Стигмателла красная
Виды бактерий

Стигмателла красная
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Миксокококки
Сорт:
Миксококки
Заказ:
Миксококковые
Семья:
Миксококковые
Род:
Стигмателла
Разновидность:
S. aurantiaca
Биномиальное имя
Стигмателла красная

Stigmatella aurantiaca является представителем миксобактерий , группы грамотрицательных бактерий со сложным жизненным циклом развития.

Классификация

Бактериальная природа этого организма была признана Такстером в 1892 году, [2] который сгруппировал его среди Chrondromyces . Он был описан несколько раз ранее, но был ошибочно классифицирован как член Fungi imperfecti . [3] Более поздние исследования показали, что, вопреки классификации Такстера, этот организм не является тесно связанным с Chrondromyces , и Stigmatella в настоящее время признана отдельным родом. [3] Из трех основных подгрупп миксобактерий, Myxococcus, Nannocystis и Chrondromyces, Stigmatella наиболее тесно связана с Myxococcus. [4] [5]

Жизненный цикл

Три вида миксобактерий: Chondromyces crocatus (рис. 7–11), Stigmatella aurantiaca (рис. 12–19) и Melittangium lichenicola (рис. 20–23).

S. aurantiaca , как и другие виды миксобактерий, имеет сложный жизненный цикл, включающий социальное скольжение (роение), формирование плодового тела и хищное поведение питания. Бактерии не плавают, а скользят по поверхностям, оставляя слизистые следы, образуя подвижную биопленку . Обычно они растут на поверхности гниющей мягкой древесины или грибов, где могут образовывать ярко-оранжевые пятна.

Во время вегетативной части их жизненного цикла роение позволяет скоординированным массам миксобактерий объединять свои секреции внеклеточных пищеварительных ферментов, которые используются для убийства и потребления микроорганизмов-жертв, бактериальный эффект «волчьей стаи». [6] Было показано, что наиболее изученная из миксобактерий, Myxococcus xanthus , активно окружает организмы-жертвы, захватывая их в карманы, где они могут быть потреблены. Блуждающие вспышки M. xanthus могут обнаруживать скопления бактерий-жертв на расстоянии, поворачиваясь к скоплениям и двигаясь прямо к ним. [7]

Как и другие виды миксобактерий, S. aurantiaca переживает периоды голодания, проходя процесс развития, в ходе которого особи роя объединяются для формирования плодовых тел (не путать с таковыми у грибов ). Внутри плодовых тел определенная часть клеток дифференцируется в миксоспоры, которые являются спящими клетками, устойчивыми к высыханию и температурам до 90 °C. [3] Дифференциация в плодовые тела, по-видимому, опосредована контактно-опосредованной сигнализацией. [8] [9]

В условиях лабораторного роста способность к дифференциации для формирования плодовых тел быстро теряется, если культуры регулярно не заставляют плодоносить, перенося на голодную среду. Шейкерные культуры S. aurantiaca навсегда теряют способность плодоносить. [3]

Сложный жизненный цикл миксобактерий напоминает жизненный цикл эукариотических клеточных слизевиков .

Структура генома

Таксономический идентификатор: 378806

См. также: NCBI UniProtKB

S. aurantiaca DW4/3-1, обычный лабораторный штамм, был полностью секвенирован (см. ссылку на запись NCBI, указанную выше). Его кольцевая ДНК-хромосома состоит из 10,26 миллионов пар оснований и имеет содержание GC 67,5%. Было идентифицировано 8407 генов, кодирующих 8352 белка.

Структура клетки

Вегетативные клетки S. aurantiaca представляют собой удлиненные стержни, обычно длиной около 5–8 мкм и шириной 0,7–0,8 мкм. Тонкая структура напоминает структуру других грамотрицательных бактерий. Поверхность клетки состоит из цитоплазматической мембраны с типичной трехслойной организацией и клеточной стенки . Клеточная стенка состоит из внешнего тройного слоя и третьего плотного монослоя в периплазме. [10]

Миксоспоры — это короткие, оптически преломляющие стержни размером около 2,6–3,5 мкм на 0,9–1,2 мкм. Ярко окрашенные, красные или оранжевые плодовые тела состоят из 1–20 сферических или яйцевидных цист размером 40–60 мкм на 25–45 мкм на вершине стебля высотой 60–140 мкм. Каждая красно-коричневая циста содержит тысячи миксоспор, окруженных толстыми волокнистыми капсулами. [11] Считается, что распространение цист приносит пользу миксобактериям, обеспечивая возобновление роста клеток группой (роем) миксобактерий, а не изолированными клетками. Стебли состоят в основном из трубочек, которые могут представлять собой остатки лизированных клеток роя, а также некоторые нелизированные клетки; наблюдается очень мало волокнистого материала, который можно интерпретировать как слизь. [11]

