Salinispora — род облигатно аэробных , грамположительных , некислотоустойчивых бактерий, принадлежащих к семейству Micromonosporaceae . Они гетеротрофны , неподвижны и облигатно растут в условиях высокой осмотической / ионной силы . [2] [3] [4] Они являются первым идентифицированным родом грамположительных бактерий, которым для выживания требуется высокая осмотическая/ионная сила. [2] Они широко распространены в тропических морских отложениях и были впервые идентифицированы в 2002 году. [2] Этот род бактерий имеет потенциальное биотехнологическое значение из-за их продукции новых вторичных метаболитов , которые могут использоваться в фармацевтике. [5]
Известно девять видов, которые относятся к роду Salinispora , включая более изученные S. arenicola , S. tropica и S. pacifica . [6] [7] Клада, которая изначально включала только S. pacifica, была дополнительно изучена с помощью сравнительного геномного анализа в 2020 году, чтобы выявить шесть дополнительных видов. [6] Дифференциация этих видов, вероятно, является результатом дифференциации ниши, а не аллопатрического видообразования из-за совместной встречаемости видов. [8] Несмотря на высокое сходство последовательностей между геномами Salinispora (>99% идентичности последовательности 16S рРНК), были определены различия между видами и штаммами среди кластеров биосинтетических генов и продуктов. [9] [10]
Члены Salinispora — это грамположительные нитевидные бактерии, которые образуют сильно разветвленные гифы с гладкими спорами , которые могут встречаться группами или поодиночке. [4] Во время споруляции споры могут распространяться из коротких спороносных выступов (спорофоров) или непосредственно из основания (сидячие). [3] [4] Они производят ряд пигментов, включая темно-коричневый, черный, оранжевый и розовый. [2] Они, вероятно, проводят значительное количество времени в стадии покоя в виде спор, [11] [12] с гораздо большей численностью и распределением спор по сравнению с растущими особями. Было показано, что в культуре они преимущественно растут в верхних слоях осадка, где наблюдалось цветение на границе осадка и морской воды. [12]
Salinispora — первый идентифицированный род грамположительных бактерий, которому для выживания требуется среда с высокой осмотической/ионной силой. [2] Однако было показано, что концентрации натрия, имеющиеся в морской среде, могут быть заменены калием и литием. [13] Требуемая ионная сила различается среди видов Salinispora , но, вероятно, это связано с потерей транспортера mscL в клеточных мембранах у всех видов. [13] [14]
Виды и штаммы в пределах Salinispora производят широкий спектр вторичных метаболитов. Вероятно, что кластеры биосинтетических генов, производящие эти вторичные метаболиты, изначально были приобретены посредством горизонтального переноса генов , что потенциально объясняет высокое сходство последовательностей между видами и штаммами. [10] [15] Широкий спектр различных продуктов биосинтетических генов также мог способствовать дифференциации ниши. Большое производство конкретных вторичных метаболитов видов/штаммов свидетельствует об их важности для выживания бактерий и может потенциально использоваться для идентификации конкретных видов и штаммов в пределах рода Salinispora . [16] [17]
Salinispora обычно встречаются в тропических и субтропических прибрежных морских отложениях Атлантического, Тихого и Индийского океанов. [11] [18] Они были обнаружены на глубине до 5699 м (не определено, активно ли растут или спорят) и подтверждено, что растут на глубине до 1100 м. [11] [12] Может ли их распространение включать более высокие широты или почему они ограничены экваториальными регионами, пока неизвестно. Кроме того, их распространение может не ограничиваться отложениями, поскольку они также были выделены из губок и морских водорослей.
