Streptomyces — крупнейший род актиномицетови типовой род семейства Streptomycetaceae . [3] Описаноболее 700 видов бактерий Streptomyces . [4] [5] [6] Как и другие актиномицеты, стрептомицеты являются грамположительными и имеют очень большие геномы с высоким содержанием ГЦ . [5] [7] Обнаруженные преимущественно в почве и гниющей растительности, большинство стрептомицетов производят споры и известны своим отчетливым «землистым» запахом, который является результатом производства летучего метаболита , геосмина . [8] Различные штаммы одного и того же вида могут колонизировать очень разные среды. [5]
Streptomyces — типовой род семейства Streptomycetaceae [11] , в настоящее время включающий более 700 видов , число которых ежегодно увеличивается. [12] [6] Предполагается, что общее число видов Streptomyces приближается к 1600. [5] Ацидофильные и кислотоустойчивые штаммы, которые изначально относились к этому роду, позднее были перемещены в Kitasatospora (1997) [13] и Streptacidiphilus (2003). [14] Номенклатура видов обычно основана на цвете гиф и спор .
Род Streptomyces включает аэробные , грамположительные , многоклеточные, нитчатые бактерии, которые производят хорошо развитые вегетативные гифы (диаметром от 0,5 до 2,0 мкм) с ответвлениями. Они образуют сложный субстратный мицелий , который помогает в извлечении органических соединений из своих субстратов. [15] Хотя мицелий и воздушные гифы , которые возникают из них, подвижны, подвижность достигается за счет рассеивания спор. [15] Поверхности спор могут быть волосатыми, морщинистыми, гладкими, колючими или бородавчатыми. [16] У некоторых видов воздушные гифы состоят из длинных прямых нитей, которые несут 50 или более спор на более или менее регулярных интервалах, расположенных в завитках (мутовках). Каждая ветвь мутовки производит на своей вершине зонтик, который несет от двух до нескольких цепочек сферических или эллипсоидальных, гладких или морщинистых спор. [15] Некоторые штаммы образуют короткие цепочки спор на гифах субстрата. Некоторые штаммы производят структуры, похожие на склероции, пикниды, спорангии и синнематы.
Геномика
Полный геном « S. coelicolor strain A3(2)» был опубликован в 2002 году. [17] В то время считалось, что геном « S. coelicolor » содержит наибольшее количество генов среди всех бактерий . [17] Длина хромосомы составляет 8 667 507 п.н. с содержанием GC 72,1% и, как предполагается, содержит 7 825 генов, кодирующих белки. [17] С точки зрения таксономии, « S. coelicolor A3(2)» принадлежит к виду S. violaceoruber и не является обоснованно описанным отдельным видом; « S. coelicolor A3(2)» не следует путать с фактическим S. coelicolor (Müller), хотя для удобства его часто называют S. coelicolor . [18] Транскриптомный и транслатомный анализы штамма A3(2) были опубликованы в 2016 году. [19]
Первая полная последовательность генома S. avermitilis была завершена в 2003 году. [20] Каждый из этих геномов образует хромосому с линейной структурой, в отличие от большинства бактериальных геномов, которые существуют в форме кольцевых хромосом. [21] Последовательность генома S. scabiei , представителя рода, способного вызывать заболевание паршой картофеля, была определена в Институте Сэнгера Wellcome Trust . При длине 10,1 Мб и кодировании 9 107 предварительных генов это самый большой известный секвенированный геном Streptomyces , вероятно, из-за большого острова патогенности . [21] [22]
