Academic Journal
Новые оксидоредуктазы органофосфонатов у почвенных бактерий Achromobacter и Ochrobactrum: неизвестные ферменты известных метаболических путей
| Τίτλος: | Новые оксидоредуктазы органофосфонатов у почвенных бактерий Achromobacter и Ochrobactrum: неизвестные ферменты известных метаболических путей |
|---|---|
| Πηγή: | VII Пущинская конференция «Биохимия, физиология и биосферная роль микроорганизмов», шко- ла-конференция для молодых ученых, аспирантов и студентов «Генетические технологии в микробио- логии и микробное разнообразие». |
| Στοιχεία εκδότη: | Crossref, 2024. |
| Έτος έκδοσης: | 2024 |
| Θεματικοί όροι: | метаболические пути, оксидоредуктазы, бактерии-деструкторы, круговорот фосфора, органофосфонаты, адаптация |
| Περιγραφή: | Фосфор – один из важнейших биогенных элементов, представленный в живых организмах не только в виде фосфатов, но и в виде органофосфонатов (ОФ) – соединений с устойчивой ковалентной связью углерод-фосфор (С–Р3+ связь). ОФ выполняют функции антибиотиков, компонентов мембран, запасных веществ. Поступление ОФ в окружающую среду первоначально связывали с деятельностью человека; антропогенные ОФ расцениваются как стойкие загрязнители окружающей среды; по объемам производства среди них лидирует неселективный гербицид глифосат (ГФ). Недавно также выявлены мощные природные источники ОФ, связанные с жизнедеятельностью прокариот в мировом океане и оказывающие заметное влияние на глобальный круговорот фосфора.Биодеградация природных и антропогенных ОФ предусматривает три механизма высвобождения фосфата: свободнорадикальный (ферментный комплекс «С–Р лиаза»), гидролитический (узкоспецифичные С–Р гидролазы) и окислительный (металлосодержащие диоксигеназы). Так как в природе ОФ представлены, в основном, 2-аминоэтилфосфонатом (2-АЭФ), среди прокариот наиболее распространен фосфоноацетальдегидгидролазный (фосфонатазный) путь утилизации ОФ, кодируемый опероном PhnRSTUVWX, где PhnR – регулятор экспрессии, PhnSTUV – система трансмембранного переноса 2-АЭФ, PhnW – трансаминаза, превращающая 2-АЭФ в субстрат фосфонатазы и PhnX – собственно, фосфонатаза. Основной механизмом деструкции антропогенного ГФ – оксидоредуктазный, за счет превращения гербицида в аминометилфосфонат (АМФК) под действием ГФ-оксидоредуктазы (GOR) либо глициноксидазы (GOX). АМФК затем метаболизируется либо по С–Р лиазному, либо по фосфонатазному пути.Ранее из лабораторной коллекции был отобран и изучен ряд эффективных бактерий -деструкторов ГФ и природных ОФ, принадлежащих к видам Achromo bacter insolitus (штамм Kg 19), A. aegrifaciens (штамм Kg 16) и Ochobactrum anthropi (штамм GPK 3). Все они способны потреблять ГФ (через превращение в АМФК) и 2-АЭФ как единственные источники фосфора, что предполагало наличие у них ГФ-оксидоредук тазы и фосфонатазного пути. Однако секвенирование, аннотирование и анализ их геномов выявили существенные различия между ожидаемой картиной, основанной на литературных данных и фактической организацией детерминант ферментных путей катаболизма ОФ. Ни у одного из штаммов не выявлены гены GOX или GOR либо их гомологи. Ген трансаминазы PhnW у ахромобактеров располагался на значительном расстоянии от их фосфонатазных оперонов, а у O. anthropi отсутствовал. Сами фосфонатазные опероны, соответственно, имели вид |HpnW|PhnS|PhnX|PhnU|PhnT|PhnR|PhnHD| у Kg 19 и Kg 16 и |HpnW|PhnX|PhnV1|PhnV2| у GPK 3, где HpnW – гипотетическая флавиновая оксидаза, гомологи которой обнаружены у ряда бактерий в составе генных кластеров, обеспечивающих утилизацию ОФ. PhnHD первоначально ошибочно аннотирована как HD-(гистидин-аспартат)-доменная фосфогидролаза. Но с учетом геномного контекста и литературных данных наиболее вероятна принадлежность PhnHD к небольшой группе новых негемовых Fe2+/3+-содержащих диоксигеназ, обеспечивающих расщепление С–Р связи аминофосфонатов. Как и два изученных представителя этой группы: PhnZ (EC 1.13.11.78) и TmpB (1.13.11.90), PhnHD штаммов Kg 19 и Kg 16 включали 5, а не 4, как прочие представители семейства HD, консервативных гистидина. В PhnHD присутствовали также характерные для активных центров PhnZ и TmpB тирозин (20) и альфа-спираль (96-106) (рис. 1).Для новой флавиновой оксидазы HpnW не выявлена значимая гомология с известны ми FAD-содержащими оксидоредуктазами, в том числе GOX/GOR. Так как HpnW замещает собой ген трансаминазы PhnW в фосфонатазных оперонах изучаемых бактерий, данный фермент может служить функциональным аналогом PhnW, обеспечивая превращение 2-АЭФ в субстрат фосфонатазы путем окислительного деаминирования, а не переноса аминогруппы на пируват. В противном случае утилизация 2-АЭФ у O. anthropi GPK 3, лишенного PhnW, была бы невозможной. В силу отсутствия у перечисленных штаммов ГФ-оксидоредуктазы, интересен вопрос участия HpnW в превращении ГФ в АМФК с учетом экспрессии фосфонатазного оперона у штаммов Kg 19 и GPK 3 в ответ на рост на среде с ГФ.Были подобраны праймеры, позволившие получить ампликоны в виде полных копии генов PhnHD и HpnW с фланкирующими участками с сайтами узнавания рестриктаз NdeI и XhoI при ПРЦ по матрице геномной ДНК штаммов A. insolitus Kg 19 и A. aegrifaciens Kg 16. Получены конструкции на основе вектора pET-22b для гетерологической экспрессии новых оксидоредуктаз, несущих полигистидиновую метку на С-концах в E. coli с целью изучения роли данных ферментов в катаболизме ОФ и, прежде всего, выявления их природных субстратов. Решение данной задачи внесет существенный вклад в понимание биосферного круговорота фосфора и механизмов приспособления прокариот к существованию в условиях загрязнения ОФ. |
| Τύπος εγγράφου: | Article Conference object |
| Γλώσσα: | Russian |
| DOI: | 10.34756/geos.2021.17.37983 |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.doi...........1f484d14796b3c715eec3d8f308ba0ea |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.34756/geos.2021.17.37983 |
|---|