Большинство изолятов S. tropica были выделены в Карибском море, в то время как остальные были идентифицированы во всех трех океанах, при этом S. arenicola является наиболее географически распространенным. [19]
Salinispora использовалась в качестве модели для анализа данных о последовательности генома с целью дальнейшего раскрытия биосинтетических путей среди бактерий. Это было неотъемлемой частью исследований по использованию микробных натуральных продуктов в качестве зацепок для открытия традиционных натуральных продуктов и потенциальных новых лекарств. [3] Рассматривая эволюционную историю и разнообразие рода, исследователи смогли раскрыть механизмы, лежащие в основе стратегий, которые бактерии используют для создания химического разнообразия и производства разнообразных вторичных метаболитов. [3] [17] Эти различные новые вторичные метаболиты у видов Salinispora были идентифицированы как потенциально фармацевтически ценные. Виды Salinispora можно отличить по натуральным продуктам, которые производит каждый вид. [20]
Вторичные метаболиты Salinispora arenicola имеют широкий спектр фармацевтического применения. Существует более 20 природных соединений, которые можно выделить из Salinispora arenicola (например, аренамиды, арениколиды, аренимицины или салиниспорамицин). Потенциальные области применения этих соединений обширны. Более девяти соединений связаны с ингибированием раковых клеток или предшественников рака; другие соединения показали антибиотические свойства для резистентных бактерий, дрожжей и грибков. Циклоапептиды могут быть потенциальным средством лечения астмы , поскольку они слегка токсичны для фибробластов легких , клеток легких человека, ответственных за воспаление. Другие соединения могут использоваться при лечении отравления тяжелыми металлами или для снижения уровня холестерина. [20]
Хотя список идентифицированных природных соединений Salinispora pacifica не столь обширен, как в S. arenicola , потенциальное фармацевтическое использование этих метаболитов представляет большой интерес. Некоторые метаболиты эффективны в подавлении роста рака. Например, цианоспоразиды [21] оказались потенциальным ингибитором карциномы толстой кишки человека. Другие метаболиты могут использоваться в качестве антиоксидантов или антибиотиков. [20] Этот вид также включает некоторые метаболиты, которые могут действовать как иммунодепрессанты. Было обнаружено, что микаламид А является потенциальным противовирусным, противоопухолевым и даже возможным средством лечения ВИЧ, поскольку он подавляет активацию предпочтительного хозяина Т-клеток ВИЧ . [22] Пациканоны A и B [23] — другие метаболиты с иммунодепрессантными свойствами и возможным применением при лечении аллергии.
Salinispora pacifica производит цитотоксическое семейство вторичных метаболитов , называемых ломаивитицинами. Они были первыми соединениями, выделенными из рода Salinispora , структуры которых были опубликованы в 2001 году. Первоначально сообщалось, что производящий бактериальный штамм был новым видом Micromonospora с предлагаемым названием «Micromonospora lomaivitiensis» . Дальнейший анализ последовательности генов показал, что штамм на самом деле был S. pacifica. [5]
Ломаивитицины — это ароматические поликетиды семейства ангуциклинов , имеющие диазогруппу , похожую на кинамицины . [24] Существует два класса этого натурального продукта: ломаивитицин А и ломаивитицин В. Оба класса демонстрируют мощную активность, которая повреждает ДНК, и, как было отмечено, обладают высокой цитотоксичностью в отношении раковых клеток человека. Ломаивитицин А, в частности, генерирует наибольшую активность и является наиболее распространенным из двух. [25]
Благодаря своей уникальной молекулярной архитектуре и биологической активности ломаивитицины являются идеальным натуральным продуктом для химического синтеза . Однако, несмотря на интерес, проявленный сообществом синтетической химии, полный синтез ломаивитицинов еще не был достигнут, а ферментативная химия, связанная со сборкой ломаивитицина, еще не была широко исследована. [26] Изучая их отличительную структуру, предполагается, что синтез этого продукта приведет ко многим новым ферментативным превращениям. Помимо стимулирования открытия новых аналогов посредством метаболической инженерии или хемоферментативного синтеза , дальнейшие исследования могут раскрыть применимые инструменты для биокатализа и метаболической инженерии. [24] [26]
Количество вторичных метаболитов, идентифицированных и выделенных из Salinispora tropica , меньше, чем у двух других видов. Однако фармацевтическая и клиническая значимость этих метаболитов намного выше. На данный момент салиноспорамид является наиболее успешным вторичным метаболитом Salinisopora с клинической точки зрения. Он уже был перенесен в испытания на людях и показал себя сильным противораковым средством. [27] Salinispora tropica также производит антипротеалид, еще одно противораковое средство, которое является потенциально самым сильным ингибитором рака в списках вторичных метаболитов Salinospora. Это природное соединение является очень мощным цитотоксином для клеток миеломы. [28]