Геномы различных видов Streptomyces демонстрируют замечательную пластичность посредством древних дупликаций отдельных генов, блочных дупликаций (в основном на хромосомных плечах) и горизонтального переноса генов. [5] [23] Размер их хромосом варьируется от 5,7 до 12,1 Мбит/с (в среднем: 8,5 Мбит/с), количество хромосомно кодируемых белков варьируется от 4983 до 10 112 (в среднем: 7130), тогда как их высокое содержание GC варьируется от 68,8 до 74,7% (в среднем: 71,7%). [ 5] 95% мягкокорового протеома рода состоит примерно из 2000-2400 белков. [5] Пангеном открыт. [24] [25] Кроме того, значительная геномная пластичность наблюдается даже между штаммами одного и того же вида, где количество вспомогательных белков (на уровне вида) колеблется от 250 до более чем 3000. [5] Интересно, что была обнаружена корреляция между количеством углевод-активных ферментов и вторичных метаболитных биосинтетических генных кластеров ( сидерофоры , e-полилизин и лантхипептиды типа III ), которые связаны с конкуренцией между бактериями, у видов Streptomyces . [5] Стрептомицеты являются основными деградаторами биомассы, в основном за счет своих углевод-активных ферментов. [26] Таким образом, им также необходимо развить арсенал сидерофоров и антимикробных агентов для подавления конкуренции со стороны других бактерий в этих богатых питательными веществами средах, которые они создают. [5] Несколько эволюционных анализов показали, что большинство эволюционно стабильных геномных элементов локализованы в основном в центральной области хромосомы, тогда как эволюционно нестабильные элементы имеют тенденцию локализоваться в хромосомных плечах. [5] [27] [28] [29] [30] Таким образом, хромосомные плечи представляют собой часть генома, которая в основном отвечает за быструю адаптацию как на уровне вида, так и на уровне штамма. [5]
Биотехнология
Исследователи биотехнологии использовали виды Streptomyces для гетерологичной экспрессии белков. Традиционно Escherichia coli была видом, выбранным для экспрессии эукариотических генов, поскольку она была хорошо изучена и с ней было легко работать. [31] [32] Экспрессия эукариотических белков в E. coli может быть проблематичной. Иногда белки не сворачиваются должным образом, что может привести к нерастворимости, отложению в тельцах включения и потере биологической активности продукта. [33] Хотя штаммы E. coli имеют механизмы секреции, они малоэффективны и приводят к секреции в периплазматическое пространство , тогда как секреция грамположительной бактерией, такой как вид Streptomyces, приводит к секреции непосредственно во внеклеточную среду. Кроме того, виды Streptomyces имеют более эффективные механизмы секреции, чем E. coli . Свойства системы секреции являются преимуществом для промышленного производства гетерологично экспрессированного белка, поскольку это упрощает последующие этапы очистки и может увеличить выход. Эти свойства, среди прочего, делают Streptomyces spp. привлекательной альтернативой другим бактериям, таким как E. coli и Bacillus subtilis . [33] Кроме того, изначально высокая геномная нестабильность предполагает, что различные геномы Streptomycetes могут поддаваться обширной геномной редукции для создания синтетических минимальных геномов с промышленным применением. [5]
Фитопатогенные бактерии
Было обнаружено, что несколько видов, принадлежащих к этому роду, являются патогенными для растений: [12]
Streptomyces — крупнейший род, продуцирующий антибиотики , производящий антибактериальные, противогрибковые и противопаразитарные препараты, а также широкий спектр других биоактивных соединений, таких как иммунодепрессанты . [36] Почти все биоактивные соединения, продуцируемые Streptomyces , инициируются во время, совпадающее с образованием воздушных гиф из субстратного мицелия. [15]
Клавулановая кислота (из S. clavuligerus ) — это препарат, используемый в сочетании с некоторыми антибиотиками (например, амоксициллином ) для блокирования и/или ослабления некоторых механизмов резистентности бактерий путем необратимого ингибирования бета-лактамаз. Новые противоинфекционные препараты, которые в настоящее время разрабатываются, включают гуадиномин (из Streptomyces sp. K01-0509), [54] соединение, которое блокирует систему секреции типа III грамотрицательных бактерий.
Противопаразитарные препараты
S. avermitilis отвечает за производство одного из наиболее широко используемых препаратов против нематод и членистоногих,авермектина [ 55] , и, следовательно, его производных, включая ивермектин .
