Biologen van Irkutsk State University bestudeerden samen met collega's van de University of North Florida (VS) het metabolisme van Baikal-actinobacteriën, grote micro-organismen die biologisch actieve stoffen kunnen synthetiseren. Het bleek dat ze genen missen voor de enzymen die bij deze groep gebruikelijk zijn en die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van antibiotica. Dit betekent dat deze micro-organismen microben bestrijden met behulp van andere eiwitten en mogelijk verbindingen die de wetenschap nog niet kent. Het artikel is gepubliceerd in Aquatic microbial ecology. Dit werk werd ondersteund door een subsidie van de Russian Science Foundation.
Actinobacteriën zijn een klasse van bacteriën van grote omvang en complexe vormen die het vermogen hebben om giftige stoffen te vernietigen die het milieu vervuilen. Het zijn producenten van secundaire stofwisselingsproducten die ze niet nodig hebben voor groei en ontwikkeling, maar een aantal andere functies vervullen. Onder deze verbindingen bevinden zich groeifactoren die verschillende cellulaire processen stimuleren en feromonen voor "chemische communicatie". De mens gebruikt de eigenschap van deze stoffen om de groei van pathogene bacteriën en schimmels te onderdrukken en gebruikt ze in de geneeskunde. In dit werk bestudeerden wetenschappers de vorming van secundaire metabolische producten in 24 stammen van actinobacteriën geïsoleerd uit de afzettingen van het Baikalmeer. Wetenschappers hebben het vergeleken met processen in zee- en zoetwaterorganismen.
“Eerder onderzoek heeft de ecologie en geografische verspreidingspatronen van actinobacteriën uit terrestrische en mariene ecosystemen aan het licht gebracht. Vertegenwoordigers van deze klasse uit zoetwatersedimenten worden echter nog onvoldoende bestudeerd”, zegt Maxim Timofeev, projectmanager voor een subsidie van de Russian Science Foundation, doctor in de biologische wetenschappen, directeur van het Research Institute of Biology van Irkutsk State University. Monsters werden op een diepte van 200 meter uit de bodem van het meer gehaald. Om kolonies actinobacteriën te verkrijgen, werden de sedimenten op een voedingsbodem geplaatst, waardoor de groei van andere micro-organismen kon worden onderdrukt. Drie dagen later werd DNA geïsoleerd uit de kolonies en werd met behulp van moleculaire methoden bepaald of er genen waren die specifiek zijn voor actinobacteriën - op deze manier kun je ervoor zorgen dat de bacteriën die nodig zijn voor onderzoek zijn gegroeid. In dit geval, en in het experiment zelf, werden de DNA-ketens 'vermenigvuldigd'omdat er in de cel zelf te weinig materiaal is voor analyse, en het kunstmatig kopiëren van het molecuul lost het probleem op.
Onderzoekers hebben aandacht besteed aan genen die worden geassocieerd met de synthese van biologisch actieve verbindingen. Ze ontdekten dat de geïsoleerde stammen van Baikal-actinobacteriën de genen van FAD-afhankelijke halogenasen missen. Deze enzymen gebruiken de energie die is opgeslagen in FAD en zijn verantwoordelijk voor de hechting aan verschillende halogeenmoleculen zoals chloor en broom. Als resultaat worden antibiotica zoals tetracyclines, chlooramfenicol en andere verkregen. De meeste halogenasen worden aangetroffen in mariene micro-organismen. Het feit dat ze afwezig zijn in Baikal-actinobacteriën, getuigt van hun aanpassingsvermogen aan het leven in water met een laag zoutgehalte. Tegelijkertijd werd biologische activiteit waargenomen in 75% van de stammen van actinobacteriën die tijdens het onderzoek werden geïsoleerd. Dit betekent dat het zich manifesteerde ten koste van andere enzymen.
“Gewone actinobacteriën kunnen halogeenatomen opnemen in de chemische moleculen die ze synthetiseren. Het ontbreken van dit vermogen bij Baikal-actinobacteriën is hun unieke verschil, dat spreekt van de lange evolutie van deze soorten in een ultrafrisse omgeving. De eigenaardigheden van Baikal-actinobacteriën stellen ons in staat te spreken over hun aanzienlijke potentieel voor de productie van antibiotica en natuurlijke verbindingen die de wetenschap niet kent”, zegt Maxim Timofeev.
Auteur: Alexey Paevsky
