Біологічні системи: теорія та інновації

Вплив N-метил-N'-нітро-N-нітрозогуанідину на авермектинсинтезуючу здатність Streptomyces avermitilis УКМ Ас-2179 та появу ауксотрофних мутантів

Н.М. Сергійчук, Людмила Білявська, Юлія Коломієць, Л.В. Зінченко, Н.А. Ілюк
Завантажити статтю
Анотація

Важливим шляхом переходу до екологічно безпечних агротехнологій є відмова від хімічних засобів захисту рослин і перехід на біологічні. Ефективність використання хімічних засобів захисту рослин поступово знижується, що пов`язано з появою резистентних популяцій шкідників та збудників хвороб. Метою представленої роботи було дослідження впливу N-метил-N-нітро-N-нітрозогуанідину на виживання та виділення високоактивних варіантів S. avermitilis УКМ Ас-2179, авермектинсинтезуюча активність яких була б вищою за таку вихідного штаму. У роботі використано біохімічні методи визначення авермектинсинтезуючої активності, якісну оцінку здатності культури до синтезу авермектинів проводили методом ТШХ, концентрацію авермектинів в етанольних екстрактах визначали колориметричним методом. Досліджено вплив N-метил-N-нітро-N-нітрозогуанідину на життєздатність та антибіотичну активність продуцента авермектинового комплексу S. avermitilis УКМ Ас-2179. Встановлено, що оптимальними для отримання клонів з підвищеною антибіотичною активністю є тривалість обробки 15 хв N-метил-N-нітро-N-нітрозогуанідину, при яких виживає 30% спор досліджуваного штаму, а біосинтетична активність зростала у 2,7 рази. Для виявлення клонів S. avermitilis УКМ Ас-2179 з підвищеним синтезом природних авермектинів можна використовувати метод індукованого МННГ-мутагенезу

Ключові слова

Streptomyces avermitilis; авермектини; N-метил-N-нітро-N-нітрозогуанідин; мутант

ЦИТУВАТИ
Serhiychuk, N., Biliavska, L., Kolomyets, Yu., Zinchenko, L., & Ilyuk, N. (2024). The influence of N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine on avermectin synthesis ability of Streptomyces avermitilis UKM AS-2179 and appearing auxotrophic mutants. Biological Systems: Theory and Innovation, 15(2), 5-16. https://doi.org/10.31548/biologiya15(2).2024.001
Використані джерела

[1] Alam, K., Mazumder, A., Sikdar, S., Zhao Y.-M., Hao, J., Song, C., Wang, Y., Sarkar, R., Islam S., Zhang, Y., & Li, A. (2022). Streptomyces: The biofactory of secondary metabolites. Frontiers in Microbiology, 13, article number 968053. doi: 10.3389/fmicb.2022.968053.

[2] Alef, K., & Nannipieri, P. (Eds.). (1995). Soil respiration. Methods in applied soil microbiology and biochemistry. New York: Academic Press.

[3] Bilyavska, L.O. (2018). Actinobacteria of the genus Streptomyces and their metabolites in the bioregulation of plants. (Doctoral dissertation, D.K. Zabolotny Institute of Microbiology and Virology NAS of Ukraine, Kyiv).

[4] Chen, J., Liu, M., Liu, X., Miao, J., Fu, C., Gao, H., Müller, R., Zhang, Q., & Zhang, L. (2016).   Interrogation of Streptomyces avermitilis for efficient production of avermectins. Synthetic and Systems Biotechnology, 1(1), 7-16.
doi: 10.1016/j.synbio.2016.03.002.

[5] Cheng, J., Park, S.B., Kim, S.H., Yang, S.H., Suh, J.W., Lee, C.H., & Kim, J.G. (2016).   Suppressing activity of staurosporine from Streptomyces sp. MJM4426 against rice bacterial blight disease. Journal of Applied Microbiology, 120(4), 975-985. doi: 10.1111/jam.13034.  

[6] Dashwood, R.H. (2021). Cancer interception by interceptor molecules: Mechanistic, preclinical and human translational studies with chlorophylls. Genes and Environment, 43, article number 8. doi: 10.1186/s41021-021-00180-8.  

[7] de Jesus, S.J.A., & Olivares, F.L. (2017). Plant growth promotion by streptomycetes: Ecophysiology, mechanisms and applications. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 3, 239-252. doi: 10.1186/s40538-016-0073-5.  

[8] Dholakiya, R.N., Kumar, R., Mishra, A., Mody, K.H., & Jha, B. (2017). Antibacterial and antioxidant activities of novel Actinobacteria strain isolated from gulf of Khambhat, Gujarat. Frontiers in Microbiology, 8, article number 2420.
doi: 10.3389/fmicb.2017.02420.  

[9] El-Saber, B.G., Alqahtani, A., Ilesanmi, O.B., Saati, A.A., El-Mleeh, A., Hetta, H.F., & Magdy, B.A. (2020). Avermectin derivatives, pharmacokinetics, therapeutic and toxic dosages, mechanism of action, and their biological effects. Pharmaceuticals, 13(8), article number 196.   doi: 10.3390/ph13080196.

