Протеомное профилирование штаммов-продуцентов феназиновых соединений Pseudomonas chlororaphis subsp. aurantiacа

Протеомный анализ - высокоэффективный метод идентификации бактерий и определения содержания белка в прокариотических клетках при различных условиях роста бактериальной культуры. Однако данный подход практически не используется для характеристики продуцентов биологически активных веществ. Использование методов протеомного профилирования при изучении бактерий позволяет получить данные о метаболических процессах, протекающих в клетках прокариот, что дает возможность оптимизировать подходы к созданию продуцентов биологически значимых соединений.

Целью данной работы было проведение протеомного профилирования мутантных штаммов бактерий P. chlororaphis subsp. aurantiaca, способных к сверхпродукции феназиновых антибиотиков, с помощью микробиологических и биохимических методов.

B ходе проведения протеомного анализа штаммов-продуцентов феназиновых антибиотиков бактерий P. chlororaphis subsp. aurantiaca впервые было продемонстрировано достаточно раннее (в log-фазе) начало экспрессии отдельных генов phz-оперона, кодирующего ферменты синтеза феназинов. Наиболее высокое содержание белка PhzO, ген которого находится за пределами phz-оперона, было зарегистрировано для штамма дикого типа. Не обнаружено корреляции между содержанием данного белка и концентрацией продуктов реакции, которую он катализирует. Кроме того, выявлена общая тенденция штаммов-продуцентов к накоплению ферментов и белков, входящих в комплекс системы антиоксидантной защиты. У штаммов-продуцентов также отмечено существенное увеличение содержания белков, принимающих участие в репарации ДНК, и шаперонов, способствующих восстановлению нативной конформации белков.

1. Возможности применения протеомного анализа в инфектологии / Н. С. Страшникова [и др.] // Бюл. Сибир. медицины. - 2019. - T. 18, № 2. - С. 248-261.

2. Беспятых, Ю. А. Протеомные подходы в изучении микобактерий / Ю. А. Беспятых, Е. А. Шитиков, Е. Н. Ильина // Acta Naturae. - 2017. - Т. 9, № 1. - С. 16-26.

3. A proteomics strategy for the analysis of bacterial biodegradation pathways / S. I. L. Kim [et al.] // OMICS: J. Integr. Biol. - 2007. - Vol. 11, N 3. - P. 280-294. https://doi.org/10.1089/omi.2007.0019

4. Proteomic analysis of bacterial response to a 4-hydroxybenzylidene indolinone compound, which re-sensitizes bacteria to traditional antibiotics / C. Opoku-Temeng [et al.] // J. Proteomics. - 2019. - Vol. 202. - Art. 103368. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2019.04.018

5. Synthesis of dibenzo[a,j]phenazine compounds using hemicucurbit[6]uril-catalyzed oxidative dimerization of 2-aryl-amines / Heng Li [et al.] // ChemCatChem. - 2020. - Vol. 12, N 22. - P. 5727-5732. https://doi.org/10.1002/cctc.202000956

6. Veremeenko, E. G. Creation and characterization of regulatory mutants of Pseudomonas aurantiaca B-162 resistant to toxic analogues of aromatic amino acids / E. G. Veremeenko // Biodiversity. Ecology. Adaptation. Evolution: materials of III Int. conf. of young scientists. - 2007. - P. 231-232.

7. Veremeenko, E. G. Increase of phenazine antibiotic production in bacteria Pseudomonas aurantiaca by cloning the cluster of PhzIR-genes / E. G. Veremeenko, N. P. Maksimova // Adv. Med. Biol. - 2012. - Vol. 50. - P. 195-206.

8. Statistical approach to protein quantification / S. Gerster [et al.] // Mol. Cell Proteomics. - 2014. - Vol. 13, N 2. -P. 666-677. https://doi.org/10.1074/mcp.M112.025445

9. Protein measurement with the folin phenol reagent / O. H. Lowry [et al.] // J. Biol. Chem. - 1951. - Vol. 193, N 1. -P. 265-275. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)52451-6

10. Expression stability of 13 housekeeping genes during carbon starvation of Pseudomonas aeruginosa / B. Alqarni [et al.] // J. Microbiol. Meth. - 2016. - Vol. 127. - P. 182-187. https://doi.org/10.1016/j.mimet.2016.06.008

11. Levitch, M. E. A study of the biosynthesis of phenazine-1-carboxylic acid. / M. E. Levitch, E. R. Stadtman // Arch. Biochem. Biophys. - 1964. - Vol. 106. - P. 194-199. https://doi.org/10.1107/S1744309111012346

12. Phenazine compounds in fluorescent Pseudomonas spp. biosynthesis and regulation / D. V. Mavrodi [et al.] // Ann. Rev. Phytopathol. - 2006. - Vol. 44. - P. 417-445. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.44.013106.145710

