Irkutskin osavaltion yliopiston biologit tutkivat yhdessä Pohjois-Floridan (USA) yliopiston kollegoiden kanssa Baikalin aktinobakteerien metaboliaa, suuria mikro-organismeja, jotka pystyvät syntetisoimaan biologisesti aktiivisia aineita. Kävi ilmi, että heistä puuttuu geenejä tälle ryhmälle tavallisille entsyymeille, jotka vastaavat antibioottien tuotannosta. Tämä tarkoittaa, että nämä mikro-organismit taistelevat mikrobien kanssa muiden proteiinien ja mahdollisesti tieteen tuntemattomien yhdisteiden avulla. Artikkeli on julkaistu Aquatic microbial ecology -lehdessä. Tätä työtä tuettiin Venäjän tiedesäätiön avustuksella.
Actinobakteerit ovat luokkaa suuria ja monimutkaisia muotoisia bakteereja, joilla on kyky tuhota ympäristölle saastuttavia myrkyllisiä yhdisteitä. Ne ovat sekundaaristen metabolisten tuotteiden tuottajia, joita he eivät tarvitse kasvuun ja kehitykseen, mutta suorittavat joitain muita toimintoja. Näiden yhdisteiden joukossa ovat kasvutekijät, jotka stimuloivat erilaisia soluprosesseja, ja feromonit "kemialliseen kommunikointiin". Ihminen käyttää näiden aineiden ominaisuutta estääkseen patogeenisten bakteerien ja sienten kasvun ja käyttää niitä lääketieteessä. Tässä työssä tutkijat tutkivat sekundääristen aineenvaihduntatuotteiden muodostumista 24 aktinobakteerikantaan, jotka oli eristetty Baikal-järven esiintymistä. Tutkijat ovat verranneet sitä prosesseihin meri- ja makean veden organismeissa.
”Aiemmat tutkimukset ovat tuoneet esiin maa- ja meriekosysteemien aktinobakteerien ekologiset ja maantieteelliset jakautumismallit. Tämän luokan edustajia makeanveden sedimenteistä ei kuitenkaan vielä tutkita riittävästi”, sanoo Maxim Timofeev, Venäjän tiedesäätiön apurahan projektipäällikkö, biotieteiden tohtori, Irkutskin osavaltion yliopiston biologian tutkimusinstituutin johtaja. Näytteet otettiin järven pohjasta 200 metrin syvyydessä. Aktinobakteerien pesäkkeiden saamiseksi sedimentit laitettiin ravintoalustaan, mikä mahdollisti muiden mikro-organismien kasvun tukahduttamisen. Kolme päivää myöhemmin DNA eristettiin pesäkkeistä ja molekyylimenetelmillä määritettiin, onko aktinobakteereille spesifisiä geenejä - tällä tavalla voit varmistaa, että tutkimukseen tarvittavat bakteerit ovat kasvaneet. Tässä tapauksessa ja itse kokeessa DNA-ketjut "monistettiin"koska solussa itsessään on liian vähän materiaalia analysoitavaksi, ja molekyylin keinotekoinen kopiointi ratkaisee ongelman.
Tutkijat ovat kiinnittäneet huomiota geeneihin, jotka liittyvät biologisesti aktiivisten yhdisteiden synteesiin. He havaitsivat, että Baikal-aktinobakteerien eristetyistä kannoista puuttuu FAD-riippuvaisten halogenaasien geenejä. Nämä entsyymit käyttävät FAD: ssä varastoitunutta energiaa ja vastaavat kiinnittymisestä erilaisiin halogeenimolekyyleihin, kuten klooriin ja bromiin. Tuloksena saadaan antibiootteja, kuten tetrasykliinejä, kloramfenikolia ja muita. Suurin osa halogenaaseista löytyy merimikro-organismeista. Se, että heitä ei ole Baikalin aktinobakteereissa, osoittaa heidän sopeutumiskykynsä veteen, jolla on vähän suolaa. Samanaikaisesti biologista aktiivisuutta havaittiin 75 prosentilla tutkimuksen aikana eristetyistä aktinobakteerikannoista. Tämä tarkoittaa, että se ilmenee muiden entsyymien kustannuksella.
”Tavalliset aktinobakteerit voivat sisällyttää halogeeniatomeja syntetisoimiinsa kemiallisiin molekyyleihin. Tämän kyvyn puuttuminen Baikalin aktinobakteereissa on niiden ainutlaatuinen ero, joka puhuu näiden lajien pitkästä kehityksestä erittäin tuoreessa ympäristössä. Baikaalin aktinobakteerien erityispiirteiden ansiosta voimme puhua niiden merkittävistä potentiaalista tiedelle tuntemattomien antibioottien ja luonnollisten yhdisteiden tuotannossa”, Maxim Timofeev sanoo.
Kirjoittaja: Aleksei Paevsky