. şi colab. Plasmida liniară mare pSLA2-L a Streptomyces rochei are o organizare genică neobișnuit de condensată pentru metabolismul secundar. Mol. Microbiol. 48, 1501–1510 (2003).

Hoskisson, P. A. și Fernández-Martínez, L. T. Reglarea metaboliților specializați în Actinobacteria - extinderea paradigmelor. Env. Microbiol. Reprezentant. 10, 231–238 (2018).

Huang, J. şi colab. Reglarea încrucișată între căile de biosinteză disparate ale antibioticelor Streptomyces coelicolor. Mol. Microbiol. 58, 1276–1287 (2005).

McLean, T. C., Hoskisson, P. A. & Seipke, R. F. Reglarea coordonată a biosintezei antimicinei și candicidinei. mSphere 1, e00305-16 (2016).

Martinet, L. şi colab. Un singur grup de gene biosintetice este responsabil pentru producerea de antibiotice cu bagremicină și chelatori de fier cu feroverdină. mBio 10, e01230-19 (2019).

Liu, G., Chater, K. F., Chandra, G., Niu, G. & Tan, H. Reglarea moleculară a biosintezei antibioticelor în Streptomyces. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 77, 112–143 (2013).

Wietzorrek, A. & amp Bibb, M. O nouă familie de proteine ​​care reglează producția de antibiotice în streptomicete pare să conțină o pliu de legare ADN-ului asemănător OmpR. Mol. Microbiol. 25, 1181–1184 (1997).

Autret, S., Nair, R. & Errington, J. Analiza genetică a proteinei de segregare a cromozomilor Spo0J a Bacillus subtilis: dovezi pentru domenii separate implicate în legarea ADN-ului și interacțiunile cu proteina Soj. Mol. Microbiol. 41, 743–755 (2001).

Gramajo, H. C., Takano, E. & Bibb, M. J. Producția în fază staționară a antibioticului actinorodin în Streptomyces coelicolor A3(2) este reglementat transcripțional. Mol. Microbiol. 7, 837–845 (1993).

Tomono, A., Tsai, Y., Yamazaki, H., Ohnishi, Y. & Horinouchi, S. Controlul transcripțional prin factor A de strR, activatorul transcripțional specific căii pentru biosinteza streptomicinei în Streptomyces griseus. J. Bacteriol. 187, 5595–5604 (2005).

Lawlor, E. J., Baylis, H. A. & amp Chater, K. F. Deficiențele morfologice și antibiotice pleiotrope rezultă din mutațiile unei gene care codifică un produs asemănător ARNt în Streptomyces coelicolor A3(2). Genes Dev. 1, 1305–1310 (1987).

Fernandez-Moreno, M. A., Caballero, J. L., Hopwood, D. A. & Malpartida, F. The act cluster conține gene de reglementare și de export de antibiotice, ținte directe pentru controlul translațional de către bldA gena ARNt a Streptomyces. Celulă 66, 769–780 (1991).

Takano, E. γ-butirolactone: Streptomyces molecule de semnalizare care reglează producția și diferențierea antibioticelor. Curr. Opinează. Microbiol. 9, 287–294 (2006).

Willey, J. M. și Gaskell, A. A. Molecule de semnalizare morfogenetică ale streptomicetelor. Chim. Rev. 111, 174–187 (2011).

Tahlan, K. şi colab. Inițierea exportului de actinorodină în Streptomyces coelicolor. Mol. Microbiol. 63, 951–961 (2007).

Wang, L. şi colab. Autoreglare a biosintezei antibioticelor prin legarea produsului final la un regulator de răspuns atipic. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 106, 8617–8622 (2009).

Willems, A. R. și colab. Structurile cristaline ale Streptomyces coelicolor Proteina asemănătoare TetR ActR singură și în complex cu actinorhodin sau precursorul biosintetic al actinorhodinului (S)-DNPA. J. Mol. Biol. 376, 1377–1387 (2008).

Francis, I. M., Jourdan, S., Fanara, S., Loria, R. & Rigali, S. Senzorul de celobioză CebR este gardianul scabie Streptomyces patogenitate. mBio 6, e02018 (2015).

Rigali, S. et al. Sărbătoare sau foamete: autoritatea globală de reglementare DasR leagă stresul nutrițional cu producția de antibiotice prin. Streptomyces. EMBO Rep. 9, 670–675 (2008). Această lucrare este prima care descrie o cale completă de semnalizare de la un nutrient extracelular (GlcNAc) la controlul căilor biosintetice ale antibioticelor.

Nazari, B. şi colab. Expresia genică indusă de chitină implicată în căile metabolice secundare în Streptomyces coelicolor A3(2) crescut în sol. Aplic. Env. Microbiol. 79, 707–713 (2012).

Craig, M. şi colab. Controlul nebănuit al producției de siderofor de către N-acetilglucozamină în streptomicete. Env. Microbiol. Reprezentant. 4, 512–521 (2012).

Świątek-Połatyńska, M. A. și colab. Analiza la nivel de genom a legării in vivo a regulatorului principal DasR în Streptomyces coelicolor identifică noi ținte non-canonice. Plus unu 10, e0122479 (2015).

Urem, M., Swiatek-Polatynska, M. A., Rigali, S. & amp van Wezel, G. P. Întreruperea rețelelor nutritive-senzoriale și controlul producției de antibiotice în Streptomyces. Mol. Microbiol. 102, 183–195 (2016).

Bode, H. Br., Bethe, B., Höfs, R. & Zeeck, A. Big effects from small changes: possible ways to explore nature’s chemical diversity. ChemBioChem 3, 619–627 (2002).

Zhu, H. şi colab. Obținerea de antibiotice active împotriva agenților patogeni ESKAPE într-o colecție de actinomicete izolate din solurile de munte. Microbiologie 160, 1714–1725 (2014).

Hosaka, T. şi colab. Descoperire antibacteriană în tulpini de actinomicete cu mutații în ARN polimeraza sau proteina ribozomală S12. Nat. Biotehnologia. 27, 462–464 (2009).

Tanaka, Y. şi colab. Supraproducția de antibiotice de către rpsL și rsmG mutanți ai diferitelor actinomicete. Aplic. Env. Microbiol. 75, 4919–4922 (2009).

Bertrand, S. şi colab. Inducerea metaboliților prin co-cultură de microorganisme: o modalitate potențială de a îmbunătăți diversitatea chimică pentru descoperirea medicamentelor. Biotehnologia. Adv. 32, 1180–1204 (2014).

Hoshino, S., Wakimoto, T., Onaka, H. & Abe, I. Chojalactones A–C, butanolide citotoxice izolate din Streptomyces sp. cultivat cu bacterii care conțin acid micolic. Org. Lett. 17, 1501–1504 (2015).

Sugiyama, R. şi colab. 5-alchil-1,2,3,4-tetrahidrochinoline, noi metaboliți lipofili care interacționează cu membrana produși prin cultura combinată de Streptomyces nigrescens și Tsukamurella pulmonis. Org. Lett. 17, 1918–1921 (2015).

Hsiao, N. H., Gottelt, M. & Takano, E. Capitolul 6. Reglarea producției de antibiotice de către hormonii bacterieni. Metode Enzimol. 458, 143–157 (2009).

Albright, J. C. şi colab. Metabolomica la scară largă dezvăluie un răspuns complex de Aspergillus nidulans la perturbarea epigenetică. ACS Chem. Biol., 1535-1541 (2015).

Craney, A., Ozimok, C., Pimentel-Elardo, S. M., Capretta, A. & Nodwell, J. R. Perturbarea chimică a metabolismului secundar demonstrează legături importante cu metabolismul primar. Chim. Biol. 19, 1020–1027 (2012). Această lucrare descrie modul în care screeningul unei biblioteci de compuși pentru elicitori a identificat o nouă familie de molecule care activează producția de antibiotice..

Moon, K., Xu, F. & Seyedsayamdost, M. R. Cebulantin, un antibiotic lantipeptidic criptic descoperit folosind HiTES cuplat cu bioactivitate. Angew. Chim. Int. Ed. Engl. 58, 5973–5977 (2019).