Экология

S. aurantiaca встречается на гниющей древесине или грибах и лишь изредка встречается в образцах почвы. Секретируемые и несекретируемые белки, участвующие в их пищевом поведении, идентифицированные напрямую или предположительно на основе анализа протеома , включают ферменты, способные расщеплять широкий спектр пептидогликанов , полисахаридов, белков и другого клеточного детрита. Различные другие секретируемые соединения, возможно, участвующие в хищничестве, включают антибиотики, такие как стигмателлин, который токсичен для дрожжей и нитчатых грибов, но не для большинства бактерий, [12] и аурафурон А и В, который подавляет рост различных нитчатых грибов. [13]

Виды Stigmatella , следовательно, появляются в природе, чтобы помочь разложить иначе нерастворимый биологический мусор. Он лишь отдаленно связан с целлюлолитическими миксобактериями, [14] не производит целлюлазы и является сильным бактериолитиком . [3] Поэтому Stigmatella потребляет организмы, которые питаются древесиной, а не питается ею напрямую. Помимо бактерий, его продукция противогрибковых антибиотиков предполагает, что виды Stigmatella могут питаться также дрожжами и грибами, или, в качестве альтернативы, может предполагать, что Stigmatella конкурирует с грибами за общие ресурсы. Производя антимикробные соединения, Stigmatella может играть роль в поддержании баланса микробной популяции в своей среде обитания. [15]

Текущие исследования

Модельная система для разработки

Миксобактерии отличаются от большинства бактерий своим замечательным диапазоном социального поведения, и в результате многочисленные лаборатории занялись изучением этих бактерий как прокариотической парадигмы для процессов дифференциации и передачи сигналов . Большинство исследований социального поведения миксобактерий были сосредоточены на M. xanthus , которая предоставила превосходную систему, поддающуюся многим классическим генетическим экспериментальным подходам. Плодовые тела M. xanthus представляют собой относительно простые холмики, а значительно более сложные плодовые структуры, производимые S. aurantiaca, привели к тому, что S. aurantiaca стали считать превосходной дополнительной системой для M. xanthus , особенно с учетом появления современных средств геномного анализа . Большинство из 95 известных генов, специфичных для развития M. xanthus , в высокой степени сохранились у S. aurantiaca . Гены для целых путей передачи сигнала, важных для формирования плодового тела у M. xanthus, сохраняются у S. aurantiaca , тогда как только несколько из них сохраняются у Anaeromyxobacter dehalogenans , неплодоносящего члена порядка Myxococcales. [16]

У S. aurantiaca были идентифицированы различные гены , участвующие в процессе формирования плодовых тел, включая fbfA , который кодирует полипептид, гомологичный хитинсинтазам, [17] fbfB , ген, кодирующий предполагаемую галактозооксидазу, [18] различные гены, включая те, которые кодируют тРНК Asp и тРНК Val, расположенные в локусе attB (место прикрепления фага), [19] и т. д. Эти гены играют различные роли в цикле развития. Например, в экспериментах, где ген fbFA был деактивирован, бактерия образовывала структурированные комки вместо плодовых тел. [17]

Чтобы контролировать формирование сложной и пространственно сложной многоклеточной структуры, которая является плодовым телом, клетки должны обмениваться сигналами в течение всего процесса. У M. xanthus были идентифицированы различные сигнальные молекулы, участвующие в этом процессе. У S. aurantiaca Стивенс (1982) идентифицировал внеклеточную, диффундирующую сигнальную молекулу ( феромон ), которая могла бы заменить свет в стимуляции созревания плодового тела. [20] Несколько лет спустя структура этой молекулы, гидроксикетона, названного стигмолоном, была определена с помощью ЯМР и масс-спектроскопии. [21]

Помимо сигнализации посредством обмена диффундирующими веществами, межклеточная сигнализация может опосредоваться контактом посредством активности макромолекул, расположенных на поверхности. Примером этого в S. aurantiaca может служить гомолог csgA гена M. xanthus , который связан с клеточной оболочкой. Продукт гена csgA помогает клеткам оставаться вместе во время развития и регулирует подвижность клеток. [22]

