Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова биологический факультет на правах рукописи
| Вид материала | Автореферат |
- М. В. Ломоносова биологический факультет н а правах рукописи Столяров Андрей Павлович, 657.12kb.
- Xxi столетия Дунаева Светлана Олеговна, 37.07kb.
- Институциональное развитие местного самоуправления в российской федерации 23. 00., 689.31kb.
- Факультет дополнительного образования, 54.13kb.
- На правах рукописи, 514.74kb.
- Секция «почвоведение» Кинетика поглощения гуминовых кислот угля проростками пшеницы, 2613.34kb.
- Модель оценки инвестиционного климата российских регионов в условиях неопределенности, 111.18kb.
- М. В. Ломоносова филологический факультет слово грамматика речь выпуск II сборник научно-методических, 97.35kb.
- На правах рукописи, 584.81kb.
- Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова Факультет иностранных языков, 296.78kb.
Заключение
Проведенные исследования выявили широкое разнообразие структур тейхоевых кислот и других гликополимеров у представителей порядка Actinomycetales и обнаружили большое число не известных ранее природных полимеров, в том числе уникальных (табл. 9). Наряду с общим планом строения, изученные тейхоевые кислоты проявляют различия в тонкой структуре, обусловленные типом полиола, локализацией фосфодиэфирных связей, природой заместителей, присоединенных гликозидными связями разной конфигурации к полиольным остаткам и т.д. В числе обнаруженных новых структур уникальный тип тейхоевой кислоты, найденный пока только у Nocardiopsis dassonvillei и близких видов, новый подтип с 3,5-локализацией фосфодиэфирной связи в рибитфосфатном полимере, 1,5-поли(рибитфосфат) с пируват-кетальными группами, тейхоевая кислота с -фуранозным олигомером на терминальном конце цепи, тейхоевая кислота с частично ацетилированным аминокислотным заместителем. (что обусловливает новые свойства этого полианионного соединения) и т.д.
Открыто два новых кислых гликополимера c 3-дезокси-D-глицеро-D-галакто-нон-2-улопиранозоновой кислотой (Kdn) в качестве повторяющегося звена: полисахарид (b-Kdn)/олигосахарид [-Kdn-(24)--Kdn], несущие либо b-галактозильные, либо и b- галактозильные и b-3-О-метилгалактозильные заместители. Гликоконъюгаты с Kdn широко распространены в тканях животных; моно-, ди- и тримеры Kdn известны в составе О-полисахаридов у грамотрицательных бактерий, тогда как полимеры Kdn обнаружены в природе впервые. Впервые (в клеточных стенках фитопатогенных стрептомицетов) найдена тейхуроновая кислота с димером, состоящим из диаминоманнуроновой кислоты и галактозамина, связанными (13) гликозидной связью, первая ацилирована N-связанной глютаминовой кислотой. Впервые выявлен нейтральный полисахарид – галактоманнан. Открыт новый сахар (крибелоза) у бактерий рода Kribbella. Обнаруженные и описанные новые химические структуры расширяют представления о многообразии органического мира и биосинтетическом потенциале микроорганизмов, и представляют интерес для будущих исследований в области молекуляпной и клеточной биологии, экологии, эволюции микроорганизмов. Полученные результаты будут, несомненно, востребованы при аннотации полных геномов микроорганизмов.
Значительно пополнена база данных спектров ЯМР тейхоевых кислот и гликополимеров бактериальных клеточных стенок. Показана возможность использования ЯМР-спектров тейхоевых кислот как своеобразных фингерпринтов организмов для идентификации новых изолятов исследованных родов.
Использование строения тейхоевых кислот и гликополимеров клеточных стенок и их структурных элементов в качестве химических маркеров таксонов принадлежит к числу новых направлений в таксономии актинобактерий. На большом экспериментальном материале продемонстрирована возможность и перспективность использования тейхоевых кислот и других гликополимеров для решения задач классификации и идентификации актинобактерий на всех таксономических уровнях (от подпорядка до вида). Обнаружение корреляции между структурами тейхоевых кислот и гликополимеров клеточных стенок представителей ряда родов, в том числе Streptomyces, с одной стороны, и генотипическими и фенотипическими характеристиками организмов, с другой, открывает новые возможности при решении задач по уточнению границ видов и ревизии таксономической структуры родов актиномицетов. Выявленные различия в структурах тейхоевых кислот способствовали установлению видовой принадлежности ряда изолятов и позволили дополнить описание ранее предложенных видов рода Nocardioides (N. luteus и N. albus), а также описать новый вид рода (Nocardioides prauseri sp. nov). Отличия в структурах полимеров фитопатоненных штаммов рода Streptomyces позполяют прогнозировать открытие не менее 15-ти новых фитопатогенных видов.
