Streptomyces là gì? Các công bố khoa học về Streptomyces

Streptomycetes là những vi khuẩn đất hình sợi, Gram dương giàu G+C, có khả năng sản sinh kháng sinh. Bộ gen Streptomyces coelicolor dài 8,7 Mb đã được giải mã trước đó bằng cách sử dụng một thư viện có thứ tự các bản sao Supercos-1. Ở đây, chúng tôi mô tả một quy trình hiệu quả để tạo ra những thay thế gen chính xác trong các bản sao cosmid bằng cách sử dụng kỹ thuật nhắm PCR và tái tổ hợp qua trung gian λ-Red. Các gen Streptomyces được thay thế bằng một băng cassette chứa khả năng kháng thuốc kháng sinh có thể lựa chọn và oriT_RK2 để chuyển giao hiệu quả vào Streptomyces thông qua sự giao hợp liên gene do RP4 điều khiển. Supercos-1 không nhân lên trong Streptomyces, nhưng các bản sao dễ dàng trải qua tái tổ hợp double-crossover, từ đó tạo ra các thay thế gen. Các băng cassette kháng sinh được bao quanh bởi các chuỗi đích của FLP recombinase từ nấm men để loại bỏ khả năng kháng kháng sinh và oriT_RK2 nhằm tạo ra các đột biến không có dấu hiệu, không phân cực. Kỹ thuật này đã được hơn 20 nhà nghiên cứu sử dụng thành công để đột biến khoảng 100 gen Streptomyces. Như một ví dụ, chúng tôi mô tả việc áp dụng nó vào việc phát hiện một gen liên quan đến sản xuất geosmin, mùi đặc trưng của đất. Gen này, Sco6073 (cyc2), mã hóa cho một protein có hai miền synthase sesquiterpene, chỉ một trong số đó là cần thiết cho tổng hợp geosmin, có thể thông qua một trung gian germacra-1 (10)E,5E-dien-11-ol được tạo ra bởi synthase sesquiterpene từ farnesyl pyrophosphate.

Streptomyces avermitilis là một loại vi khuẩn đất không chỉ thực hiện sự phân hóa hình thái phức tạp mà còn sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp, trong đó, avermectin có tầm quan trọng thương mại trong y học và thú y. Sự quan tâm chính đối với chi Streptomyces là sự đa dạng trong sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp như một vi sinh vật công nghiệp. Một yếu tố chính trong sự nổi bật của nó như một nhà sản xuất các loại chất chuyển hóa thứ cấp là khả năng sở hữu nhiều con đường chuyển hóa để tổng hợp sinh học. Ở đây, chúng tôi báo cáo phân tích chuỗi gen của S. avermitilis , bao trùm 99% bộ gen của nó. Có ít nhất 8,7 triệu cặp base tồn tại trong nhiễm sắc thể tuyến tính; đây là chuỗi gen vi khuẩn lớn nhất, và nó cung cấp cái nhìn sâu sắc vào sự đa dạng nội tại trong sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp của Streptomyces . Hai mươi lăm loại cụm gen chất chuyển hóa thứ cấp đã được phát hiện trong bộ gen của S. avermitilis . Bốn trong số đó liên quan đến sự tổng hợp các sắc tố melanin, trong đó hai cụm mã hóa enzyme tyrosinase và đồng yếu tố của nó, hai cụm khác mã hóa một sắc tố ochrano, có nguồn gốc từ axit homogentiginic, và một melanin có nguồn gốc từ polyketide. Các cụm gen cho sự tổng hợp carotenoid và siderophore bao gồm bảy và năm gen, tương ứng. Có tám loại cụm gen cho sự tổng hợp hợp chất polyketide loại-I, và hai cụm liên quan đến sự tổng hợp hợp chất polyketide loại-II. Hơn nữa, một synthase polyketide tương tự như phloroglucinol synthase đã được phát hiện. Tám cụm liên quan đến việc tổng hợp các hợp chất peptide được tổng hợp bởi các enzyme tổng hợp peptide không ribosome. Các cụm chất chuyển hóa thứ cấp này được phân bố rộng rãi trong bộ gen nhưng một nửa trong số chúng nằm gần cả hai đầu của bộ gen. Tổng chiều dài của các cụm này chiếm khoảng 6,4% bộ gen.