Pxr sRNA — это регуляторная РНК , которая подавляет гены, ответственные за формирование плодовых тел у M. xanthus , а гомолог был отмечен у S. aurantiaca . [23] Другая короткая нуклеиновая кислота, которая предположительно связана с распознаванием клеток, — это многокопийная одноцепочечная ДНК (msDNA). Сравнение последовательностей msDNA из M. xanthus , S. aurantiaca , [24] и других бактерий выявляет консервативные и гипервариабельные домены, напоминающие консервативные и гипервариабельные последовательности, обнаруженные в молекулах аллорецепции . [25]

Другим способом межклеточной сигнализации может быть обмен везикулами внешней мембраны (OMV). Эти везикулы производятся из внешней мембраны клеток миксобактерий и в больших количествах находятся в бактериальных биопленках. OMV, по-видимому, играют различные роли в роении миксобактерий, хищничестве и развитии. [26]

Естественные вторичные метаболиты

Натуральные продукты были источником большинства активных ингредиентов в медицине и продолжают оставаться важным источником, несмотря на появление автоматизированных высокопроизводительных методов скрининга для обнаружения лекарств в синтетических соединениях. [27]

Исторически актиномицеты и грибы были основным источником микробных вторичных метаболитов, которые оказались полезными в качестве отправных точек для разработки новых лекарств, но в последние несколько десятилетий миксобактерии вышли на передний план исследований лекарств. Фармацевтический интерес к этим организмам обусловлен их способностью производить широкий спектр структурно уникальных метаболитов с интересной биологической активностью. [28] Эпотилоны, полученные из миксобактерии Sporangium cellulosum , представляют собой новый, недавно одобренный класс противораковых препаратов. Другие миксобактериальные соединения, представляющие потенциальный фармацевтический интерес, включают дисоразол, тубулизин, ризоподин, хондрамид, аурафуроны, тусколид, тускурон и давенол, хивосазол, сорафен, миксохелин и лейпиррины. [28]

S. aurantiaca является источником нескольких из этих биологически активных соединений, включая миксотиазол, ингибитор цепи переноса электронов , [29] давенол, полиеновый метаболит, [30] стигматлин, противогрибковый агент, [12] противогрибковые препараты аурафурон А и В, [13] и сидерофоры железа миксохелин А и В. [31]