Moon, K., Xu, F., Zhang, C. și Seyedsayamdost, M. R. Bioactivity-HiTES dezvăluie antibiotice criptice codificate în bacteriile actinomicete. ACS Chem. Biol. 14, 767–774 (2019).

Kramer, J., Ozkaya, O. & amp Kummerli, R. Siderofore bacteriene în interacțiunile comunității și gazdei. Nat. Rev. Microbiol. 18, 152–163 (2020).

Niu, G., Chater, K. F., Tian, ​​Y., Zhang, J. & amp Tan, H. Specialized metabolites regulating antibiotic biosynthesis in Streptomyces spp. FEMS Microbiol. Rev. 40, 554–573 (2016).

Onaka, H., Mori, Y., Igarashi, Y. & amp Furumai, T. Bacteriile care conțin acid micolic induc biosinteza produselor naturale în Streptomyces specii. Aplic. Env. Microbiol. 77, 400–406 (2011).

Schroeckh, V. şi colab. Interacțiunea intima bacteriană-fungică declanșează biosinteza polichetidelor arhetipale în Aspergillus nidulans. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 106, 14558–14563 (2009).

Sung, A. A., Gromek, S. M. & amp Balunas, M. J. Reglarea și identificarea activității antibiotice a unui medicament derivat din marin Streptomyces sp. prin co-culturi cu agenți patogeni umani. Mar. Droguri 15 (2017).

Pérez, J. și colab. Myxococcus xanthus induce supraproducția de actinorodină și formarea miceliului aerian prin Streptomyces coelicolor. Microb. Biotehnologia. 4, 175–183 (2011).

Patin, N. V., Floros, D. J., Hughes, C. C., Dorrestein, P. C. & Jensen, P. R. Rolul interacțiunilor între specii în Salinispora metabolism specializat. Microbiologie 164, 946–955 (2018).

Ezaki, M. şi colab. Producția de bifenomicină A printr-o cultură mixtă. Aplic. Mediul. Microbiol. 58, 3879–3882 (1992).

Kurosawa, K. şi colab. Rodostreptomicine, antibiotice biosintetizate în urma transferului orizontal de gene din Streptomyces padanus la Rhodococcus fascians. J. Am. Chim. Soc. 130, 1126–1127 (2008).

Traxler, M. F., Seyedsayamdost, M. R., Clardy, J. & Kolter, R. Interspecies modulation of bacterial development through iron competition and siderophore piracy. Mol. Microbiol. 86, 628–644 (2012).

Onaka, H., Tabata, H., Igarashi, Y., Sato, Y. & Furumai, T. Goadsporin, o substanță chimică care promovează metabolismul secundar și morfogeneza în streptomicete. I. Purificare şi caracterizare. J. Antibiot. 54, 1036–1044 (2001).

Yang, Y. L., Xu, Y., Straight, P. & amp Dorrestein, P. C. Translating metabolic exchange with imaging mass spectrometrie. Nat. Chim. Biol. 5, 885–887 (2009).

Mendes, R. şi colab. Descifrarea microbiomului rizosferei pentru bacteriile supresoare de boli. Ştiinţă 332, 1097–1100 (2011).

Currie, C. R., Scott, J. A., Summerbell, R. C. și Malloch, D. D. Furnicile care cresc ciuperci folosesc bacterii producătoare de antibiotice pentru a controla paraziții din grădină. Natură 398, 701–704 (1999).

Heine, D. şi colab. Război chimic între simbioții furnici tăietoare de frunze și un agent patogen co-evoluat. Nat. comun. 9, 2208 (2018). Această lucrare descrie cum Pseudonocardie, care protejează o grădină fungică împotriva infecției cu o ciupercă patogenă, provoacă producția de antibiotice contracarante de către agentul patogen.

Spaepen, S. în Principiile interacțiunilor plantă-microb (ed. Lugtenberg, B.) 247–256 (Springer, 2015).

van der Meij, A. et al. Colonizarea inter- și intracelulară a Arabidopsirădăcinile actinobacteriilor endofitice și impactul hormonilor vegetali asupra activității lor antimicrobiene. Antonie Van. Leeuwenhoek 111, 679–690 (2018). Acest studiu descrie interacțiunea dintre plante și streptomicete și interacțiunea chimică prin care plantele ar putea influența producția de metaboliți specializati de către actinobacteriile endofitice..

Blin, K. şi colab. antiSMASH 5.0: actualizări ale conductei de exploatare a genomului metabolitului secundar. Acizi nucleici Res. 47, W81–W87 (2019). Această lucrare descrie un instrument de calcul utilizat de cercetătorii din întreaga lume pentru a prezice grupuri de gene biosintetice din secvențele genomului.

Skinnider, M. A., Merwin, N. J., Johnston, C. W. & amp Magarvey, N. A. PRISM 3: predicție extinsă a structurilor chimice ale produselor naturale din genomi microbieni. Acizi nucleici Res. 45, W49–W54 (2017). PRISM3 prezice diferite produse chimice potențiale ale grupurilor de gene biosintetice, demonstrând modul în care domeniul se îndreaptă către predicția structurii produsului natural dintr-o secvență genomică.

Kautsar, S. A. şi colab. MIBiG 2.0: un depozit pentru grupuri de gene biosintetice cu funcție cunoscută. Acizi nucleici Res. 48, D454–D458 (2019).

Doroghazi, J. R. et al. O foaie de parcurs pentru descoperirea de produse naturale bazată pe genomica și metabolomica la scară largă. Nat. Chim. Biol. 10, 963–968 (2014). Această lucrare arată cum poate fi utilizată clasificarea GCF pentru a extrage seturi mari de date pentru potențialul biosintetic.

Alanjary, M. şi colab. Antibiotic Resistant Target Seeker (ARTS), un motor de explorare pentru prioritizarea clusterului de antibiotice și descoperirea țintei de droguri noi. Acizi nucleici Res. 45, W42–W48 (2017).

Schorn, M. A. şi colab. Secvențierea genomurilor rare ale actinomicetelor marine dezvăluie o densitate mare a grupurilor de gene biosintetice unice de produse naturale. Microbiologie 162, 2075–2086 (2016).

Charlop-Powers, Z. şi colab. Eșantionarea biogeografică globală a metabolismului secundar bacterian. eLife 4, e05048 (2015).

Charlop-Powers, Z. şi colab. Microbiomii solului din parcurile urbane sunt un rezervor bogat de diversitate biosintetică a produselor naturale. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 113, 14811–14816 (2016).

Tiwari, K. & amp Gupta, R. K. Actinomicete rare: un depozit potențial pentru antibiotice noi. Crit. Rev. Biotechnol. 32, 108–132 (2012).

Donia, M. S. et al. O analiză sistematică a grupurilor de gene biosintetice din microbiomul uman dezvăluie o familie comună de antibiotice. Celulă 158, 1402–1414 (2014).

Culp, E. J. şi colab. Antibioticele ascunse în actinomicete pot fi identificate prin inactivarea grupurilor de gene pentru antibioticele comune. Nat. Biotehnologia. 37, 1149–1154 (2019). Această lucrare arată cum ingineria genomului Actinobacteriei prin eliminarea genelor pentru antibioticele comune poate duce la producerea de metaboliți noi care au rămas anterior neidentificați..

Hiard, S. şi colab. PREDetector: un nou instrument de identificare a elementelor de reglementare în genomii bacterieni. Biochim. Biophys. Res. comun. 357, 861–864 (2007).

Tan, K., Moreno-Hagelsieb, G., Collado-Vides, J. & amp Stormo, G. D. O abordare genomică comparativă a predicției noilor membri ai regulons. Genom Res. 11, 566–584 (2001).

Rigali, S., Anderssen, S., Naome, A. & amp van Wezel, G. P. Cracarea codului de reglementare al clusterelor de gene biosintetice ca strategie pentru descoperirea produselor naturale. Biochim. Pharmacol. 153, 24–34 (2018).

Carrion, V. J. şi colab. Activarea indusă de agenți patogeni a funcțiilor supresoare ale bolii în microbiomul rădăcinii endofitice. Ştiinţă 366, 606–612 (2019).