Таблица 9. Новые структуры тейхоевых кислот и гликополимеров исследованных актиномицетов.
| № п/п | Тип и подтип ТК | Полиол | Структура | Организм | Ссылка | ||
| 1 | I-Г 1,3 | Глицерин | 1,3-поли(глицерофосфат) с α-Glc | G. rutgersensis; G. harbinensis | Тульская и др., 1993 | ||
| 2 | I-Г 1,3 | Глицерин | 1,3-поли(глицерофосфат) с α-GlcN/ α-GlcNAc | S. castelarensis, S. hygroscopicus, S. violaceusniger, S. endus; Kineosporia aurantiaca | Tul’skaya et al., 1991; 2005; Тульская и др., 1997; 2007а | ||
| 3 | I-Г 1,3 | Глицерин | 1,3-поли(глицерофосфат)с тетрасахаридом | S. sparsogenes | Шашков и др., 1998 | ||
| 4 | I-Г 2,3 | Глицерин | 2,3-поли(глицерофосфат) | S. castelarensis, S. hygroscopicus, S. violaceusniger, S. endus | Тульская и др., 1997; 2007а | ||
| 5 | I-Р 1.5 | Рибит | 1,5-поли(рибитфосфат) с кетально связанной Pyr | N. alba; N. metallica; Streptomyces sp. МБ-2, 5, 6 | Tul’skaya et al., 1995; 2007; Тульская и др.,-не опубл. | ||
| 6 | I-Р 1,5 | Рибит | 1,5-поли(рибитфосфат) c α-Gal и кетально связанной Pyr; -Galf | Nocardioides luteus, Nocardioides prauseri | Шашков и др., 2000; Tul’skaya et al., 2003 | ||
| 7 | I-Р 3,5 | Рибит | 3,5-поли(рибитфосфат) | Nocardiopsis alba, N. prasina | Tul’skaya et al., 1995; Тульская и др., 2000 | ||
| 8 | II-ГС 3,3 | Глицерин | Поли(галактозилглицерофосфат) с -Glc и кетально связанной Pyr; -Gal | Nocardioides albus | Шашков и др., 1999; Tul’skaya et al., 2003 | ||
| 9 | IV-ГС 3,3 | Глицерин | Поли(глицерофосфат-галактозилглицерофосфат) | N. dassonvillei | Tul’skaya et al., 1993 | ||
| 10 | IV-ГС 3,4 | Глицерин | то же | N. synnemataformans, N.halotolerans | Tul’skaya et al., 2007 | ||
| 11 | IV-ГС 3,3 | Глицерин | то же c кетально связанной Pyr | N. halotolerans | Tul’skaya et al., 2007 | ||
| 12 | Повторяющееся звено:4)--D-Manp2,3NAcyA-(13)--D-GalpNAc-(1, где Acy – ацетил или L-Glu тейхуроновая кислота | Streptomyces sp. ВКМ Ас-2534 | Тульская и др., 2007 б | ||||
| 13 | Повторяющееся звено: →3)-β-d-Galp-(1→6)-β-d-Manp-(1→4)-β-d-Manp-(1→3)-β-d-Galp-(1→4)-β-d-Manp-(1→4)-β-d-Manp-(1→ нейтр. полисахарид | Kineosporia aurantiaca | Tul’skaya et al., 2005 | ||||
| 14 | Олигомер: α- и -Kdn, замещенный -Gal или/и - Galp3OMe | Streptomyces sp. ВКМ Ac-2274 | Shashkov et al., 2002 | ||||
| 15 | Полимер: -Kdn, замещенный -Gal № 14 и 15 – кислые полисахариды | S. castelarensis, S. hygroscopicus, S. violaceusniger, S. endus; S. melanosporofaciens | Tul’skaya et al., 2007а | ||||
Сравнительный анализ опубликованных и наших данных по «сахарам клеточных стенок» показал, что определение сахаров в препаратах клеточных стенок позволяет выявлять дополнительные диагностические для таксона моносахариды, не учитываемые при стандартном определении признака «тип клеточной стенки», производимом в целых клетах. Обнаружение характерных моносахаридов в составе клеточных стенок в некоторых случаях может достаточно точно указывать на принадлежность к определенному роду (например, β-галактофураноза для рода Nocardioides; 2,3-дидезокси-2,3-диметилгалактоза и крибелоза для рода Kribbella).
