Молекулярно-генетическая характеристика мутантного штамма Pseudomonas chlororaphis subsp. аurantiaca с повышенной устойчивостью к пероксиду водорода

Химический мутагенез, сопровождающийся тщательно продуманной стратегией селекции, представляет собой эффективный способ получения микробных продуцентов разнообразных биологически активных соединений. Однако существенным минусом данного метода является множественность изменений генома, в результате чего впоследствии сложно идентифицировать гены, продукты которых вносят наибольший вклад в образование целевого метаболита. Современные технологии секвенирования и анализа геномов позволяют преодолеть данный недостаток и открывают новые перспективы в идентификации метаболических путей, задействованных в образовании биологически активных соединений.

Целью данной работы являлся геномный анализ и молекулярно-генетическая характеристика мутантного штамма Рseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca B-162/15 для обнаружения потенциальных генов-кандидатов, продукты которых могут принимать участие в обеспечении сверхпродукции феназиновых соединений.

В рамках данного исследования были осуществлены полногеномное секвенирование и аннотация генома мутантного штамма B-162/15 бактерий Р. chlororaphis subsp. aurantiaca. В ходе аннотации было идентифицировано 6493 последовательности, кодирующие белки, и 66 последовательностей, кодирующих транспортные и рибосомальные РНК. При сравнении генома мутантного штамма с ранее отсеквенированным геномом штамма дикого типа B-162 выявлено 16 мутаций. Три из обнаруженных мутаций локализованы в межгенных областях, остальные 13 – в кодирующих областях. Шесть из идентифицированных в кодирующих областях мутаций привели к радикальным заменам аминокислот в структуре белков, что потенциально может оказать влияние на функциональную активность этих белков. Выявлены аминокислотные замены с высоким показателем расстояния Grantham, например, в таких белках, как FliD, железосодержащий редокс-белок и β-субъединица аргинин N-сукцинилтрансферазы. Установлено присутствие в геноме штамма В-162/15 регионов, содержащих фаговые гены.

1. Rosenberg, E. It’s in Your DNA: from discovery to structure, function and role in evolution, cancer and aging / E. Rosenberg. – [S. n.], Academic Press, 2017. – 218 p.

2. Baral, B. Activation of microbial secondary metabolic pathways: avenues and challenges / B. Baral, A. Akhgari, M. MetsäKetelä // KeAi: Synthetic Systems Biotechnol. – 2018. – Vol. 3, N 3. – P. 163–178. https://doi.org/10.1016/j.synbio.2018.09.001

3. Engineering Pseudomonas for phenazine biosynthesis, regulation, and biotechnological applications: a review / M. Bilal [et al.] // World J. Microbiol. Biotechnol. – 2017. – Vol. 33, N 191. – 11 p. https://doi.org/10.1007/s11274-017-2356-9

4. Поколения методов секвенирования ДНК (обзор) / А. Г. Бородинов [и др.] // Науч. приборостроение. – 2020. – Т. 30, № 4. – С. 3–20.

5. Advances in phenazines over the past decade: review of their pharmacological activities, mechanisms of action, biosynthetic pathways and synthetic strategies / J. Yan [et al.] // Marine Drugs. – 2021. – Vol. 19, N 11. – Art. 610. https://doi. org/10.3390/md19110610

6. Inhibition of three potato pathogens by phenazine-producing Pseudomonas spp. is associated with multiple biocontrolrelated traits / A. Biessy [et al.] // mSphere. – 2021. – Vol. 6, N 3. – Art. e00427-21. https://doi.org/10.1128/msphere.00427-21

7. Phenazine-1-carboxylic acid-producing bacteria enhance the reactivity of iron minerals in dryland and irrigated wheat rhizospheres / M. K. LeTourneau [et al.] // Environment. Sci. Technol. – 2019. – Vol. 53, N 24. – P. 14273–14284. https://doi. org/10.1021/acs.est.9b03962

8. Novel approach of phenazine derivatives isolation from Pseudomonas culture medium / M. A. Shapira [et al.] // Process Biochem. – 2021. – Vol. 111, pt. 2. – P. 325–331. http://dx.doi.org/10.1016/j.procbio.2021.11.004

9. Лысак, В. В. Важнейшие группы микроорганизмов / В. В. Лысак, О. В. Фомина. – Минск : БГУ, 2012. – 92 с.

10. 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. – Р. 439–444. http://dx.doi.org/10.1134/ S0026261710040041

11. Абатуров, А. Е. Медикаментозное ограничение доступности ионов железа для патогенных бактерий (часть 1) / А. Е. Абатуров, Т. А. Крючко // Здоровье ребенка. – 2018. – Т. 13, № 4. – С. 416–424.

12. Liaudanskaya, A. I. Analysis of genomes changes in Pseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca strains producing phenazines / A. I. Liaudanskaya, N. P. Maximova, K. G. Verameyenka // Res. Square. – 2021. – 17 p. http://dx.doi.org/10.21203/ rs.3.rs-289228/v1

13. PHAST, PHASTER and PHASTEST: Tools for finding prophage in bacterial genomes / D. Arndt [et al.] // Brief. Bioinform. – 2017. – Vol. 20, N 4. – P. 1560–1567. https://doi.org/10.1093/bib/bbx121

14. NCBI Taxonomy: a comprehensive update on curation, resources and tools / C. L. Schoch [et al.] // Database (Oxford). – 2020. – Vol. 2020. – Art. baaa062. http://dx.doi.org/10.1093/database/baaa062

15. Localization and regulation of the T1 unimolecular spanin / R. Kongari [et al.] // J. Virol. – 2018. – Vol. 92, N 22. – Art. e00380-18. https://doi.org/10.1128/jvi.00380-18

16. Chevalier, B. S. Homing endonucleases: structural and functional insight into the catalysts of intron/intein mobility / B. S. Chevalier, B. L. Stoddard // Nucl. Acids Res. – 2001. – Vol. 29, N 18. – P. 3757– 3774. https://doi.org/10.1093/nar/29.18.3757

17. Elde, M. Functional characterization of isoschizomeric His-Cys box homing endonucleases from Naegleria / M. Elde, N. P. Willassen, S. Johansen // Eur. J. Biochem. – 2000. – Vol. 267, N 24. – P. 7257–7265. https://doi.org/10.1046/j.1432- 1327.2000.01862.x