Duhrkop, K., Shen, H., Meusel, M., Rousu, J. & amp Bocker, S. Căutarea bazelor de date cu structură moleculară cu spectre de masă în tandem folosind CSI:FingerID. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 112, 12580–12585 (2015).

van der Hooft, J. J., Wandy, J., Barrett, M. P., Burgess, K. E. & amp Rogers, S. Modelarea subiectului pentru explorarea substructurii nețintite în metabolomică. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 113, 13738–13743 (2016).

Mohimani, H. şi colab. Dereplicarea produselor naturale peptidice prin căutarea în baza de date a spectrelor de masă. Nat. Chim. Biol. 13, 30–37 (2017).

Mohimani, H. şi colab. Dereplicarea metaboliților microbieni prin căutarea în baza de date a spectrelor de masă. Nat. comun. 9, 4035 (2018).

Ernst, M. şi colab. MolNetEnhancer: rețele moleculare îmbunătățite prin integrarea instrumentelor de extragere și adnotare a metabolomului. metaboliți 9, 144 (2019).

Wilson, M. C. & Piel, J. Abordări metagenomice pentru exploatarea bacteriilor necultivate ca resursă pentru noua enzimologie biosintetică. Chim. Biol. 20, 636–647 (2013).

Smanski, M. J. şi colab. Biologie sintetică pentru a accesa și extinde diversitatea chimică a naturii. Nat. Rev. Microbiol. 14, 135–149 (2016).

Sugimoto, Y. şi colab. O strategie metagenomică pentru valorificarea repertoriului chimic al microbiomului uman. Ştiinţă 366, eaax9176 (2019). Acest referat descrie o strategie inovatoare de identificare si caracterizare a grupurilor de gene biosintetice de la microbi necultivati ​​folosind metagenomica.

Smanski, M. J. şi colab. Optimizarea funcțională a clusterelor de gene prin proiectare și asamblare combinatorie. Nat. Biotehnologia. 32, 1241–1249 (2014).

Shomar, H. şi colab. Ingineria metabolică a unei căi de sinteză a antibioticelor carbapenem în Escherichia coli. Nat. Chim. Biol. 14, 794–800 (2018).

Amos, G. C. A. şi colab. Transcriptomica comparativă ca ghid pentru descoperirea produselor naturale și funcționalitatea clusterului de gene biosintetice. Proc. Natl Acad. Sci. Statele Unite ale Americii 114, E11121–E11130 (2017).

Machado, H., Tuttle, R. N. & amp Jensen, P. R. Descoperirea produselor naturale bazate pe Omics și lexicul exploatării genomului. Curr. Opinează. Microbiol. 39, 136–142 (2017).

Badri, D. V. & Vivanco, J. M. Reglarea și funcția exsudatelor radiculare. Plantă. Celulă Env. 32, 666–681 (2009).

Badri, D. V., Chaparro, J. M., Zhang, R., Shen, Q. & Vivanco, J. M. Aplicarea amestecurilor naturale de fitochimice derivate din exsudatele rădăcinilor Arabidopsis solului arată că compușii înrudiți cu fenolici modulează predominant microbiomul solului. J. Biol. Chim. 288, 4502–4512 (2013).

Bulgarelli, D. et al. Structura revelatoare și indicii de asamblare pentru Arabidopsis microbiota bacteriană care locuiește în rădăcini. Natură 488, 91–95 (2012).

Lebeis, S. L. şi colab. Acidul salicilic modulează colonizarea microbiomului rădăcină de către taxoni bacterieni specifici. Ştiinţă 349, 860–864 (2015).

Culp, E. J. şi colab. Descoperirea ghidată de evoluție a antibioticelor care inhibă remodelarea peptidoglicanilor. Natură 578, 582–587 (2020).

van Heel, A. J. et al. BAGEL4: un server web ușor de utilizat pentru a extrage în detaliu RiPP-uri și bacteriocine. Acizi nucleici Res. 46, W278–W281 (2018).

Du, C. & amp van Wezel, G. P. Mining for microbian gems: integrarea proteomicelor în conducta de descoperire a produselor naturale postgenomice. Proteomica 18, e1700332 (2018).

Goering, A. W. şi colab. Metabologenomica: corelarea grupurilor de gene microbiene cu metaboliții conduce la descoperirea unei peptide nonribozomale cu un monomer de aminoacid neobișnuit. ACS Cent. Sci. 2, 99–108 (2016).

Soldatou, S., Eldjarn, G. H., Huerta-Uribe, A., Rogers, S. & Duncan, K. R. Conectarea spațiului biosintetic și chimic pentru a accelera descoperirea metabolitului secundar microbian. FEMS Microbiol. Lett. 366, fnz142 (2019).

Stokes, J. M.et al. O abordare de învățare profundă a descoperirii antibioticelor. Celulă 180, 688–702 (2020).


Actinobacterii

Actinobacteriile (bacterii Gram-pozitive cu G+C ridicate)

  • Actinobacteriile sunt un grup de bacterii Gram-pozitive cu conținut ridicat de guanină și citozină în ADN-ul lor.
  • Actinobacteriile sunt un grup de bacterii Gram-pozitive cu conținut ridicat de guanină și citozină în ADN-ul lor.
  • Actinobacteriile este una dintre filele dominante ale bacteriilor.
  • Analiza secvenței glutamin sintetazei a fost sugerată pentru analiza filogenetică a Actinobacteriile.
  • Din acelea Actinobacteriile nu în Actinomycetales, Gardnerella este una dintre cele mai cercetate.

Prezentare generală asupra bacteriilor gram-pozitive și actinobacteriilor

  • Actinobacteriile sunt bacterii Gram-pozitive cu conținut ridicat de guanină și citozină în ADN-ul lor și pot fi terestre sau acvatice.
  • Actinobacteriile este una dintre filele dominante ale bacteriilor.
  • Actinobacteriile sunt bine cunoscuți ca producători secundari de metaboliți și, prin urmare, prezintă un mare interes farmacologic și comercial.
  • Unele tipuri de Actinobacteriile sunt responsabili pentru mirosul deosebit care emană din sol după ploaie (petrichor), în principal în climatele mai calde.
  • Cel mai Actinobacteriile de importanță medicală sau economică sunt în subclasa Actinobacteridae, ordinul Actinomycetales.

Deteriorarea proteinelor și acizilor nucleici

  • Tetraciclina este un antibiotic policetidic cu spectru larg produs de genul Streptomyces Actinobacteriile, indicat pentru utilizare împotriva multor infecții bacteriene.

Antibiotice antimicobacteriene

  • Mycobacterium este un gen de Actinobacteriile care include agenți patogeni despre care se știe că cauzează boli grave și infecțioase.

Deinococ și Thermus

  • Sunt cunoscute acum mai multe bacterii cu radiorezistență comparabilă, inclusiv unele specii din genul Chroococcidiopsis (filul cianobacteriilor) și unele specii de Rubrobacter (filul actinobacterii) printre arhei, specia Thermococcus gammatolerans prezintă radiorezistență comparabilă.

Solurile de zone umede

  • Microfauna și Microflora: interval de dimensiuni - 1 până la 100 de micrometri, de ex. drojdii, bacterii (de obicei actinobacterii), ciuperci, protozoare, viermi rotunzi și rotifere.

Firmicutes care nu formează spori

  • Oamenii de știință au clasificat odată Firmicutes pentru a include toate bacteriile Gram-pozitive, dar recent le-au definit ca fiind dintr-un grup de bază de forme înrudite numit grupul cu G+C scăzut, spre deosebire de Actinobacteriile.

Cloroflexus și rude

  • În timp ce majoritatea bacteriilor, în ceea ce privește diversitatea, sunt diderme și colorează Gram negativ, cu excepția Firmicutes (CG Gram pozitive scăzute), Actinobacteriile (Gram pozitive cu CG ridicat) și grupul Deinococcus-Thermus (Gram pozitiv, dar diderme cu peptidoglican gros), membrii filumului Chloroflexi sunt monodermi și colorează în mare parte Gram negativ.

Microbiota pielii

  • Majoritatea provin din patru fili: Actinobacteriile (51,8%), Firmicutes (24,4%), Proteobacterii (16,5%) și Bacteroidetes (6,3%).