Важным результатом исследования клеточных стенок стрептомицетов, вызывающих паршу обыкновенную картофеля было обнаружение в их составе набора высокоанионных тейхоевых и тейхуроновых кислот с пировиноградной или глутаминовой кислотой в качестве ацилирующих заместителей и полимеров/олигомеров Kdn. Предполагается, что подобные кислые структуры, локализованные на поверхности клетки фитопатогенного микроорганизма, играют важную роль в инфекционном процессе, обусловливая адсорбцию фитопатогена к клетке растения-хозяина. Дальнейшие исследования, наряду с изучением факторов патогенности и устойчивости, будут способствовать пониманию молекулярных механизмов взаимодействия фитопатогенных стрептомицетов и растения и разработке эффективных средств защиты растений. Обнаружение полимера Kdn в клеточной стенке известных «почвенных» видов из филогенетического кластера «Streptomyces violaceusniger», традиционно считавшихся сапрофитами, позволило выявить неизвестные ранее функции этих видов в системе «почва-растение».
Выводы.
1. Исследованы тейхоевые кислоты и гликополимеры клеточных стенок более 100 штаммов - представителей различных родов актиномицетов, относящихся к 12-ти семействам 9-ти подпорядкам порядка Actinomycetales. Названные выше полимеры, среди которых доминируют глицеринтейхоевые кислоты разных типов, обнаружены у 80% изученных актиномицетов.
2. Выявлено широкое разнообразие структур тейхоевых кислот и других гликополимеров у представителей порядка Actinomycetales. Расшифрованы структуры полимеров у 63 штаммов. Впервые установлены структуры 15 новых полимеров:
− 11 тейхоевых кислот, среди которых: уникальные поли(полиолфосфат-гликозилполиолфосфаты), незамещенный 3,5-поли(рибитфосфат), 1,5-поли(рибитфосфат) с пируват-кетальными заместителями, 1,3-поли(глицерофосфат) с ацетилированным и неацетилированным аминосахаром на одной цепи, тейхоевая кислота с -фуранозным олигомером на терминальном конце цепи и ряд других;
− тейхуроновая кислота с дисахаридом в повторяющемся звене и N-глютаминовой кислотой в качестве заместителя;
− нейтральный полисахарид – галактоманнан;
− два кислых полисахарида: олигомер и полимер 3-дезокси-D-глицеро-D-галакто-нон-2-улопиранозоновой кислоты (Kdn), несущие либо -галактозильные, либо и -галактозильные, и -3-О-метилгалактозильные заместители.
3. Получены приоритетные данные о корреляции состава и строения тейхоевых кислот и других гликополимеров клеточных стенок у представителей более 25 видов Nocardiopsis, Nocardioides, Glycomyces и Streptomyces с группировкой организмов по генотипическими признакам. Показана эффективность использования строения вышеназванных полимеров и их структурных компонентов для решения таксономических задач, в т.ч., ревизии системы структуры рода Streptomyces.
4. Структура тейхоевых кислот может служить основанием для описания новых видов и определения видовой принадлежности выделенных из природных источников изолятов. С учетом отличий по структурам тейхоевых кислот и результатов ДНК-ДНК гибридизации описан новый вид Nocardioides prauseri sp. nov. и предложено уточнение диагноза видов Nocardioides luteus и Nocardioides albus.
5. Анализ результатов собственных исследований и данных других авторов о распространении тейхоевых кислот и гликополимеров у организмов порядка Actinomycetales выявил корреляцию признака “наличие/отсутствие тейхоевых кислот” с таксономическим положением актиномицетов. Признак характеризует высшие таксоны (подпорядки и семейства), при вариабельности – дифференцирует роды внутри семейств или группы близких видов внутри родов.
6. Впервые определен моносахаридный состав в препаратах клеточных стенок у большого массива актиномицетов ранее не исследованных в этом плане. Выявлены дополнительные диагностические моносахариды для ряда таксонов. Обнаружение редких или новых (крибеллеза) природных сахаров, входящих в связанные с пептидогликаном гликополимеры, может указывать на принадлежность организмов к определённому роду и позволяет прогнозировать открытие новых видов в исследованных группах.