[10] Fedorenko, V.O., Ostash, B.O., Gonchar, M.V., & Rebets, Yu.V. (2007). Large workshop on genetics, genetic engineering and analytical biotechnology of microorganisms. Lviv: Ivan Franko LNU Publishing Center.

[11] Golinska, P., Wypij, M., Agarkar, G., Rathod, D., Dahm, H., & Rai, M. (2015). Endophytic actinobacteria of medicinal plants: Diversity and bioactivity. Antonie Van Leeuwenhoek, 108(2), 267-289. doi: 10.1007/s10482-015-0502-7.

[12] Hamedi, J., & Mohammadipanah, F. (2015). Biotechnological application and taxonomical distribution of plant growth promoting actinobacteria. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 42(2), 157-171. doi: 10.1007/s10295014-1537-x.

[13] Harir, M., Bendif, H., Bellahcene, M., Fortas & Pogni, R.Z. (2018). Streptomyces secondary metabolites. London: IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.79890.  

[14] Iutynska, G.O., Biliavska, L.O., & Kozyritska, V.E. (2017). Development strategy for the new environmentally friendly multifunctional bioformulations based on soil streptomycetes. Microbiology Journal, 79(1), 22-33. doi: 10.15407/microbiolj79.01.022.  

[15] Iutynska, G.O., Tytova, L.V., Leonova, N.O., Antypchuk, A.F., Brovco, I.S., Eakin, D., Valahurova, H.V., Kozyritska, V.E., Biliavska, L.O., Petruk, T.V., Ponomarenko, S.P., Yamborko, N.A., Pindrus, A.A. (2011). Complex preparations based on microorganisms and plant growth regulators. In G.O. Iutynska & S.P. Ponomarenko (Eds.), New plant growth regulators: Basic research and technologies of application (pp. 161-208). Kyiv: Nichlava.

[16] Jones, G.H. (2023). Streptomyces RNases – function and impact on antibiotic synthesis. Frontiers in Microbiology, 14, article number 1096228.  
doi: 10.3389/fmicb.2023.1096228.    

[17] Klementz, D., Döring, K., Lucas, X., Telukunta, K.K., Erxleben, A., Deubel, D., Erber, A., Santillana, I., Thomas, O.S., Bechthold, A., & Günther, S. (2016). Streptome DB 2.0--an extended resource of natural products produced by streptomycetes. Nucleic Acids Research, 4(D1), D509-D514. doi: 10.1093/nar/gkv1319.

[18] Martıń, J.F. (2020). Molecular mechanisms for the control by phosphate of the biosynthesis of antibiotics and other secondary metabolites. In Regulation of Secondary Metabolism in Actinomycetes (pp. 213-237). doi: 10.1201/9781003068600-6.  

[19] Pastor, V., Luna, E., Mauch-Mani, B., Ton, J., Flors, V. (2013). Primed plants do not forget, Environmental and Experimental Botany, 94, 46-56. doi: 10.1016/j.envexpbot.2012.02.013.

[20] Petruk, T.V., Biliavs’ka, L.O., Kozyryts’ka, V.I., & Mukvych, M.S. (2004). Increasing biosynthesis of avermectins of Streptomyces avermitilis UCM Ac 2161 under the effect N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine. Microbiology Journal, 66(6), 24-30. Retrieved from http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/18512/03-Petruk-NEW.pdf?sequence=4.  

[21] Rütten, A., Kirchner, T., & Musiol-Kroll, E.M. (2022). Overview on strategies and assays for antibiotic discovery. Pharmaceuticals, 15(10), article number 1302. doi: 10.3390/ph15101302.  

[22] Saccá, M.L., Barra, Caracciolo, A., di Lenola, M., & Grenni, P. (2017). Ecosystem services provided by soil microorganisms. In M. Lukac, P. Grenni & M. Gamboni (Eds.), Soil Biological Communities and Ecosystem Resilience: Sustainability in plant and crop protection (pp. 9-24). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-319-63336-7_2.

[23] Valli, S., Suvathi, S.S., Aysha, O.S., Nirmala, P., Vinoth, K.P., & Reena, A. (2012). Antimicrobial potential of Actinomycetes species isolated from marine environment. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 2(6), 469-73.
doi: 10.1016/S2221-1691(12)60078-1.

[24] Vinogradov, A.A., & Suga, H. (2020). Introduction to thiopeptides: Biological activity, biosynthesis, and strategies for functional reprogramming. Cell Chemical Biology, 27(8), 1032-1051. doi: 10.1016/j.chembiol.2020.07.003.

[25] Wang, L., Yan, X., Li, Y., Gao, C., & Liu, J. (2023). Preparation and characterization of Avermectin B2 microcapsules and effective control of root-knot nematodes. ACS Omega, 8(14), 13038-13047. doi: 10.1021/acsomega.3c00244.