Firmicutes

  • Oamenii de știință au clasificat odată Firmicutes pentru a include toate bacteriile Gram-pozitive, dar recent le-au definit ca fiind dintr-un grup de bază de forme înrudite numit grupul cu G+C scăzut, spre deosebire de Actinobacteriile.
Subiecte
  • Contabilitate
  • Algebră
  • Istoria artei
  • Biologie
  • Afaceri
  • Calcul
  • Chimie
  • Comunicatii
  • Economie
  • Finanţa
  • management
  • Marketing
  • Microbiologie
  • Fizică
  • Fiziologie
  • Stiinte Politice
  • Psihologie
  • Sociologie
  • Statistici
  • Istoria noastra
  • Istoria lumii
  • Scris

Cu excepția cazurilor menționate, conținutul și contribuțiile utilizatorilor de pe acest site sunt licențiate în conformitate cu CC BY-SA 4.0, cu atribuire necesară.


Reproducere

Reproducerea la procariote este asexuată și are loc de obicei prin fisiune binară. Amintiți-vă că ADN-ul unui procariot există ca un singur cromozom circular. Procariotele nu suferă mitoză. Mai degrabă, cromozomul este replicat și cele două copii rezultate se separă una de alta, datorită creșterii celulei. Procariota, acum mărită, este prinsă spre interior la ecuatorul său și cele două celule rezultate, care sunt clone, se separă. Fisiunea binară nu oferă o oportunitate pentru recombinarea genetică sau diversitatea genetică, dar procariotele pot împărtăși gene prin alte trei mecanisme.

Reproducerea poate fi foarte rapidă: câteva minute pentru unele specii. Acest timp scurt de generație, împreună cu mecanismele de recombinare genetică și ratele mari de mutație au ca rezultat evoluția rapidă a procariotelor, permițându-le să răspundă la schimbările de mediu (cum ar fi introducerea unui antibiotic) foarte rapid.

Pe lângă fisiunea binară, există alte trei mecanisme prin care procariotele pot face schimb de ADN. În (a) transformare, celula preia ADN-ul procariot direct din mediu. ADN-ul poate rămâne separat ca ADN plasmidic sau poate fi încorporat în genomul gazdă. În (b) transducție, un bacteriofag injectează ADN în celulă care conține un mic fragment de ADN de la o altă procariotă. În (c) conjugare, ADN-ul este transferat de la o celulă la alta printr-o punte de împerechere care conectează cele două celule după ce pilusul sexual atrage cele două bacterii suficient de aproape pentru a forma puntea.


Compuși bioactivi din actinobacteriile din peșteră

Peșterile sunt habitate extreme cu nutrienți, temperatură și intensitate luminoasă scăzute, dar au umiditate ridicată (Schabereiter-Gurtner et al., 2002). Aceste caracteristici unice pot promova producția de substanțe bioactive, în special antibiotice de către actinobacteriile (Nakaew et al., 2009a). Metaboliții bioactivi din actinobacteriile asociate peșterilor au fost purificați, structura lor elucidată și raportată în ultimii ani (Tabelul 2). Acești compuși au prezentat în cea mai mare parte activități anti-bacteriene și/sau anti-cancer. Cel mai prolific producător sunt membrii genului Streptomyces.

masa 2. Metaboliți bioactivi din actinobacteriile din peșteră.

Cervimicină A, B, C și D au fost produse din Streptomyces tendae tulpina HKI 0179, izolată de un perete de stâncă într-o peșteră antică, Grotta dei Cervi din Italia. Cervimicinele A și B sunt glicozide policetidice noi. Cu toate acestea, cervimicină C și D au aceeași structură ca și compușii cunoscuți A2121-3 și A2121-2. Cervimicinele A-D sunt foarte active împotriva bacteriilor Gram pozitive (B. subtilis și S. aureus) și multi-rezistente la medicamente S. aureus (MRSA), rezistent la vancomicină Enterococcus faecalis (VRE) și rezistent la eflux S. aureus EfS4 (Herold și colab., 2005).

Xiakemycin A este un nou antibiotic piranonaftochinonă (PNQ) produs de Streptomyces sp. CC8-201 din sol carstic îndepărtat din China. Xiakemycin A a arătat activități inhibitoare puternice împotriva bacteriilor Gram pozitive (S. aureus, S. epidermidis, E. faecalis și E. faecium) și citotoxice împotriva numeroaselor linii de celule canceroase (celule A549 de cancer pulmonar uman, celule MCF-7 de cancer de sân, celule Hepatom HepG-2, celule HeLa de cancer de col uterin, celule p53 wt ale carcinomului de colon HCT-116, celule neuroblastom SH-SY5Y și cancerul de prostată uman PC-3) (Jiang et al., 2015).

Hipogeamicinele A, B, C și D au fost produse de Nonomuraea specus izolat de sistemul de peșteri al lui Hardin din Tennessee, SUA. Hipogeamicina A a arătat citotoxicitate la linia celulară de cancer de colon TCT-1, în timp ce hipogeamicina B-D a fost activă împotriva B. subtilis fără citotoxicitate pentru TCT-1. Cu toate acestea, hipogeamicina B-D nu este la fel de puternică ca eritromicina și gentamicina în ceea ce privește activitatea antimicrobiană împotriva B. subtilis (Derewacz și colab., 2014).

Huanglongmycin A, B și C sunt policetide aromatice din Streptomyces sp. CB09001, izolat din solul carstic al peșterii din Xiangxi, China. Huanglongmycin A a prezentat o bacterie slabă anti-Gram negativă (Pseudomonas aeruginosa și Escherichia coli) și citotoxicitate moderată împotriva liniei celulare de cancer pulmonar A549. Huanglongmycin B are activitate antibacteriană slabă împotriva S. aureus și multi-rezistent la medicamente S. aureus (MRSA). Huanglongmycin C nu a prezentat nici activități antibacteriene, nici anticancerigene (Jiang et al., 2018). Undecilprodigiosin a fost produs de Streptomyces sp. JS520 izolat din sedimente într-o peșteră din muntele Miroc, Serbia. Undecilprodigiosinul este un pigment roșu intens cu activitate antibacteriană împotriva Micrococcus luteus, B. subtilis, și C. albicans. Mai mult, undecilprodigiosinul a prezentat și proprietăți antioxidante și de protecție împotriva UV (Stankovic și colab., 2012).

Patru compuși cunoscuți cu bioactivitate (ciclodisidin D, chaxalactină B, stilissazol B și acid giroforic) au fost raportați că produc de către Streptomyces sp. IB 2014/I/ 78-8 din speleotema de lapte de lună a peșterii Bolshaya Oreshnaya din Siberia (Axenov-Gibanov și colab., 2016). Ciclodisidina D a fost raportată anterior în buretele marin, Dysidea tupha asociate Streptomyces sp. RV 15. Acest compus nu a prezentat activitate împotriva bacteriilor, ciupercilor și paraziților (Abdelmohsen și colab., 2014). Chaxalactina B a fost produsă din Streptomyces sp. C34 dintr-o probe de sol hiper-arid colectate din deșertul Atacama, Chile. Acest compus are activitate puternică împotriva bacteriilor Gram pozitive (Castro et al., 2018). S-a izolat stilissazolul B din buretele marin Stylissa carteri colectate în Insulele Solomon, dar niciun raport privind bioactivitatea (Patel et al., 2010). Acid giroforic izolat din Humicola sp. FO-2942 este un inhibitor al diacilglicerol aciltransferazei și un agent de scădere a lipidelor (Inokoshi și colab., 2010).


8.8A: Prezentare generală a bacteriilor Gram-pozitive și a actinobacteriilor - Biologie

Acrobat Distiller 5.0 (Windows)

3B2 Total Publishing System 7.51o/W

Kenji UEDA căruia trebuie adresată corespondența. Tel: +81-466-84-3937 Fax: +81-466-84-3935 E-mail: [email protected] și Teruhiko BEPPU

Lecții din Studiile Symbiobacterium thermophilum, o bacterie sintrofică unică. Această recenzie a fost scrisă ca răspuns la primirea de către autor a Premiului Societății de Bioștiință, Biotehnologie și Agrochimie din Japonia pentru încurajarea tinerilor oameni de știință în 2005.

