ecodagЮг России: экология, развитиеSouth of Russia: ecology, development1992-10982413-0958State Institute of Applied Ecology of the Republic of Dagestan10.18470/1992-1098-2022-4-101-110ecodag-2665Research ArticleЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВИзучение роли микроэлементов для синтеза антигрибных метаболитов штамма бактерии‐антагониста Bacillus velezensisDetermining the role of microelements for the synthesis of antifungal metabolites of the antagonistic Bacillus velezensis strainhttps://orcid.org/0000-0002-7297-5929ТомашевичН. C.TomashevichN. S.

Наталья С. Томашевич, к.с.‐х.н., с.н.с. лаборатории микробиологической защиты растений

350039 г. Краснодар, п/о‐39

Тел. +79280388165

Natalia S. Tomashevich, Ph D (Agriculture), Senior Researcher, Microbiological Plant Protection Laboratory

p/o‐39 Krasnodar 350039

Tel. +79280388165

tom-s2@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4281-5278СидороваТ. М.SidorovaT. M.

Татьяна М. Сидорова

Краснодар

Tatiana M. Sidorova

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0003-3032-1983КиселеваО. И.KiselevaO. I.

Ольга И. Киселева 

Москва

Olga I. Kiseleva

Moscow

КурбатовИ. Ю.KurbatovI. Yu.

Илья Ю. Курбатов 

Москва

Ilya Yu. Kurbatov

Moscow

https://orcid.org/0000-0002-8679-6139АллахвердянВ. В.AllahverdyanV. V.

Валерия В. Аллахвердян 

Краснодар

Valeria V. Allahverdyan

Krasnodar

https://orcid.org/0000-0002-0060-1995АсатуроваА. М.AsaturovaA. M.

Анжела М. Асатурова 

Краснодар

Anzhela M. Asaturova

Krasnodar

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный центр биологической защиты растений»РоссияFederal Research Centre of Biological Plant ProtectionRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно‐исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича»РоссияInstitute of Biomedical ChemistryRussian Federation202229122022174101‐110Copyright © Томашевич Н.C., Сидорова Т.М., Киселева О.И., Курбатов И.Ю., Аллахвердян В.В., Асатурова А.М., 20222022Томашевич Н.C., Сидорова Т.М., Киселева О.И., Курбатов И.Ю., Аллахвердян В.В., Асатурова А.М.Tomashevich N.S., Sidorova T.M., Kiseleva O.I., Kurbatov I.Y., Allahverdyan V.V., Asaturova A.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ecodag.elpub.ru/ugro/article/view/2665Цель

Цель. Изучить состав экзометаболома бактерий штамма Bacillus velezensis BZR336g c применением с применением двумерной газовой хроматографии в сочетании с масс‐спектрометрией (GC×GC‐MS) метода при культивировании на питательных средах, различающихся по содержанию микроэлементов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объект исследования – штамм бактерии B. velezensis BZR 336g. Он является перспективным для разработки на его основе биопрепарата для защиты растений от фитопатогенных грибов. Из жидкой культуры выделяли экзометаболиты и анализировали из метаболомный профиль методом GC×GC‐MS.

Результаты

Результаты. Среди идентифицированных соединений можно увидеть предшественники биологически активных метаболитов бактерий штамма B. velezensis BZR336g. Анализ суммарного накопления жирных кислот и их аналогов, а также аминокислот и пептидов бактериями B. velezensis BZR336g на питательных средах, различающихся по содержанию ионов металлов, показывает, что ионы Со2+ в сочетании с ионами Mn2+ и Zn2+ играют важную роль в индуцировании их синтеза. На синтез пептидных составляющих наибольшее влияние оказывает присутствие в питательной среде иона Со2+. Если убрать его из питательной среды, количество пептидов, аминокислот и пептидов уменьшается почти в два раза. Соединения бензольной природы могут выступать в роли прекурсоров ароматических углеводородов, которые также представляют интерес при анализе метаболизма бактерий, так как они обладают антимикробной активностью.

Заключение

Заключение. Количество соединений, которые являются прекурсорами метаболитов липопептидной природы, зависит от содержания ионов металлов в питательной среде. Этот факт может изменяться в зависимости от того, в какой комбинации присутствуют металлы.

Aim

Aim. To study the structure of bacteria exometabolites of the Bacillus velezensis BZR336g strain using the GC×GC‐MS method when cultivated on nutrient media differing in the content of microelements.

