Микробиологи Гронингенского университета и их коллеги из Литвы открыли новый гликоцин, небольшой антимикробный пептид с присоединенной сахарной группой, который вырабатывается термофильной бактерией и стабилен при относительно высоких температурах. Им также удалось перенести гены, необходимые для производства этого гликоцина, в бактерию E. coli. Это упрощает производство и исследование этого соединения, которое потенциально может быть использовано в производстве биотоплива. Эти результаты были опубликованы в Nature Communications 7 марта.
Рост устойчивости к антибиотикам стимулировал поиск новых противомикробных препаратов. Бактериоцины - пептидные токсины, вырабатываемые бактериями для подавления роста сходных или родственных бактериальных штаммов, - являются возможной альтернативой более традиционным антибиотикам. Бактериоцины также могут быть полезны для защиты высокотемпературных ферментаций, опосредованных термофильными бактериями. Но для этого потребуется использование бактериоцинов, стабильных при более высоких температурах.
Тайна
«Вот почему нам было интересно узнать, что термофильная бактерия Aeribacillus palladius, выделенная из почвы над нефтяной скважиной в Литве, по-видимому, производит антибактериальный пептид», - говорит профессор молекулярной биологии Гронингенского университета Оскар. Койперс. До настоящего времени очистка и идентификация соединения не увенчались успехом. Таким образом, к.т.н. Студент Арнольдас Кауниетис из Вильнюсского университета провел почти два года в лаборатории Койперса, чтобы разгадать тайну. Он первый автор новой статьи.
Путем анализа геномной информации литовских бактерий с использованием программного обеспечения BAGEL4, разработанного Энн де Йонг и Ауке ван Хил в группе Койперса, были обнаружены гены, ответственные за производство бактериоцина, и конечный продукт гена был назван паллидоцин. Программное обеспечение BAGEL4 ищет кластеры генов с потенциальной способностью производить новые противомикробные препараты.
Сахар
Противомикробным препаратом оказался гликоцин, принадлежащий к классу посттрансляционно модифицированных пептидов. Это означает, что после его получения к пептиду добавляют одну или несколько функциональных групп. В случае гликоцинов этой функциональной группой является сахар. «До сих пор было известно только пять других гликоцинов», - говорит Койперс.
Чтобы облегчить дальнейшие исследования и разработку этого пептида, гены, ответственные за производство паллидоцина, были перенесены в бактерии E. coli BL21 (DE3). «Экспрессия генов сработала хорошо, что является настоящим прорывом, поскольку сложно экспрессировать весь кластер противомикробных генов из грамположительного бактериального штамма непосредственно в грамотрицательной бактерии и получить секретируемый продукт».
Биотопливо
После выделения паллидоцина ученые смогли подтвердить, что он обладает высокой термостабильностью и проявляет чрезвычайно сильную активность в отношении специфических термофильных бактерий. Кроме того, с помощью последовательности генов биосинтеза паллидоцина в BAGEL4 были обнаружены два сходных пептида в двух разных штаммах бактерий Bacillus. Эти пептиды, названные Hyp1 и Hyp2, также успешно экспрессировались в штамме E. coli. «Это показывает, что система экспрессии хорошо работает для различных гликоцинов; он способен производить их in vivo», - говорит Койперс.
Паллидоцин может быть полезен при высокотемпературной ферментации, которая используется для производства биотоплива или химических строительных блоков. Более высокая температура облегчает извлечение летучих продуктов, таких как этанол, но также снижает риск заражения обычными бактериями. Однако возможна контаминация термофильными бактериями. «И паллидоцин, и Hyp1, по-видимому, активны против термофильных бактерий и некоторых видов Bacillus», - говорит Койперс. И приложений могло бы быть больше: «Загрязнение термофилами также является проблемой в пищевой промышленности».