Осы Sirex не могут выполнять все свои собственные целлюлолитические функции, поэтому некоторые Streptomyces делают это в симбиозе с осами. [57] Бук и др. исследовали несколько таких симбиозов. [57] Бук и др. , 2014 и Бук и др. , 2016 идентифицируют несколько литических изолятов. [57] Исследование 2016 года изолирует Streptomyces sp. Amel2xE9 и Streptomyces sp. LamerLS-31b и обнаруживает, что они равны по активности ранее идентифицированному Streptomyces sp. SirexAA-E. [57]
Смотрите также
Антимицин А – химическое соединение, вырабатываемое Streptomyces, используемое в качестве рыбоцида.
Геосмин – химическое соединение, отвечающее за характерный запах земли.
^ Ван дер Мей, А., Виллемсе, Дж., Шнайдерберг, М.А., Гертс, Р., Рааймейкерс, Дж. М. и ван Везель, Г. П. (2018) «Меж- и внутриклеточная колонизация корней арабидопсиса эндофитными актинобактериями и влияние растений гормонов на их антимикробную активность». Антони ван Левенгук , 111 (5): 679–690. дои : 10.1007/s10482-018-1014-z
^ Kämpfer P (2006). «Семейство Streptomycetaceae, часть I: таксономия». В Dworkin M, Falkow S, Rosenberg E, Schleifer KH, Stackebrandt E (ред.). Прокариоты . стр. 538–604. doi :10.1007/0-387-30743-5_22. ISBN978-0-387-25493-7.
^ Euzéby JP (2008). "Род Streptomyces". Список названий прокариот, имеющих место в номенклатуре . Получено 28 сентября 2008 г.
^ abcdefghijklmn Николаидис, Мариос; Хескет, Эндрю; Франгу, Николетта; Моссиалос, Димитрис; Ван де Пир, Ив; Оливер, Стивен Г.; Амуциас, Григориос Д. (июнь 2023 г.). "Панорамный вид на геномный ландшафт рода Streptomyces". Microbial Genomics . 9 (6). doi : 10.1099/mgen.0.001028 . ISSN 2057-5858. PMC 10327506. PMID 37266990. S2CID 259025020 .
^ ab "Род: Streptomyces". www.bacterio.net . Получено 2023-06-21 .
^ ab Madigan M, Martinko J, ред. (2005). Brock Biology of Microorganisms (11-е изд.). Prentice Hall. ISBN978-0-13-144329-7.[ нужна страница ]
^ John Wiley & Sons, Ltd, ред. (2001-05-30). eLS (1-е изд.). Wiley. doi :10.1002/9780470015902.a0020392.pub2. ISBN978-0-470-01617-6.
^ Кизер Т., Бибб М.Дж., Баттнер М.Дж., Чейтер К.Ф., Хопвуд Д.А. (2000). Практическая генетика Streptomyces (2-е изд.). Норидж, Англия: Фонд Джона Иннеса. ISBN978-0-7084-0623-6.[ нужна страница ]
^ Bibb MJ (декабрь 2013 г.). «Понимание и управление производством антибиотиков у актиномицетов». Труды биохимического общества . 41 (6): 1355–64. doi :10.1042/BST20130214. PMID 24256223.
^ Андерсон AS, Веллингтон EM (май 2001 г.). «Таксономия Streptomyces и родственных родов». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 51 (ч. 3): 797–814. doi : 10.1099/00207713-51-3-797 . PMID 11411701.
^ ab Labeda DP (октябрь 2011 г.). «Анализ мультилокусной последовательности фитопатогенных видов рода Streptomyces». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 61 (ч. 10): 2525–2531. doi : 10.1099/ijs.0.028514-0 . PMID 21112986.
^ Zhang Z, Wang Y, Ruan J (октябрь 1997 г.). «Предложение о возрождении рода Kitasatospora (Омура, Такахаши, Иваи и Танака 1982 г.)». Международный журнал систематической бактериологии . 47 (4): 1048–54. doi : 10.1099/00207713-47-4-1048 . PMID 9336904.
^ Ким СБ, Лонсдейл Дж, Сонг КН, Гудфеллоу М (2003). "Streptacidiphilus gen. nov., ацидофильные актиномицеты с хемотипом стенки I и исправлением семейства Streptomycetaceae (Waksman and Henrici (1943)AL) исправлено. Rainey et al. 1997". Антони ван Левенгук . 83 (2): 107–16. doi :10.1023/A:1023397724023. PMID 12785304. S2CID 12901116.