7. Тейхоевые кислоты и гликополимеры служат выявлению новых свойств изучаемых актиномицетов: обнаружена новая группа фитопатогенных стрептомицетов, филогенетически и фенотипически отличных от известных возбудителей парши обыкновенной картофеля – это представители «почвенных» видов из филогенетического кластера «Streptomyces violaceusniger», традиционно считавшихся сапрофитами. Характерной особенностью клеточных стенок изученных фитопатогенных стрептомицетов является наличие нескольких анионных полимеров: тейхоевых и тейхуроновых кислот и полимеров/олигомеров Kdn.
Публикации по теме диссертации
Обзоры.
1. Naumova I.B., Shashkov A.S., Tul’skaya E.M., Streshinskaya G.M., Kozlova Yu.I., Potekhina N.V., Evtushenko L.I., Stackebrandt E. Cell wall teichoic acids structural diversity, specificity in the genus Nocardiopsis, and chemotaxonomic perspective. // FEMS Microbiol. Rev. 2001. V. 25. № 3. p. 269-283.
Экспериментальные статьи
2. Тульская Е.М., Вылегжанина Е.С. Стрешинская Г.М. Шашков А.С. Наумова И.Б. Гетерогенность цепей глицеринтейхоевой кислоты клеточной стенки Streptomyces rutgersensis var. castela-rense ВКМ Ас-238. // Биохимия. 1989а. Т. 54. №4. стр. 531-536
3. Стрешинская Г.М., Тульская Е.М., Терехова Л.П., Галатенко О.А., Наумова И.Б., Преображенская Т.П. Некоторые хемотаксо-номические критерии рода Nocardiopsis. // Доклады Академии Наук СССР. 1989а. Т. 309. № 2. стр. 477-480.
4. Шашков А.С., Тульская Е.М., Стрешинская Г.М. Наумова И.Б. Терехова Л.П. Галатенко О.А. ЯМР спектроскопи- ческое исследование тейхоевой кислоты клеточной стенки Nocardiopsis dassonvillei IMRU 509. // Биоорганическая химия. 1990. Т. 16. № 7. стр. 993-996.
5. Tul’skaya E.M., Vylegzhanina E.S., Streshinskaya G.M., Shashkov A.S., Naumova I.B. Heterogeneity of glycerol teichoic acids in the cell wall of Streptomyces rutgersensis var. castelarense VKM Ac-238. // Biochim. Biophys. Acta. 1991. V. 1074. p. 237-242.
6. Тульская Е.М., Стрешинская Г.М., Наумова И.Б., Терехова Л.П., Галатенко О.А. Некоторые хемотаксономические критерии видов Nocardiopsis dassonvillei и Nocardiopsis antarcticus. // Микробиология. 1992. Т. 61. № 5. стр. 908-915.
7. Tul’skaya E.M., Streshinskaya G.M., Shashkov A.S., Terekhova L.P., Galatenko O.A., Naumova I.B. A new structural type of teichoic acid and some chemotaxonomic criteria of two species Nocardiopsis dassonvillei and Nocardiopsis antarcticus. // Arch. Microbiol. 1993. V. 160. № 4. p. 299-305.
8. Тульская Е.М., Потехина Н.В., Наумова И.Б., Шашков А.С., Евтушенко Л.И. Сравнительное изучение тейхоевых кислот клеточных стенок актиномицетов Glycomyces rutgersensis и Glycomyces harbinensis. // Микробиология. 1993. Т. 62, № 5, стр. 932-937.
9. Potekhina N.V., Tul’skaya E.M., Naumova I.B., Shashkov A.S., Evtushenko L.I. Erythritol teichoic acid in the cell wall of Glycomyces tennuis VKM Ac-1250. // Eur. J. Biochem. 1993. V. 218. p. 371-375.
10. Тульская Е.М., Шашков А.С., Евтушенко Л.И., Таран В.В., Наумова И.Б. Тейхоевые кислоты клеточной стенки Nocardiopsis albus ssp. albus DSM 43120. // Биохимия. 1995а. Т. 60. № 3. стр. 179-186.
11. Tul’skaya E.M., Shashkov A.S., Evtushenko L.I., Taran V.V., Naumova I.B. Novel cell wall teichoic acid from Nocardiopsis albus ssp.albus as a species-specific marker. // Microbiology UK. 1995. V. 141. № 8. p. 1851-1856.