2007-05-18T06:57:48Z 2007-05-18T15:59:01+09:00 2007-05-18T15:59:01+09:00 Kenji UEDA căruia trebuie adresată corespondența. Tel: +81-466-84-3937 Fax: +81-466-84-3935 E-mail: [email protected] și Teruhiko BEPPU Lecții din studiile Symbiobacterium thermophilum, o bacterie sintrofică unicăAceastă recenzie a fost scrisă ca răspuns la primirea autorului a Premiului Societății de Bioștiință, Biotehnologie și Agrochimie din Japonia pentru încurajarea tinerilor oameni de știință în 2005. Kenji UEDA căruia ar trebui să i se adreseze corespondența. Tel: +81-466-84-3937 Fax: +81-466-84-3935 E-mail: [email protected] și Teruhiko BEPPU Lecții din studiile Symbiobacterium thermophilum, o bacterie sintrofică unicăAceastă recenzie a fost scrisă ca răspuns la primirea de către autor a Premiului Societății de Bioștiință, Biotehnologie și Agrochimie din Japonia pentru încurajarea tinerilor oameni de știință în 2005. 10.1271/bbb.60727 2014-05-22 Adevărat www.tandfonline.com VoR

endstream endobj 4 0 obj > endobj 6 0 obj > endobj 7 0 obj > endobj 8 0 obj > endobj 9 0 obj > endobj 10 0 obj > endobj 11 0 obj > endobj 12 0 obj > endobj 12 0 obj > endo ob0j 4 0 obj > endo ob0j 4 > endobj 15 0 obj > /ProcSet [/PDF /ImageB /ImageC /Text] /XObject > /ColorSpace > >> endobj 16 0 obj > endobj 17 0 obj > endobj 18 0 obj > endobj 19 0 obj > endobj 19 0 obj 20 > endobj 21 0 obj > endobj 22 0 obj > endobj 23 0 obj > endobj 24 0 obj > endobj 25 0 obj > endobj 26 0 obj > stream x XK $5 o 4= 0 '` Z. > N 3 0 e JWU | < 'U4 Xc i NUUs F o I S `a | -1 >yj +N Պ] 1 l sus ! x l v v> % tۧ


Interacțiuni benefice

Promovarea creșterii plantelor și biofertilizarea

Creșterea plantelor poate fi promovată printr-o diversitate de mecanisme care cresc accesibilitatea nutrienților, facilitează absorbția mineralelor și nutrienților, scad toxicitatea solului, eliberează fitohormoni care stimulează creșterea, modulează producția de hormoni de către plantă, furnizează azot și fosfat prin simbioze sau sporesc efectele simbioze (Welbaum et al., 2004 Podile și Kishore, 2006). Majoritatea bacteriilor care promovează creșterea plantelor (PGP) locuiesc în rizosfera și/sau rizoplanul plantei, dar filosfera și bacteriile endofitice potențial benefice au fost, de asemenea, izolate ( Kishore et al., 2005). Pe lângă beneficiile agricole, cum ar fi îmbunătățirea randamentului culturilor, bacteriile PGP pot fi parteneri importanți ai plantelor pionier pentru revegetarea și reîmpădurirea solurilor sterpe sau contaminate (Bashan și Holguin, 2002).

Solubilizarea nutrienților minerali. În multe soluri, nutrienții minerali esențiali sunt în mare parte indisponibili plantelor, deoarece sunt fixați în forme insolubile. Prin secretarea unor enzime sau chelatori specifici, microorganismele pot îmbunătăți biodisponibilitatea compușilor esențiali. De exemplu, în sol, fosforul organic este stocat în principal sub formă de hexafosfat sau fitat de mio-inozitol insolubil. Multe bacterii din rizosferă pot solubiliza fosforul din fitat prin secretarea de fitaze active. Cele mai eficiente tulpini Gram-pozitive care promovează creșterea plantelor în acest mod aparțin genului Bacil, dar s-a raportat și activitate ridicată a fitazei pentru Brevibacterium, Sarcina, Paenibacillus, Corynebacterium și Micrococ tulpini (Jorquera et al., 2008). Alte tulpini, inclusiv Bacil spp. și Paenibacillus macerans, eliberează fosfor din sedimentele de rocă prin secreția de acizi organici (Vazquez et al., 2000 ). Bacil mucilaginosus favorizează creșterea tutunului prin dizolvarea potasiului din feldspat și a fosforului din fosfat de calciu. phyA gena a Aspergillus fumigatus a rezultat o tulpină transgenică NKTS-3 cu proprietăți crescute de îmbunătățire a solului și un efect PGP superior (Li et al., 2007 ).

Cea mai predominantă formă de fier din sol, Fe3+, este relativ insolubilă în comparație cu ionii Fe2+ mai redusi, care sunt absorbiți ușor de plante și microorganisme. Mai multe bacterii pot reduce metalele, crescând potențial biodisponibilitatea fierului. Un astfel de mecanism PGP a fost demonstrat pentru Bacilul megaterium și Arthrobacter maltophilia pe fasole comună cultivată în sol alcalin (Valencia-Cantero et al., 2007). Deși plantele însele secretă siderofori sau chelatori pentru a facilita absorbția fierului, unele specii de plante recunosc și folosesc siderofori sintetizați de bacteriile rizosferice. Cu toate acestea, deoarece producția de siderofori bacterieni mediază și competiția de fier în comunitățile bacteriene, contribuția directă a acestor molecule la stimularea creșterii plantelor legate de fier rămâne o chestiune de dezbatere (Beattie, 2006).

Fitohormonii. Mulți microbi din rizosfere produc și secretă fitohormoni sau imită acestora și, astfel, modulează direct creșterea plantelor. Un grup divers de bacterii Gram-pozitive, inclusiv Arthrobacter, Micrococcus, Bacil, Rhodococcus, Mycobacterium, Microbacterii, Streptomyces și Corynebacterium specii, sunt capabile să producă auxină care ar putea stimula absorbția nutrienților și proliferarea rădăcinilor ( Tsavkelova et al., 2006 Spaepen et al., 2007). Bacterizarea diferitelor semințe de orhidee terestre și epifite cu producătoare de acid indol-3-acetic (IAA) Bacil pumilus KM MGU 467 a îmbunătățit germinarea semințelor și a stimulat dezvoltarea orhideelor ​​( Kolomeitseva et al., 2006 ).

Asociat cu plante Rhodococcus spp. și B. pumilus prezintă adesea activitate de deaminază a acidului 1-aminociclopropan-1-carboxilic (ACC) și utilizează ACC ca sursă de azot prin hidroliza acestuia la amoniu și α-cetobutirat. Concentrația ACC în plantele asociate cu aceste bacterii este scăzută și, în consecință, acumularea de etilenă indusă de stres este redusă. Prin urmare, activitatea dezaminazei bacteriene ACC are potențialul de a susține și îmbunătăți creșterea plantelor în condiții de mediu nefavorabile (Arshad et al., 2007). Într-adevăr, an Arthrobacter si a Bacil specii, pozitive pentru producția de IAA și activitatea dezaminazei ACC, au crescut capacitatea plantelor de ardei de a face față stresului abiotic ( Sziderics et al., 2007 ).

În mod similar, inocularea plantelor de salată cu producătoare de citochinină Bacillus subtilis are un efect benefic asupra creșterii plantelor în condiții de stres moderat de secetă și duce la acumularea acestui hormon în țesuturile plantelor și la creșterea biomasei ( Arkhipova et al., 2007). La fel, impactul Paenibacillus polymyxa asupra creșterii plantelor este puternică prin producerea de citochinină și auxină (Lal și Tabacchioni, 2009).

În cele din urmă, ABA și acidul iasmonic sunt produse de endofitice B. pumilis tulpini izolate din floarea soarelui (Forchetti et al., 2007 ) și giberelina secretată de mai multe plante asociate Bacil, Micrococcus, Arthrobacter și Clostridium specie (Joo et al., 2005 Tsavkelova et al., 2006) promovează și creșterea plantelor.