^ abcd Chater K, Losick R (1984). "Морфологическая и физиологическая дифференциация у Streptomyces". Microbial development . Vol. 16. pp. 89–115. doi :10.1101/0.89-115 (неактивен 2024-09-12). ISBN978-0-87969-172-1. Получено 19.01.2012 .{{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка )
^ Dietz A, Mathews J (март 1971 г.). «Классификация поверхностей спор Streptomyces на пять групп». Applied Microbiology . 21 (3): 527–33. doi :10.1128/AEM.21.3.527-533.1971. PMC 377216 . PMID 4928607.
^ abc Bentley SD, Chater KF, Cerdeño-Tárraga AM, Challis GL, Thomson NR, James KD и др. (май 2002 г.). "Полная последовательность генома модельного актиномицета Streptomyces coelicolor A3(2)". Nature . 417 (6885): 141–7. Bibcode :2002Natur.417..141B. doi : 10.1038/417141a . PMID 12000953. S2CID 4430218.
^ Chater KF, Biró S, Lee KJ, Palmer T, Schrempf H (март 2010 г.). «Комплексная внеклеточная биология Streptomyces». FEMS Microbiology Reviews . 34 (2): 171–98. doi : 10.1111/j.1574-6976.2009.00206.x . PMID 20088961.
^ Jeong Y, Kim JN, Kim MW, Bucca G, Cho S, Yoon YJ и др. (июнь 2016 г.). «Динамический транскрипционный и трансляционный ландшафт модельного производителя антибиотиков Streptomyces coelicolor A3(2)». Nature Communications . 7 (1): 11605. Bibcode :2016NatCo...711605J. doi :10.1038/ncomms11605. PMC 4895711 . PMID 27251447.
^ Ikeda H, Ishikawa J, Hanamoto A, Shinose M, Kikuchi H, Shiba T и др. (май 2003 г.). «Полная последовательность генома и сравнительный анализ промышленного микроорганизма Streptomyces avermitilis». Nature Biotechnology . 21 (5): 526–31. doi : 10.1038/nbt820 . PMID 12692562.
^ ab Dyson P (1 января 2011 г.). Streptomyces: молекулярная биология и биотехнология. Horizon Scientific Press. стр. 5. ISBN978-1-904455-77-6. Получено 16 января 2012 г.
^ "Streptomyces scabies". Институт Сенгера . Получено 2001-02-26 .
^ Chen, Carton W.; Huang, Chih-Hung; Lee, Hsuan-Hsuan; Tsai, Hsiu-Hui; Kirby, Ralph (октябрь 2002 г.). «Как только круг был разорван: динамика и эволюция хромосом Streptomyces». Trends in Genetics . 18 (10): 522–529. doi :10.1016/s0168-9525(02)02752-x. ISSN 0168-9525. PMID 12350342.
^ Brawner M, Poste G, Rosenberg M, Westpheling J (октябрь 1991 г.). «Streptomyces: хозяин для гетерологичной экспрессии генов». Current Opinion in Biotechnology . 2 (5): 674–81. doi :10.1016/0958-1669(91)90033-2. PMID 1367716.
^ Payne GF, DelaCruz N, Coppella SJ (июль 1990 г.). «Улучшенное производство гетерологичного белка из Streptomyces lividans». Прикладная микробиология и биотехнология . 33 (4): 395–400. doi :10.1007/BF00176653. PMID 1369282. S2CID 19287805.
^ ab Binnie C, Cossar JD, Stewart DI (август 1997 г.). «Гетерологичная биофармацевтическая экспрессия белка в Streptomyces». Trends in Biotechnology . 15 (8): 315–20. doi :10.1016/S0167-7799(97)01062-7. PMID 9263479.
^ Корреа, Даниэле Буссиоли Алвес; ду Амарал, Данило Трабуко; да Силва, Марсиу Хосе; Дестефано, Сюзете Апаресида Ланца (июль 2021 г.). «Streptomyces brasiliscabiei, новый вид, вызывающий паршу картофеля на юге Бразилии». Антони ван Левенгук . 114 (7): 913–931. doi : 10.1007/s10482-021-01566-y. ПМИД 33881637.