13. Price-Whelan, A. Rethinking “secondary” metabolism: physiological roles for phenazine antibiotics / A. Price-Whelan, L. E. P. Dietrich, D. K. Newman // Nat. Chem. Biol. - 2006. - Vol. 2, N 2. - P. 71-78. https://doi.org/10.1038/nchembio764

14. Of two make one: the biosynthesis of phenazines / M. Mentel [et al.] // ChemBioChem. - 2009. - Vol. 10, N 14. -P. 2295-2304. https://doi.org/10.1002/cbic.200900323

15. Veremeenko, E. G. Activation of the antioxidant complex in Pseudomonas aurantiaca - producer of phenazine antibiotics / E. G. Veremeenko, N. P. Maksimova // Microbiology. - 2010. - Vol. 79, N 4. - P. 439-444. https://doi.org/10.1134/S0026261710040041

16. A comparison of thiol peroxidase mechanisms / L. Flohe [et al.] // Antioxid. Redox Signal. - 2011. - Vol. 15, N 3. -P. 763-780. https://doi.org/10.1089/ars.2010.3397

17. Comparative analysis of glutaredoxin domains from bacterial opportunistic pathogens / T. Leeper [et al.] // Acta Crystallographica. Sec. F, Struct. boil. crystal. comm. - 2011. - Vol. 67, N 9. - P. 1141-1147. https://doi.org/10.1107/S1744309111012346

18. Dubbs, J. M. Peroxiredoxins in bacterial antioxidant defense / J. M. Dubbs, S. Mongkolsuk // Peroxiredoxin Systems. -2007. - Vol. 44. - P. 143-193. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-6051-9_7

19. Metabolic flux ratio analysis and multi-objective optimization revealed a globally conserved and coordinated metabolic response of E. coli to paraquat-induced oxidative stress / T. Shen [et al.] // Mol. BioSyst. - 2013. - Vol. 9, N 1. - P. 121132. https://doi.org/10.1039/c2mb25285f

20. Mullarky, E. Diverting glycolysis to combat oxidative stress / E. Mullarky, L. C. Cantley // Innovative Medicine: Basic Research and Development / eds. : K. Nakao, N. Minato, S. Uemoto. - Tokyo, 2015. - P. 3-23.

21. Characterization of two signal transduction systems involved in intracellular macrophage survival and environmental stress response in Enterococcus faecalis / C. Muller [et al.] // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. - 2008. - Vol. 14. - P. 59-66. https://doi.org/10.1159/000106083

22. Alkhateeb, A. A. Nuclear ferritin: a new role for ferritin in cell biology / A. A. Alkhateeb, J. R. Connor // Biochim. Biophys. Acta. Gen. Sub. - 2010. - Vol. 1080, N 8. - P. 793-797. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2010.03.017

23. Lund, P. A. Microbial molecular chaperones / P. A. Lund // Adv. Microb. Physiol. - 2001. - Vol. 44. - P. 93-140. https://doi.org/10.1016/s0065-2911(01)44012-4

24. The Skp chaperone helps fold soluble proteins in vitro by inhibiting aggregation / C. Chang [et al.] // Biochemistry. -2012. - Vol. 51, N 24. - P. 4822-4834. https://doi.org/10.1021/bi300412y

25. Unal, C. M. Microbial peptidyl-prolyl cis/trans isomerases (ppiases): virulence factors and potential alternative drug targets / C. M. Unal, M. Steinert // Microbiol. Mol. Biol. Rev. - 2014. - Vol. 78, N 3. - P. 544-571. https://doi.org/10.1128/MMBR.00015-14

26. Antony, E. Dynamics of E. coli single stranded DNA binding (SSB) protein-DNA complexes / E. Antony, T. M. Lohman // Sem. Cell Develop. Biol. - 2019. - Vol. 86. - P. 102-111. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2018.03.017

27. Characteristics and crystal structure of bacterial inosine-5'-monophosphate dehydrogenase / R. Zhang [et al.] // Biochemistry. - 1999. - Vol. 38, N 15. - P. 4691-4700. https://doi.org/10.1021/bi982858v

28. Rapid purification and properties of betaine aldehyde dehydrogenase from Pseudomonas aeruginosa / R. Velasco-Gartfa [et al.] // J. Bacteriol. - 1999. - Vol. 181, N 4. - P. 1292-1300. https://doi.org/10.1128/JB.181.4.1292-1300.1999

29. Полевой, С. А. Анализ активности ферментов антиоксидантного комплекса у бактерий Pseudomonas chloro-raphis subsp. aurantiaca, устойчивых к пероксиду водорода / С. А. Полевой, Е. Г. Веремеенко // 75-я науч. конф. студентов и аспирантов Белорус. гос. ун-та : материалы конф., Минск, 14-23 мая 2018 г. : в 3 ч. / Белорус. гос. ун-т ; редкол. : В. Г. Сафонов (пред.) [и др.]. - Минск, 2018. - Ч. 2. - С. 330-333.