Bioremediere. Contaminarea solurilor cu metale grele, cum ar fi mercur (Hg), plumb (Pb), cadmiu (Cd), crom (Cr), cupru, nichel (Ni) și zinc, sau compuși organici toxici, cum ar fi bifenilii policlorurați (PCB) , hidrocarburile aromatice policiclice (HAP) și alți compuși halogenați, scad randamentul recoltei, provocând acumularea de etilenă indusă de stres și reducerea consumului de nutrienți ( Khan et al., 2009). O astfel de poluare reprezintă o pierdere importantă de pământ fertil și o amenințare gravă pentru sănătatea umană. Bioremedierea mediată de plante prin absorbția și/sau degradarea poluanților se numește fitoremediere. Prin stimularea germinării semințelor, a creșterii plantelor și a biomasei rădăcinilor prin mecanismele discutate mai sus, rizobacteriile și endofitele PGP tolerante la contaminare pot îmbunătăți capacitatea de remediere a plantelor ( Pilon-Smits, 2005 Khan et al., 2009). Inoculare cu B. subtilis tulpina SJ-101 de Brassica juncea creșterea pe locurile stresate de Ni a dus la concentrații mari de Ni în țesuturile plantelor și o creștere a biomasei plantelor ca efect combinat al producției bacteriene de IAA, solubilizării fosfatului anorganic și adsorbției Ni (Khan). et al., 2009 ).

Alternativ, unele bacterii PGP pot degrada în mod activ poluanții sau pot preveni acumularea lor în țesuturile plantelor. Prezenta lui Arthrobacter mysorens 7, rezistent la Cd și Pb, în ​​rizosfera orzului care crește în sol contaminat cu metale grele a îmbunătățit creșterea plantelor și a prevenit acumularea de metale grele în țesuturile plantelor. Mai multe Bacil tulpinile izolate din solul contaminat cu Cr au redus Cr 6+ foarte toxic, mutagen și cancerigen la Cr 3+ mai puțin toxic ( Khan et al., 2009). Psihotrof Rhodococcus erythropolis MtCC7905 colectat dintr-un sit contaminat cu metal din regiunea Himalaya a prezentat diverse caracteristici PGP și o capacitate de reducere a cromatului la temperaturi de până la 10°C (Trivedi et al., 2007). Identificarea unor astfel de organisme deține potențialul de a extinde fitoremedierea la solurile aflate la temperaturi scăzute și stres de toxicitate metalică.

Plantele pot stimula creșterea anumitor bacterii care degradează poluanții în rizosfera lor prin exsudatele rădăcinilor bogate în nutrienți și pot facilita capacitatea de biodegradare microbiană prin secretarea de surfactanți fosfolipidici care fac poluanții organici mai disponibili sau prin eliberarea metaboliților secundari care induc expresia genelor degradative, un proces numit rizodegradare sau fitostimulare (Pilon-Smits, 2005). Rhodococcus spp. au fost cel mai răspândit grup de degradatori de PCB cultivabili în rizosfera copacilor care colonizează în mod natural un sit contaminat cu PCB din Republica Cehă (van der Geize și Dijkhuizen, 2004).

Creșterea orzului în soluri contaminate cu PAH din cauza arderii combustibililor fosili, producției de asfalt, conservarea lemnului sau prelucrarea cărbunelui a susținut creșterea unei companii specializate. Mycobacterium specii care ar putea mineraliza HAP (Copil et al., 2007). Solurile contaminate cu ulei conțin de obicei concentrații mari de m-toluate. Cu toate că Pseudomonas spp. sunt cele mai bune m-toluate degradanti in populatiile rizosferice de Galega orientalis cultivate pe astfel de soluri, majoritatea izolatelor erau tulpini Gram pozitive ale genurilor Rhodococcus, Arthrobacter, Bacil și Nocardie. Interesant, de asemenea m- au fost prezente bacterii tolerante la toluate incapabile să degradeze poluantul și au acționat ca co-metabolizatori ( Jussila et al., 2006 ).

Biocontrol

Biocontrolul se referă la suprimarea fitopatogenilor de către organismele rezidente sau introduse și adesea are ca rezultat promovarea creșterii plantelor. Interferența directă poate fi realizată prin diverși compuși antimicrobieni (antibioză), competiție pentru fier prin producerea de siderofori sau pentru locurile de colonizare și/sau nutrienți, inactivarea factorilor de germinare a agentului patogen, degradarea factorilor de patogenitate sau parazitarea agentului patogen. Un mecanism indirect de biocontrol implică inducerea rezistenței sistemice la plante de către bacterii inofensive sau benefice. Cu toate acestea, suprimarea bolii rezultă în cea mai mare parte din implementarea simultană a mecanismelor multiple prezentate de unul sau mai mulți agenți de control biologic (Beattie, 2006).

Caracterizarea bacteriilor de biocontrol asociate cu plante și culturi depinde de metode eficiente de izolare și screening. Metodele de izolare dependente de cultură utilizate în mod obișnuit detectează în principal Pseudomonas și alte specii Gram-negative (Fravel, 2005). Cu toate acestea, atunci când procedurile de screening sunt concentrate pe antibioză, Gram-pozitive, predominant reprezentanți ai Actinomicetale și Bacil spp., sunt izolate care au proprietăți superioare celor ale omologilor lor Gram-negativi sau prezintă spectre de acțiune diferite sau complementare (El-Tarably și Sivasithamparam, 2006). Biocontrol suplimentar Gram-pozitivele sunt anticipate a fi identificate prin abordări independente de cultivabilitate, cum ar fi metagenomica și metode bazate pe analiza acizilor grași.

Antibioza. Un exemplu tipic de control al bolii prin antibioză este solul suprimator natural pentru scabie Streptomyces-crusta indusă a cartofului. Cel nepatogen Streptomyces diastatochromogenes tulpinile PonR şi PonSSII exercită activităţi de biocontrol împotriva S. scabie prin producția de antibiotice și excluderea competitivă din locurile de infecție (Neeno-Eckwall et al., 2001 ). Bacil sp. Sunhua produce lipopeptida iturină A și polien macrolidă macrolactină A care perturbă și inhibă formarea miceliului agentului patogen și previne sporularea ( Han et al., 2005 ). Bacilul cereus tulpina UW85 suprimă boala prin producerea de antibiotice aminopoliol zwittermicină A și aminoglicozidă kanosamină, care afectează oomicetele (Emmert și Handelsman, 1999). Bacillus thuringiensis reprezintă probabil cel mai bine descris caz de bacterii cu activitate insecticidă. În timpul sporulării, se formează cristale ale proteinei Cry care sunt toxice pentru multe specii de insecte, deoarece provoacă formarea de pori în membranele intestinului insectelor. Acest insecticid microbian a fost utilizat pe scară largă pentru a controla insectele dăunătoare și plantele transgenice care conțin codificarea endotoxinelor. strigăt genele sunt cultivate cu succes în întreaga lume (Rosas-García, 2009).

Micoparazitism. Un mecanism de biocontrol diferit, bine stabilit în ordinea Actinomicetale, depinde de distrugerea pereților celulari fungici de către enzimele hidrolitice bacteriene extracelulare, cum ar fi β-1,3-glucanazele și chitinazele. Streptomyces violaceusniger YCED-9 combină antibioza și micoparazitismul și prezintă un puternic antagonism împotriva ciupercilor din diferite grupuri taxonomice ( Trejo-Estrada et al., 1998). Candidații buni pentru biocontrol sunt izolatele de sol care degradează chitina Streptomyces griseus, Bacillus chitinolyticus și Bacilul ehimensis (Hoster et al., 2005 ). Bacillus subtilis AF1 are proprietăți antifungice prin secreția de β-1,4-N-acetil glucozaminidaza și o β-1,3-glucanază (Manjula și Podile, 2005). Actinomicetele din Micromonosporaceae, precum Amorfosporangium auranticolor, Ampullariella regularis, Spirillospora albida, și Actinoplane și Micromonospora spp., formează hife care se înfășoară în jurul oosporilor și provoacă colaps citoplasmatic (El-Tarably și Sivasithamparam, 2006).