Một chất ức chế β-lactamase mới đã được phân lập từ Streptomyces clavuligerus ATCC 27064 và được đặt tên là axit clavulanic. Các điều kiện nuôi cấy vi sinh vật và quy trình phát hiện và phân lập axit clavulanic được mô tả. Hợp chất này có cấu trúc tương đồng với nhân của penicillin nhưng khác biệt ở chỗ không có chuỗi bên acylamino, chứa oxy thay vì lưu huỳnh, và có nhóm thế β-hydroxyethylidine trong vòng oxazolidine. Axit clavulanic là một chất ức chế mạnh mẽ đối với nhiều β-lactamase, bao gồm cả những chất được tìm thấy trong Escherichia coli (truyền qua plasmid), Klebsiella aerogenes, Proteus mirabilis , và Staphylococcus aureus , với kiểu ức chế tiến triển. β-lactamase loại cephalosporinase được tìm thấy trong Pseudomonas aeruginosa và Enterobacter cloacae P99 và β-lactamase do nhiễm sắc thể điều khiển của E. coli ít chịu ức chế hơn. Nồng độ ức chế tối thiểu của ampicillin và cephaloridine đối với các chủng tạo β-lactamase, kháng penicillin của S. aureus, K. aerogenes, P. mirabilis , và E. coli đã được giảm đáng kể khi bổ sung nồng độ thấp của axit clavulanic.

Streptomycetes là nguồn kháng sinh phong phú nhất. Thông thường, mỗi loài sản xuất nhiều loại kháng sinh khác nhau, với đặc điểm sản xuất kháng sinh đặc trưng cho từng loài. Streptomyces coelicolor, loài mẫu, sản xuất ít nhất năm loại kháng sinh khác nhau. Chúng tôi xem xét quy định của sự tổng hợp kháng sinh trong S. coelicolor và các loài streptomycetes không phải mẫu khác dựa trên các nghiên cứu gần đây. Sự tổng hợp của mỗi loại kháng sinh được quy định bởi một cụm gen lớn, thường bao gồm các gen điều tiết (regulators vị trí cụm [CSR]). Đây là điểm kết nối chính với nhiều hệ thống điều tiết mà thường được bảo tồn, giám sát sinh lý của cơ thể, trạng thái phát triển, mật độ quần thể và môi trường để xác định thời gian bắt đầu và mức độ sản xuất của mỗi loại kháng sinh. Một số CSR cũng có thể nhạy cảm với mức độ của các loại ligand khác nhau, bao gồm cả sản phẩm của con đường tổng hợp kháng sinh, sản phẩm của các con đường kháng sinh khác trong cùng một cơ thể, và các phân tử điều tiết nhỏ chuyên dụng như gamma-butyrolactones. Những tương tác này có thể dẫn đến việc tạo ra mạch mạch thuật lại tự duy trì và sự giao tiếp phức tạp giữa các con đường. Các tín hiệu sinh lý và cơ chế điều tiết có thể quan trọng cho việc kích hoạt nhiều cụm gen trao đổi chất thứ cấp bí mật được tiết lộ bởi việc giải trình tự gần đây của nhiều bộ gen Streptomyces.

Sigma E, một yếu tố sigma polymerase RNA có trọng lượng phân tử 28,000, đã được xác định trước đó nhờ khả năng điều hướng phiên mã từ promoter P2 của gen agarose (dagA) của Streptomyces coelicolor. Một mồi oligonucleotide thoái hóa, được thiết kế từ chuỗi N-đầu của sigma E tinh khiết, đã được sử dụng để phân lập gen sigma E (sigE). Chuỗi dự đoán của sigma E cho thấy sự tương đồng lớn nhất với chuỗi của bảy protein khác: CarQ của Myxococcus xanthus, AlgU của Pseudomonas aeruginosa, HrpL của Pseudomonas syringae, sigma E của Escherichia coli, CnrH của Alcaligenes eutrophus, FecI của E. coli, và SigX của Bacillus subtilis, là một protein chưa được xác định chức năng. Tám protein này xác định một phân họ của các yếu tố polymerase RNA của vi khuẩn eubacterial đủ khác biệt so với các sigma khác mà, trong nhiều trường hợp, chúng không được xác định bởi các phương pháp tìm kiếm bằng tương đồng tiêu chuẩn. Thông tin hiện có cho thấy tất cả chúng đều điều hòa các chức năng ngoại tế bào và hoạt động như các phân tử tác động đáp ứng với các kích thích ngoại tế bào. CnrH của A. eutrophus dường như là một yếu tố mã hóa trên plasmid.