Ссылки

  1. ^ Скерман, В. Б. Д.; Макгоуэн, В.; Снит, П. А. Х. А. (1980). «Утвержденные списки названий бактерий». Международный журнал систематической бактериологии . 30 : 225–420 . doi : 10.1099/00207713-30-1-225 .
  2. ^ Thaxter, R. (1892). «О Myxobacteriaceae, новом порядке Schizomycetes». Botanical Gazette . 17 (12): 389–406 . doi : 10.1086/326866 . JSTOR  2464109.
  3. ^ abcde Райхенбах, Х.; Дворкин, М. (1969). "Исследования Stigmatella aurantiaca (Myxobacterales)" (PDF) . J. Gen. Microbiol . 58 (1): 3– 14. doi : 10.1099/00221287-58-1-3 . Получено 8 сентября 2013 г. .
  4. ^ Shimkets, L.; Woese, CR (1992). «Филогенетический анализ миксобактерий: основа их классификации». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 89 (20): 9459– 9463. doi : 10.1073 /pnas.89.20.9459 . PMC 50151. PMID  1384053. 
  5. ^ Шпреер, Катрин; Райхенбах, Ганс; Штакебранд, Эрко (1999). "Корреляция между морфологической и филогенетической классификацией миксобактерий" (PDF) . Международный журнал систематической бактериологии . 49 (3): 1255– 1262. doi : 10.1099/00207713-49-3-1255 . PMID  10425789 . Получено 8 сентября 2013 г. .
  6. ^ Берлеман, Джеймс Э.; Кирби, Джон Р. (сентябрь 2009 г.). «Расшифровка стратегии охоты бактериальной волчьей стаи». FEMS Microbiol. Rev. 33 ( 5): 942–957 . doi :10.1111/j.1574-6976.2009.00185.x. PMC 2774760. PMID  19519767 . 
  7. ^ Шапиро, Джеймс А. (июнь 1988 г.). «Бактерии как многоклеточные организмы» (PDF) . Scientific American . 258 (6): 82– 89. doi :10.1038/scientificamerican0688-82 . Получено 8 сентября 2013 г. .
  8. ^ Kiskowski MA, Jiang Y, Alber MS (2004). «Роль потоков в образовании агрегатов миксобактерий». Phys Biol . 1 ( 3– 4): 173– 83. doi :10.1088/1478-3967/1/3/005. PMID  16204837.
  9. ^ Созинова О., Цзян И., Кайзер Д., Альбер М. (2005). «Трехмерная модель агрегации миксобактерий с помощью контактно-опосредованных взаимодействий». Proc Natl Acad Sci USA . 102 (32): 11308– 12. doi : 10.1073/pnas.0504259102 . PMC 1183571. PMID  16061806 . 
  10. ^ Райхенбах, Ганс; Фёльц, Герберт; Дворкин, Мартин (1969). «Структурные изменения в Stigmatella aurantiaca во время индукции миксоспор» (PDF) . J. Bacteriol . 97 (2): 905–911 . doi :10.1128/jb.97.2.905-911.1969. PMC 249776 . PMID  5773035 . Получено 8 сентября 2013 г. . 
  11. ^ ab Voelz, Herbert; Reichenbach, Hans (1969). "Fine Structure of the Fruiting Bodies of Stigmatella aurantiaca (Myxobacterales)" (PDF) . Journal of Bacteriology . 99 (3): 856– 866. doi :10.1128/jb.99.3.856-866.1969. PMC 250104 . PMID  5370282 . Получено 8 сентября 2013 г. . 
  12. ^ ab Кунце, Б.; Кеммер, Т.; Хёфле, Г.; Райхенбах, Х. (1984). «Стигмателлин, новый антибиотик из Stigmatella aurantiaca (Myxobacterales). I. Производство, физико-химические и биологические свойства». J. Antibiot. (Токио) . 37 (5): 454– 461. doi : 10.7164/antibiotics.37.454 . PMID  6429114.
  13. ^ ab Кунце, Б.; Райхенбах, Х.; Мюллер, Р.; Хёфле, Г. (2005). «Аурафурон a и B, новые биоактивные поликетиды из Stigmatella aurantiaca и Archangium gephyra (Myxobacteria)». Журнал антибиотиков . 58 (4): 244–251 . doi : 10.1038/ja.2005.28 . PMID  15981410.
  14. ^ Yan, ZC; Wang, B.; Li, YZ; Gong, X.; Zhang, HQ; Gao, PJ (2003). «Морфология и филогенетическая классификация целлюлолитических миксобактерий». Systematic and Applied Microbiology . 26 (1): 104– 109. doi :10.1078/072320203322337380. PMID  12747417.
  15. ^ Дворкин , Мартин (2007). «Затянувшиеся головоломки о миксобактериях» (PDF) . Микроб . 2 (1): 18–23 . Получено 11 сентября 2013 г. .[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  16. ^ Хантли, С.; Хаманн, Н.; Вегенер-Фельдбрюгге, С.; Тройнер-Ланге, А.; Кубе, М.; Рейнхардт, Р.; Клагес, С.; Мюллер, Р.; Роннинг, CM; Нирман, WC; Согаард-Андерсен, Л. (2010). «Сравнительный геномный анализ формирования плодовых тел у миксококковых». Молекулярная биология и эволюция . 28 (2): 1083–1097 . doi : 10.1093/molbev/msq292 . PMID  21037205.
  17. ^ ab Silakowski, B.; Pospiech, A.; Neumann, B.; Schairer, U. (1996). "Формирование плодового тела Stigmatella aurantiaca зависит от гена fbfA, кодирующего полипептид, гомологичный хитинсинтазам" (PDF) . J. Bacteriol . 178 (23): 6706– 6713. doi : 10.1128/jb.178.23.6706-6713.1996 . PMC 178565 . PMID  8955286 . Получено 9 сентября 2013 г. . 