Material and Methods

Material and Methods. The object of the study is the B. velezensis BZR336g bacterium strain. It shows promise for the development of a biopreparation on its basis for protecting plants against phytopathogenic fungi. Exometabolites were isolated from the liquid culture and their metabolomic profile was analysed with the GC×GC‐MS method using a LECO Pegasus BT‐4D device.

Results

Results. Among the identified compounds one can see the precursors of biologically active metabolites of bacteria of the strain B. velezensis BZR336g. Analysis of the total accumulation of fatty acids and their analogs, as well as of amino acids and peptides, by B. velezensis BZR336g bacteria on nutrient media differing in the content of metal ions, shows that Co2+ ions in combination with Mn2+ and Zn2+ ions play an important role in inducing their synthesis. The presence of the Co2+ ion in the nutrient medium has the greatest influence on the synthesis of peptide components. If it is removed from the nutrient medium, the amount of amino acids and peptides decreases by almost two times. Benzene compounds can act as precursors of aromatic hydrocarbons, which are also of interest in the analysis of bacterial metabolism, since they have antimicrobial activity.

Conclusions

Conclusions. The number of compounds that are precursors of lipopeptide metabolites depends on the content of metal ions in the nutrient medium. This fact may vary depending on the combination in which the metals are present.

ЭкзометаболитыBacillus velezensisантигрибные липопептидыгазовая хроматография‐масс‐спектрометрияметаболомный профильExometabolitesBacillus velezensisantifungal lipopeptidesgas chromatography‐mass spectrometrymetabolomic profileИсследования выполнены при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук № МК‐1651.2021.5.The research was supported by grant of the President of the Russian Federation for state support of young Russian scientists No. MK‐1651.2021.5.ReferencesHarwood C.R, Mouillon J.-M., Pohl S., Arnau J. Secondary metabolite production and the safety of industrially important members of the Bacillus subtilis group // FEMS Microbiology Reviews. 2018. V. 42. P. 721–738. DOI: 10.1093/femsre/fuy028Harwood C.R., Mouillon J.-M., Pohl S., Arnau J. Secondary metabolite production and the safety of industrially important members of the Bacillus subtilis group FEMS. Microbiology Reviews, 2018, vol. 42, pp. 721–738. DOI: 10.1093/femsre/fuy028Cидорова Т.М., Асатурова А.М., Хомяк А.И. Биологически активные метаболиты Bacillus subtilis и их роль в контроле фитопагенных микроорганизмов (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. С. 29–37. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.29rusSidorova T.M., Asaturova A.M., Homyak A.I. Biologically active metabolites of Bacillus subtilis and their role in the control of phytopathogenic microorganisms (review). Agricultural Biology, 2018, vol. 53, no. 1, pp. 29–37. (In Russian) DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.29rusМаксимов И.В., Черепанова Е.А., Бурханова Г.Ф., Хайруллин Р.М., Сингх Б.П. Перспективы применения бактерий – продуцентов липопептидов для защиты растений (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. Т. 56. С. 19–34. DOI: 10.31857/S0555109920010134Maksimov I.V., Cherepanova E.A., Burkhanova G.F., Khairullin R.M., Singkh B.P. Prospects and applications of lipopeptide-producing bacteria for plant protection (review). Applied Biochemistry and Microbiology, 2020, vol. 56, no. 1, pp. 19–34. (In Russian) DOI: 10.31857/S0555109920010134Fira D., Dimkić I., Berić T., Lozo J., Stanković S. Biological control of plant pathogens by Bacillus species // Journal of biotechnology. 2018. V. 285. P. 44–55. DOI: 10.3389/fmicb.2017.00925Fira D., Dimkić I., Berić T., Lozo J., Stanković S. Biological control of plant pathogens by Bacillus species. Journal of biotechnology, 2018, vol. 285, pp. 44–55. DOI: 10.3389/fmicb.2017.00925Dubey M.K., Meena M., Aamir M., Zehra A., Upadhyay R.S. Regulation and role of metal ions in secondary metabolite production by microorganisms // New and future developments in microbial biotechnology and bioengineering. 