Изучение роли микроэлементов для синтеза антигрибных метаболитов штамма бактерии‐антагониста Bacillus velezensis

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. 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. 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. 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.

1. Harwood 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/fuy028

2. Cидорова 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.2018.1.29rus

3. Максимов 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/S0555109920010134

4. Fira 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.2017.00925

5. Dubey 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/B978-0-444-63504-4.00019-0

6. de 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/s11274-020-02970-8

7. Papadimitropoulos, 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_9

8. Асатурова 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.

9. 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/20202100015

10. Koek 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/s11306-010-0254-3

11. Сидорова 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: 10.18470/1992-1098-2021-4-86-103