  18. ^ Силаковски, Барбара; Эрет, Хайди; Шайрер, Ганс Ульрих (1998). "fbfB, ген, кодирующий предполагаемую галактозооксидазу, участвует в формировании плодового тела Stigmatella aurantiaca". J. Bacteriol . 180 (5): 1241– 1247. doi :10.1128 / JB.180.5.1241-1247.1998. PMC 107013. PMID  9495764. 
  19. ^ Muller, S.; Shen, H.; Hofmann, D.; Schairer, HU; Kirby, JR (2006). «Интеграция в сайт прикрепления фага, attB, нарушает многоклеточную дифференциацию у Stigmatella aurantiaca». Журнал бактериологии . 188 (5): 1701– 1709. doi :10.1128/JB.188.5.1701-1709.2006. PMC 1426541. PMID  16484181 . 
  20. ^ Стивенс, К.; Хегеман, ГД; Уайт, Д. (1982). «Феромон, продуцируемый миксобактерией Stigmatella aurantiaca» (PDF) . J. Bacteriol . 149 (2): 739– 747. doi :10.1128/jb.149.2.739-747.1982. PMC 216567 . PMID  6276369 . Получено 9 сентября 2013 г. . 
  21. ^ Plaga, W.; Stamm, I.; Schairer, HU (1998). «Межклеточная сигнализация в Stigmatella aurantiaca: очистка и характеристика стигмолона, миксобактериального феромона». Труды Национальной академии наук . 95 (19): 11263– 11267. doi : 10.1073/pnas.95.19.11263 . PMC 21630. PMID  9736724. 
  22. ^ Милошевич, Ана (2003). CsgA, предполагаемая сигнальная молекула Myxobacterium Stigmatella aurantiaca, участвующая в плодоношении: характеристика гена csgA и влияние инактивации csgA на развитие. Кандидатская диссертация (PDF) . Университет имени Рупертуса Каролы в Гейдельберге, Германия.
  23. ^ Yu, YTN; Yuan, X.; Velicer, GJ (2010). «Адаптивная эволюция sRNA, контролирующей развитие миксококков». Science . 328 (5981): 993. doi :10.1126/science.1187200. PMC 3027070 . PMID  20489016. 
  24. ^ Dhundale, A.; Lampson, B.; Furuichi, T.; Inouye, M.; Inouye, S. (1987). «Структура msDNA из myxococcus xanthus: доказательства длинного, самоотжигающегося РНК-предшественника для ковалентно связанной, разветвленной РНК». Cell . 51 (6): 1105– 1112. doi :10.1016/0092-8674(87)90596-4. PMID  2446773. S2CID  21762469.
  25. ^ Шерман, LA; Чаттопадхай, S. (1993). «Молекулярная основа аллораспознавания». Annual Review of Immunology . 11 : 385–402 . doi :10.1146/annurev.iy.11.040193.002125. PMID  8476567.
  26. ^ Уитворт, Д. Э. (2011). Смерть миксобактериальных везикул на расстоянии? . Достижения в прикладной микробиологии. Т. 75. С.  1– 31. doi :10.1016/B978-0-12-387046-9.00001-3. ISBN 9780123870469. PMID  21807244.
  27. ^ Харви, А. (2008). «Натуральные продукты в открытии лекарств». Drug Discovery Today . 13 ( 19–20 ): 894–901 . doi :10.1016/j.drudis.2008.07.004. PMID  18691670.
  28. ^ ab Bode, HB; Müller, R. (2006). «Анализ вторичного метаболизма миксобактерий становится молекулярным». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 33 (7): 577– 588. doi : 10.1007/s10295-006-0082-7 . PMID  16491362. S2CID  26415438.
  29. ^ Силаковски, Б.; Шайрер, Х.У.; Эрет, Х.; Кунце, Б.; Вайниг, С.; Нордсик, Г.; Брандт, П.; Блёкер, Х.; Хёфле, Г.; Бейер, С.; Мюллер, Р. (1999). «Новые уроки комбинаторного биосинтеза из миксобактерий. КЛАСТЕР ГЕНОВ БИОСИНТЕЗА МИКСОТИАЗОЛА Stigmatella aurantiaca DW4/3-1». Журнал биологической химии . 274 (52): 37391– 37399. doi : 10.1074/jbc.274.52.37391 . PMID  10601310.
  30. ^ Сокер, Удо; Кунце, Бригитта; Райхенбах, Ганс; Хофле, Герхард (2003). «Давенол, новый полиеновый метаболит из Myxobacterium Stigmatella aurantiaca» (PDF) . З. Натурфорш . 58б (10): 1024–1026 . doi :10.1515/znb-2003-1015. S2CID  102657249.
  31. ^ Силаковски, Б.; Кунце, Б.; Нордсик, Г.; Блёкер, Х.; Хёфле, Г.; Мюллер, Р. (2000). «Регулоны транспорта железа миксохелина миксобактерии Stigmatella aurantiaca Sg a15». Европейский журнал биохимии . 267 (21): 6476– 6485. doi :10.1046/j.1432-1327.2000.01740.x. PMID  11029592.
  • Веб-страница Myxobacteria
  • Видео: Шварментвиклунг и морфогенез среди миксобактерий
  • Видео: Миксобактерии формируют плодовые тела
  • Видео: Myxococcus xanthus охотится на колонию E. coli
  • Типовой штамм Stigmatella aurantiaca в BacDive — базе метаданных бактериального разнообразия
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Stigmatella_aurantiaca&oldid=1176780901"