Inducerea rezistenței sistemice. Plantele posedă o imunitate bazală și mai multe straturi de răspunsuri de apărare care pot fi declanșate sistemic, reducând astfel incidența sau severitatea bolilor. Rezistența sistemică dobândită (SAR) este protecția de lungă durată împotriva unui spectru larg de microorganisme, rezultată din activarea apărării prin infecții anterioare cu un agent patogen. Rezistența sistemică indusă (ISR) are un rezultat similar, dar mecanismele de apărare din plantă sunt provocate prin colonizare de către bacteriile PGP. Combinația activităților ISR și PGP în organisme individuale oferă oportunități pentru utilizarea lor ca inoculanti de rapel în agricultură și horticultură (Valad și Goodman, 2004). Cele mai cunoscute specii Gram-pozitive care activează ISR aparțin genurilor Bacil (Kloepper et al., 2004) și Streptomyces ( Lehr et al., 2008). Studii recente asupra tulpinilor PGP B. subtilis GB03 și Bacilul amiloliquefaciens IN937a a dezvăluit elicitarea ISR prin producția bacteriană de compuși organici volatili ( Kloepper et al., 2004 ).

Colonizarea endofitică. Endofitele au atras atenția ca potențiali agenți de biocontrol deoarece, în interiorul plantei, se așteaptă ca aceste organisme să fie mai bine protejate împotriva fluctuațiilor mediului, stresului și competiției microbiene ( Sturz et al., 2000 Franco et al., 2007). Dovezile sugerează că plantele selectează endofite specifice prezente în sol sau rizosferă care conferă protecție împotriva fitopatogenilor (Rosenblueth și Martínez-Romero, 2006). Mecanismele de biocontrol prezentate de bacteriile endofitice sunt similare cu cele ale populațiilor rizosferice sau epifite. De exemplu, endofitul Paenibacillus sp. HKA-15 produce antibiotice peptidice antifungice care protejează boabele de soia împotriva Rhizoctonia bataticola care provoacă boala putregaiului cărbunelui (Lal și Tabacchioni, 2009). The B. pumilus tulpina SE34 stimulează apărarea plantelor și face planta gazdă (mazărea) mai puțin sensibilă la infecție prin Fusarium oxysporum f. sp. pisi ( Jacobsen et al., 2004). Actinobacteriile endofitice, cum ar fi Streptomyces sp. tulpina EN27 si Micromonospora sp. tulpina EN43, activează genele cheie în căile SAR și jasmonat/etilenă (Conn et al., 2008), întrucât Curtobacterium spp. acționează atât prin intermediul antibiozei, cât și prin declanșarea SAR (Raupach și Kloepper, 1998 Sturz et al., 2000 ). Curtobacterium flaccumfaciens a fost izolat frecvent din portocalii dulci asimptomatici din livezile infestate cu Xylella fastidiosa, agentul cauzal al clorozei pestrițe cu citrice (CVC). Controlează eficient CVC prin colonizarea aceleiași nișe ecologice și producerea a trei bacteriocine active împotriva X. fastidiosa ( Lacava et al., 2007 ).

Strategii de integrare și avantaje tehnice

Ingineria pentru controlul biologic și promovarea creșterii plantelor este o sarcină provocatoare. Trebuie luate în considerare dinamica solului, microflora rezidentă a solului cu dinamica sa complexă a populației, ecosistemul plantă-microb și influențele abiotice. Un rezultat fiabil al suprimării bolii în domeniu poate fi obținut prin combinarea microorganismelor compatibile care prezintă diferite mecanisme de control biologic, sunt active împotriva diferiților agenți patogeni și sunt adaptate la diferite condiții de mediu. Amestecuri ale Actinomicetale Micromonospora carbonacea și Streptomyces violascens, integrând producția de celulază și respectiv antibioza, au un efect sinergic asupra promovării creșterii plantelor și asupra suprimării oomicetului Phytophthora cinnamomi care provoacă putrezirea rădăcinilor Banksia grandis (El-Tarably și Sivasithamparam, 2006). Combinația de B. pumilis INR7, B. subtilis GB03 și C. flaccumfaciens ME1 pentru tratarea semințelor împotriva unei game de agenți patogeni de castraveți duce la o mai bună promovare a creșterii și o reducere mai puternică a bolii decât metodele tradiționale de fumigație (Raupach și Kloepper, 1998). Aplicarea simultană a mai multor Bacilul amyloliquefaciens și B. pumilis tulpinile induce protecție sistemică împotriva unui spectru larg de boli la diferite gazde și crește creșterea și randamentul plantelor ( Jetiyanon et al., 2003). Un preparat de B. subtilis GB03 și B. amyloliquefaciens IN937a aplicat la Arabidopsis thaliana promovarea creșterii plantelor și protecția împotriva Pseudomonas syringae pv. virusul mozaicului tomatelor și castraveților (Ryu et al., 2007 ).

Cu toate acestea, în ciuda unor rezultate promițătoare, managementul dăunătorilor este încă mai eficient atunci când agenții de control biologic sunt suplimentați cu elicitori de rezistență nespecifici sau pesticide clasice, sau când pot fi aplicați la soiuri de plante parțial rezistente. Prin aplicarea pesticidului, agentul de control biologic are timp să se stabilească și să protejeze planta după degradarea pesticidului ( Jacobsen et al., 2004 Fravel, 2005).

Pentru ca managementul dăunătorilor să fie valoros, este necesară o distribuție eficientă a bacteriilor, care depinde de tehnologiile de formulare, depozitare și livrare. Caracteristicile de creștere ale bacteriilor Gram-pozitive de biocontrol, cum ar fi creșterea hifelor și sporularea, sunt extrem de avantajoase în acest context. Formulările uscate de spori combinate cu purtători inerți au o durată de valabilitate extinsă și pot fi transportate, depozitate și suspendate în siguranță în lichid pentru o aplicare ușoară (Emmert și Handelsman, 1999 Fravel, 2005). Suprimarea eficientă a bolii Fusarium și Rhizoctonia spp. pe diverse culturi, cum ar fi bumbacul, se realizează prin tratarea semințelor cu Kodiak ® (Gustafson, Plano, TX, SUA): un concentrat formulat de B. subtilis Sporii GB03 combinați cu fungicide tradiționale (Fravel, 2005). Tratamentul cu Kodiak ® protejează planta și favorizează creșterea prin stimularea sistemului radicular.

Propagule vegetative din filamente bacteriene Gram pozitive în creștere activă sunt, de asemenea, utilizate funcțional în formulări uscate. Control asupra Rhizoctonia- boala de amortizare indusă de o pulbere de acoperire a semințelor de miceliu vegetativ liofilizat și pulverizat de Streptomyces sp. Di-944 a fost superior celui Streptomyces griseoviridisprodus comercial pe bază de Mycostop ® (Kemira Agro Oy, Helsinki, Finlanda) (Fravel, 2005). Crusta obișnuită a cartofului poate fi controlată printr-o combinație de spori liofilizați ai tulpinii de antibioză Streptomyces melanosporofaciens EF-76 cu chitosan care provoacă apărarea plantelor (Jobin et al., 2005 ).

Bacteriile Gram-pozitive în relații tripartite și simbioză

Creșterea plantelor poate fi îmbunătățită de microorganisme care se angajează în simbioze care eliberează azot și fosfat sau care stimulează simbioza în relații tripartite.