12. Кулаев И.С., Наумова И.Б., Стрешинская Г., Тульская Е.М., Степная О.А., Северин А.И., Бегунова Е.А. Литическое действие лизоамидазы из Xantomonas sp. коррелирует с присутствием в клеточной стенке бактерий-мишеней рибиттейхоевых кислот. // Микробиология. 1996. Т. 65. № 3. стр. 326-332.
13. Тульская Е.М., Шашков А.С., Евтушенко Л.И., Буева О.В., Наумова И.Б. Идентичность структур тейхоевых кислот актиномицетов вида Streptomyces hygroscopicus. // Биохимия.1997. Т. 62. №3. стр. 338-343.
14. Стрешинская Г.М., Тульская Е.М., Шашков А.С., Евтушенко Л.И., Таран В.В., Наумова И.Б. Тейхоевые кислоты клеточны стенок Nocardiopsis listeri, Nocardiopsis lucentensis и Nocardiopsis tregalosei. // Биохимия. 1998. Т. 63. №2. стр. 86-90.
15. Потехина Н.В., Тульская Е.М., Шашков А.С., Таран В.В., Евтушенко Л.И., Наумова И.Б. Таксономическая специфичность тейхоевых кислот клеточных стенок актиномицетов рода Glycomyces. // Микробиология. 1998. Т. 67. №3. стр. 399-403.
16. Шашков А.С., Тульская Е.М., Грачев А.А., Евтушенко Л.И., Буева О.В., Наумова И.Б. Структура тейхоевой кислоты клеточной стенки Streptomyces sparsogenes ВКМ Ас-1744Т. // Биохимия. 1998. Т. 63. № 9. стр. 1288-1294.
17. Шашков А.С., Тульская Е.М., Евтушенко Л.И., Наумова И.Б. Тейхоевая кислота клеточной стенки Nocardioides albus ВКМ Ас-805Т. // Биохимия. 1999. Т. 64. № 11, стр. 1544-1549.
18. Тульская Е.М., Шашков А.С., Евтушенко Л.И., Наумова И.Б. Тейхоевые кислоты клеточной стенки Nocardiopsis prasina ВКМ Ас-1880Т. // Микробиология. 2000. Т. 69. №1, стр. 58-61.
19. Шашков А.С., Тульская Е.М., Евтушенко Л.И., Грачев А.А., Наумова И.Б. Структура тейхоевой кислоты клеточной стенки Nocardioides luteus ВКМ 1246Т. // Биохимия. 2000. Т. 65. №4. стр. 505-510.
20. Shashkov A.S., Tul’skaya E.M., Evtushenko L.I., Denisenko V.A., Ivanyuk V.G., Stomakhin A.A., Naumova I.B., Stackebrandt E. Cell wall anionic polymers of Streptomyces sp. MB-8, the causative agent of potato scab. // Carbohydr. Res. 2002. V. 337. № 21-23. p.2255-2261.
21. Тульская Е.М., Шашков А.С., Евтушенко Л.И., Стомахин А.А., Иванюк В.Г., Денисенко В.А., Наумова И.Б. Анионные полимеры клеточных стенок некоторых стрептомицетов, вызывающих паршу обыкновенную у картофеля. // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию Института картофелеводства Национальной академии наук Беларуси. 2003. Часть II. стр. 200-210.
22. Степная О.А., Бегунова Е.А., Цфасман И.Е., Тульская Е.М., Стрешинская Г.М., Наумова И.Б., Кулаев И.С. Роль анионных полимеров клеточных стенок грамположительных бактерий-мишеней в механизме действия на них внеклеточных бактериолитических ферментов Lysobacter sp. // Микробиология. 2004. Т. 73. № 4. стр. 479-485.
23. Tul’skaya E.M., Senchenkova S.N., Evtushenko L.I., Shashkov A.S., Naumova I.B. A new neutral polymer from the cell wall of actinomycete Kineosporia aurantiaca VKM Ас 702Т. // Carb. Res. 2005. V. 340. № 6. p. 1247-1251.
24. Тульская Е.М., Шашков А.С., Буева О.В., Евтушенко Л.И., Анионные углеводсодержащие полимеры клеточных стенок Streptomyces melanosporofaciens и близких видов. // Микробиология. 2007a. Т. 72. № 1. стр. 39-45.
25. Тульская Е.М., Шашков А.С., Сенченкова С.Н., Акимов В.Н., Буева О.В., Ступарь О.С., Евтушенко Л.И. Анионные полимеры клеточной стенки Streptomyces sp, ВКМ Ас-2534. // Биоорганическая химия. 2007б. Т. 33. № 2. стр. 269-276.