^ Витор, Лукас; Амарал, Данило Трабуко; Корреа, Даниэле Буссиоли Алвес; Феррейра-Тонин, Мариана; Люкон, Эмануэль Торрес; Аппи, Мариана Перейра; Томасето, Алекс Аугусто; Дестефано, Сюзете Апаресида Ланца (15 июня 2023 г.). «Streptomyces hilarionis sp. nov. и Streptomyces hayashii sp. nov., два новых штамма, вызывающих паршу картофеля в Бразилии». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 73 (6). дои : 10.1099/ijsem.0.005916. ПМИД 37319004.
^ Watve MG, Tickoo R, Jog MM, Bhole BD (ноябрь 2001 г.). «Сколько антибиотиков производит род Streptomyces?». Архив микробиологии . 176 (5): 386–90. doi :10.1007/s002030100345. PMID 11702082. S2CID 603765.
^ Procópio RE, Silva IR, Martins MK, Azevedo JL, Araújo JM (2012). «Антибиотики, продуцируемые Streptomyces». Бразильский журнал инфекционных заболеваний . 16 (5): 466–71. doi : 10.1016/j.bjid.2012.08.014 . PMID 22975171.
^ Акагава Х., Оканиши М., Умезава Х. (октябрь 1975 г.). «Плазмида, участвующая в производстве хлорамфеникола в Streptomyces venezuelae: доказательства генетического картирования». Журнал общей микробиологии . 90 (2): 336–46. doi : 10.1099/00221287-90-2-336 . PMID 1194895.
^ Miao V, Coëffet-LeGal MF, Brian P, Brost R, Penn J, Whiting A и др. (май 2005 г.). «Биосинтез даптомицина в Streptomyces roseosporus: клонирование и анализ кластера генов и пересмотр стереохимии пептидов». Microbiology . 151 (Pt 5): 1507–1523. doi : 10.1099/mic.0.27757-0 . PMID 15870461.
^ Woodyer RD, Shao Z, Thomas PM, Kelleher NL, Blodgett JA, Metcalf WW и др. (ноябрь 2006 г.). «Гетерологичное производство фосфомицина и идентификация минимального кластера биосинтетических генов». Химия и биология . 13 (11): 1171–82. doi :10.1016/j.chembiol.2006.09.007. PMID 17113999.
^ Peschke U, Schmidt H, Zhang HZ, Piepersberg W (июнь 1995 г.). «Молекулярная характеристика кластера генов продукции линкомицина Streptomyces lincolnensis 78-11». Молекулярная микробиология . 16 (6): 1137–56. doi :10.1111/j.1365-2958.1995.tb02338.x. PMID 8577249. S2CID 45162659.
^ Dulmage HT (март 1953 г.). «Производство неомицина Streptomyces fradiae в синтетических средах». Applied Microbiology . 1 (2): 103–6. doi :10.1128/AEM.1.2.103-106.1953. PMC 1056872 . PMID 13031516.
^ Sankaran L, Pogell BM (декабрь 1975 г.). «Биосинтез пуромицина в Streptomyces alboniger: регулирование и свойства O-деметилпуромицин O-метилтрансферазы». Antimicrobial Agents and Chemotherapy . 8 (6): 721–32. doi :10.1128/AAC.8.6.721. PMC 429454. PMID 1211926 .
^ Distler J, Ebert A, Mansouri K, Pissowotzki K, Stockmann M, Piepersberg W (октябрь 1987 г.). «Кластер генов для биосинтеза стрептомицина в Streptomyces griseus: нуклеотидная последовательность трех генов и анализ транскрипционной активности». Nucleic Acids Research . 15 (19): 8041–56. doi :10.1093/nar/15.19.8041. PMC 306325. PMID 3118332 .
^ Nelson M, Greenwald RA, Hillen W (2001). Тетрациклины в биологии, химии и медицине. Birkhäuser. стр. 8–. ISBN978-3-7643-6282-9. Получено 17 января 2012 г.