2019. P. 259–277. DOI: 10.1016/B978-0-444-63504-4.00019-0Dubey M.K., Meena M., Aamir M., Zehra A., Upadhyay R.S. Regulation and role of metal ions in secondary metabolite production by microorganisms. New and future developments in microbial biotechnology and bioengineering, 2019, pp. 259–277. DOI: 10.1016/B978-0-444-63504-4.00019-0de Oliveira Schmidt V.K., de Souza Carvalho J., de Oliveira D., de Andrade C.J. Biosurfactant inducers for enhanced production of surfactin and rhamnolipids: an overview // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2021. V. 37. N 21. P. 27–43. DOI: 10.1007/s11274-020-02970-8de Oliveira Schmidt V.K., de Souza Carvalho J., de Oliveira D., de Andrade C.J. Biosurfactant inducers for enhanced production of surfactin and rhamnolipids: an overview. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2021, vol. 37, no. 21, pp. 27–43. DOI: 10.1007/s11274-020-02970-8Papadimitropoulos, ME.P., Vasilopoulou, C.G., Maga-Nteve, C., Klapa, M.I. Untargeted GC-MS Metabolomics. In: Theodoridis, G., Gika, H., Wilson, I. (eds). Metabolic Profiling. Methods in Molecular Biology. 2018. V. 1738. Humana Press, New York, NY. DOI: 10.1007/978-1-4939-7643-0_9Papadimitropoulos ME.P., Vasilopoulou C.G., Maga-Nteve C., Klapa M.I. Untargeted GC-MS Metabolomics. In: Theodoridis G., Gika H., Wilson I. (eds). Metabolic Profiling. Methods in Molecular Biology. 2018, vol 1738. Humana Press, New York, NY. DOI: 10.1007/978-1-4939-7643-0_9Асатурова А.М., Дубяга В.М. Штамм бактерий Bacillus subtilis для получения биопрепарата против фитопатогенных грибов: пат. 2553518 Рос. Федерация № RU2013151377/10A. Заявл. 20.11.2013; опубл. 20.06.2015.Asaturova A.M., Dubyaga V.M. Shtamm bakterii Bacillus subtilis dlya polucheniya biopreparata protiv fitopatogennykh gribov [Bacillus subtilis bacterial strain for obtaining a biological product against phytopathogenic fungi]. Patent RF N RU2013151377/10A (In Russian)Asaturova A.M., Gyrnets E.A., Allakhverdian V.V., Astakhov M.M., Saenko K.U. The study of the antifungal activity of the Bacillus subtilis BZR 336g strain under the conditions of periodic cultivation with the addition of citric acid, corn extract and some microelements // XI International Scientific and Practical Conference «Biological Plant Protection is the Basis of Agroecosystems Stabilization». 2020. V. 21. P. 9. DOI: 10.1051/bioconf/20202100015Asaturova A.M., Gyrnets E.A., Allakhverdian V.V., Astakhov M.M., Saenko K.U. The study of the antifungal activity of the Bacillus subtilis BZR 336g strain under the conditions of periodic cultivation with the addition of citric acid, corn extract and some microelements. XI International Scientific and Practical Conference «Biological Plant Protection is the Basis of Agroecosystems Stabilization», 2020, vol. 21, p. 9. DOI: 10.1051/bioconf/20202100015Koek M.M., Jellema R.H., van der Greef J. et al. Quantitative metabolomics based on gas chromatography mass spectrometry: status and perspectives // Metabolomics. 2011. V. 7. P. 307–328. DOI: 10.1007/s11306-010-0254-3Koek M.M., Jellema R.H., van der Greef J. et al. Quantitative metabolomics based on gas chromatography mass spectrometry: status and perspectives. Metabolomics, 2011, vol. 7, pp. 307–328. DOI: 10.1007/s11306-010-0254-3Сидорова Т.М., Асатурова А.М., Аллахвердян В.В. Особенности антагонизма бактерий рода Bacillus по отношению к грибам Fusarium при защите от болезни и контаминации микотоксинами // Юг России: экология, развитие. 2021. Т. 16. N 4. С. 86–103. DOI: 10.18470/1992-1098-2021-4-86-103Sidorova T.M., Asaturova A.M., Allakhverdyan V.V. Specific features of antagonism of Bacillus bacteria against toxinogenic Fusarium fungi in protecting plants against disease and contamination with mycotoxins (review). South of Russia: ecology, development, 2021, vol. 16, no. 4, pp. 86–103. (In Russian) DOI: 10.18470/1992-1098-2021-4-86-103

The authors declare that there are no conflicts of interest present.