Bacteriile ajutătoare ale micorizei. Majoritatea plantelor terestre stabilesc o simbioză rădăcină cu ciuperci micorizice care susțin dezvoltarea plantelor în condiții de disponibilitate scăzută a fosfatului și protejează plantele împotriva agenților patogeni din sol ( Selosse et al., 2006). Bacteriile ajutătoare ale micorizei pot îmbunătăți și mai mult creșterea plantelor prin întărirea simbiozei micorizice ( Barea et al., 2005 Frey-Klett et al., 2007). Bacteriile Gram-pozitive sunt mai frecvente în astfel de alianțe tripartite decât Gram-negative ( Frey-Klett et al., 2007 ). Bacillus subtilis, de exemplu, promovează colonizarea rădăcinilor de către ciupercă Glomus intraradices și, împreună, aceste organisme sporesc disponibilitatea fosfatului și măresc suprafața de absorbție a rădăcinilor ( Barea et al., 2005). În mod similar, interacțiunea dintre Bacilul circulans și Glomus sp. 88 și între P. polymyxa și Glomus agregat, absorbția îmbunătățită a nutrienților în grâu și randamentul culturilor de iarbă aromatică Cymbopogon martini (Singh și Kapoor, 1999 Ratti et al., 2001 ). Streptomyces spp. care se asociază cu ciupercile micorizale stimulează micorizarea plantei-gazdă și exercită o activitate de biocontrol asupra ciupercilor fitopatogeni. O astfel de interacțiune tripartită se găsește între Streptomyces tulpina AcH 505, Amanita muscaria, și molid cu inhibiție de Armillariella obscura și Heterobasidion annosum. Paenibacillus sp. tulpina B2 combină biocontrolul împotriva agenților patogeni fungici din plante prin secreția de enzime celulolitice, proteolitice, chitinolitice și pectinolitice, cu o micorizare îmbunătățită a sorgului ( Frey-Klett et al., 2007 ).

Relații tripartite în simbioza leguminoasă-rizobie. Dinazotul atmosferic este inaccesibil plantelor și, în consecință, azotul poate fi un factor limitator de creștere. Capacitatea de a fixa dinazotul atmosferic în amoniu este limitată la bacteriile diazotrofe care posedă complexul enzimatic nitrogenază. Simbiozele de fixare a azotului cel mai bine descrise sunt cele dintre rizobiile Gram-negative și culturile de leguminoase (Samac și Graham, 2007), dar relațiile tripartite cu bacteriile Gram-pozitive pot stimula nodularea. Retama sphaerocarpa, o leguminoasă adaptată la secetă, este folosită pentru prevenirea eroziunii și deșertificării în zonele semiaride și aride. Supraviețuirea plantelor este promovată prin activitățile combinate ale simbiozei rizobiale care furnizează azot și B. thuringiensis iar ciuperca micorizală arbusculară G. intraradicele care contribuie la o utilizare mai eficientă a apei (Marulanda et al., 2006). În mod similar, prin îmbunătățirea dezvoltării sistemului radicular, Bacil spp. sau Curtobacterium luteum stimulează interacțiunea dintre rizobii și leguminoase ( Petersen et al., 1996 Vessey et al., 2004 ).

Simbioza actinorizală și fixarea asociativă a azotului. Omologul Gram-pozitiv al simbiozei rizobie-leguminoase este interacțiunea dintre actinobacteriene Frankia spp. și non-leguminoase ale grupurilor taxonomic diverse de angiosperme, în principal arbuști și copaci lemnos care cresc ca plante pionier în soluri sărace. Contribuția anuală a acestor plante actinorizice la cantitatea totală de azot fixat este estimată a fi de nu mai puțin de 25% în ecosistemele terestre. Spre deosebire de majoritatea rizobiilor Gram-negative, Frankia spp. sunt capabili să fixeze azotul în stare de viață liberă, ceea ce explică parțial apariția lor omniprezentă în solurile sărace, chiar și în absența gazdelor adecvate. Ele persistă hrănindu-se cu exsudatele rădăcinilor plantelor negazdă și rămân infecțioase pe tot parcursul fazei saprofite ( Mirza et al., 2007 Sellstedt et al., 2007 ).

Saprofit Streptomyces, Actinoplane și Micromonospora spp. poate crește nodularea actinorizală și creșterea plantelor în relații tripartite, așa cum sa raportat pentru Discaria trinervis–Frankia simbioză. În plus, Frankia și ciuperca micorizică Paxillus involutus acționează sinergic asupra performanței de Alnus incana ssp. rugosa prin furnizarea plantei cu o sursă constantă de azot și fosfor (Roy et al., 2007 ).

Este larg răspândită apariția unor asociații mai libere în rizosferă și rizoplan cu bacterii epifite fixatoare de azot sau cu diazotrofe endofitice. Printre Firmicutes, diazotrofele sunt reprezentate în mare măsură de Bacil și Paenibacillus spp. (Liu et al., 2006 Ma și Chen, 2008). De asemenea, anaerobii obligați Clostridium și Heliobacteriile sunt fixatori de azot care apar în asociere cu plante (Minamisawa et al., 2004 Enkh-Amgalan et al., 2006). Printre Actinobacteriile, diazotrof Arthrobacter, Nocardie și Rhodococcus tulpinile se găsesc cel mai frecvent în humus de molid (Elo et al., 2000) și izolate fixatoare de azot care se grupează cu Thermomonosporaceae si Micromonosporaceae au fost recuperate din rădăcinile sterilizate la suprafață ale Casuarina equisetifolia ( Valdés et al., 2005). Deoarece multe dintre aceste bacterii produc și compuși PGP, este dificil să se evalueze contribuția fixării asociate a azotului biologic la stimularea creșterii plantelor.


Concluzie, lacune de cercetare și direcții viitoare

Bacteriile din genul producătoare de antibiotice Streptomyces precum și bacteriile de mediu nepatogene sunt rezervoare importante ale determinanților rezistenței la antibiotice. Acești determinanți pot fi transferați la tulpini clinice printr-o varietate de mecanisme HGT, inclusiv transformarea bacteriilor, fagilor competente în mod natural și utilizarea plasmidelor conjugative, transpozonilor și integronilor. În ciuda barierelor în calea schimbului de informații genetice între diferitele genuri de bacterii, se pare că a avut loc transferul pe scară largă al genelor de rezistență de la cromozomii bacteriilor din mediu și ale solului la elementele mobilizabile din izolatele clinice.Într-adevăr, sunt disponibile câteva exemple de transferuri recente de la bacteriile de mediu la tulpinile clinice (Ruta 3, Figura ​ Figura 2) 2), cu toate acestea, au fost obținute dovezi foarte limitate pentru transferul direct recent de la producători la tulpinile clinice (Ruta 1, Figura & #x200B Figura 2). 2). Cu toate acestea, este posibil transferul de la bacteriile producătoare la alte actinomicete din sol (Ruta 2A), ceea ce ar putea oferi o cale pentru transferul suplimentar al acestor determinanți la tulpinile clinice proteobacteriene (Ruta 2B). Pe baza dovezilor disponibile, concluzionăm că Rutele 2 și 3 sunt mult mai răspândite în natură în comparație cu Ruta 1 pentru transferul genelor de rezistență la agenți patogeni.

Pentru a înțelege mai bine factorii care promovează diseminarea genelor de rezistență și pentru a elucida relațiile dintre genele de rezistență la antibiotice ale bacteriilor producătoare, de mediu și patogene, sunt necesare strategii noi și îmbunătățite pentru eșantionarea și screeningul populațiilor microbiene și biblioteci metagenomice. Mai mult, algoritmi mai buni și utilizarea abordărilor bioinformatice pentru determinarea relațiilor dintre determinanții de rezistență ai diferitelor nișe de mediu vor fi extrem de benefice. Datele suplimentare de secvențiere a genomului vor ajuta, de asemenea, să umple golurile din cunoștințele noastre despre etapele intermediare și purtătorii de mobilizare. Într-adevăr, două baze de date, baza de date privind rezistența la antibiotice (ARDB) și baza de date cuprinzătoare asupra rezistenței la antibiotice (CARD), asamblate în ultimul deceniu (Liu și Pop, 2009 McArthur et al., 2013), sunt de așteptat să ofere instrumente de calcul pentru predicția rapidă. a genelor de rezistență la antibiotice și a țintelor acestora în genomii nou secvenționați și stabilesc relații filogenetice. Acest lucru a fost demonstrat într-un studiu recent de bioinformatică folosind aceste baze de date (Jiang et al., 2017). Este de așteptat ca aceste instrumente bioinformatice să unifice informațiile despre genele de rezistență și produsele lor găsite în mii de specii bacteriene izolate din clinică sau din mediu, precum și elementele genetice mobile asociate acestora și să permită ca aceste informații să fie extrase rapid de către cercetătorii din acest domeniu. .