^ "Что такое стрептомицеты?". Hosenkin Lab; Hiroshima-University . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Получено 10 августа 2015 года .
^ Swan DG, Rodríguez AM, Vilches C, Méndez C, Salas JA (февраль 1994 г.). «Характеристика гена Streptomyces antibioticus, кодирующего поликетидсинтазу типа I с необычной кодирующей последовательностью». Molecular & General Genetics . 242 (3): 358–62. doi :10.1007/BF00280426. PMID 8107683. S2CID 2195072.
^ "Finto: MeSH: Streptomyces antibioticus". finto: Финская служба тезауруса и онтологии . Получено 10 августа 2015 г.
^ Atta HM (январь 2015 г.). «Биохимические исследования производства антибиотиков из Streptomyces sp.: таксономия, ферментация, изоляция и биологические свойства». Журнал Саудовского химического общества . 19 (1): 12–22. doi : 10.1016/j.jscs.2011.12.011 .
^ Oh DC, Scott JJ, Currie CR, Clardy J (февраль 2009 г.). «Микангимицин, полиеновый пероксид из мутуалистического Streptomyces sp». Organic Letters . 11 (3): 633–6. doi :10.1021/ol802709x. PMC 2640424 . PMID 19125624.
^ Chen TS, Chang CJ, Floss HG (июнь 1981 г.). «Биосинтез боромицина». Журнал органической химии . 46 (13): 2661–2665. doi :10.1021/jo00326a010.
^ "CID=53385491". База данных соединений PubChem . Национальный центр биотехнологической информации . Получено 8 марта 2017 г.
^ Бабчинский, Питер; Доргерло, Майкл; Лёббердинг, Антониус; Сантель, Ханс-Иоахим; Шмидт, Роберт Р.; Шмитт, Питер; Вюнше, Кристиан (1991). «Гербицидная активность и механизм действия вульгамицина». Пестицидная наука . 33 (4): 439–446. дои : 10.1002/ps.2780330406.
^ Holmes TC, May AE, Zaleta-Rivera K, Ruby JG, Skewes-Cox P, Fischbach MA и др. (октябрь 2012 г.). «Молекулярные исследования биосинтеза гуадиномина: ингибитора системы секреции III типа». Журнал Американского химического общества . 134 (42): 17797–806. doi :10.1021/ja308622d. PMC 3483642. PMID 23030602 .
^ Мартин, Хуан Ф.; Родригес-Гарсия, Антонио; Лирас, Палома (15.03.2017). «Главный регулятор PhoP координирует метаболизм фосфата и азота, дыхание, дифференцировку клеток и биосинтез антибиотиков: сравнение Streptomyces coelicolor и Streptomyces avermitilis». Журнал антибиотиков . 70 (5). Японская ассоциация исследований антибиотиков ( Nature Portfolio ): 534–541. doi : 10.1038/ja.2017.19 . ISSN 0021-8820. PMID 28293039. S2CID 1881648.
^ Абэ, Н.; Накакита, И.; Накамура, Т.; Эноки, Н.; Учида, Х.; Мунеката, М. (1993). «Новые противоопухолевые антибиотики, саптомицины. I. Таксономия продуцирующего организма, ферментация, анализ ВЭЖХ и биологическая активность». Журнал антибиотиков . 46 (10): 1530–5. doi : 10.7164/antibiotics.46.1530 . PMID 8244880.
^ abcd Ли, Хунцзе; Янг, Солейл Э.; Поульсен, Майкл; Карри, Кэмерон Р. (2021-01-07). «Симбионтно-опосредованное переваривание растительной биомассы у насекомых-фермеров». Ежегодный обзор энтомологии . 66 (1). Ежегодные обзоры : 297–316. doi : 10.1146/annurev-ento-040920-061140. ISSN 0066-4170. OSTI 1764729. PMID 32926791. S2CID 221724225.
Дальнейшее чтение
Баумберг С. (1991). Генетика и образование продуктов у Streptomyces . Kluwer Academic. ISBN 978-0-306-43885-1.