Biocontrol Potential of Novel Borrelidin-Producing  Streptomyces rochei  3IZ-6 Isolated from Izraeli Soil

I. G. Shirokikh; Широких И. Г.; N. A. Bokov; Боков Н. А.; Ya. I. Nazarova; Назарова Я. И.; A. A. Shirokikh; Широких А. А.; E. B. Guglya; Гугля Е. Б.; O. A. Belozerova; Белозерова О. А.; M. V. Biryukov; Бирюков М. В.; V. I. Marina; Марина В. И.; D. A. Lukianov; Лукьянов Д. А.; I. A. Osterman; Остерман И. А.; Yu. V. Zakalyukina; Закалюкина Ю. В.

doi:10.31857/S0032180X22601050

Новый продуцент боррелидина Streptomyces rochei 3IZ-6 и его перспективы в защите растений

Авторы: Широких И.Г.¹, Боков Н.А.¹, Назарова Я.И.¹, Широких А.А.¹, Гугля Е.Б.²^,3, Белозерова О.А.², Бирюков М.В.⁴, Марина В.И.⁴^,5, Лукьянов Д.А.⁴^,5, Остерман И.А.⁴^,5, Закалюкина Ю.В.⁴
Учреждения:
1. Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого
2. Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
3. Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова
4. МГУ им. М.В. Ломоносова
5. Сколковский институт науки и технологий
Выпуск: № 5 (2023)
Страницы: 603-612
Раздел: ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
URL: https://cardiosomatics.ru/0032-180X/article/view/665864
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22601050
EDN: https://elibrary.ru/IECJXE
ID: 665864

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Почвенные актиномицеты выделяли из верхнего горизонта грумусоли (Vertisols) на западном берегу оз. Кинерет в окрестности г. Тверия (Нижняя Галилея, Израиль). Проверка антибиотической активности 26 природных изолятов рода Streptomyces с использованием высокопроизводительного скрининга на основе двойной репортерной системы позволила выявить актинобактериальный штамм 3IZ-6, обладающий способностью ингибировать синтез белка. Методами полифазной таксономии штамм 3IZ-6 отнесен к виду Streptomyces rochei. Активное вещество S. rochei 3IZ-6 выделяли и очищали при помощи гравитационной обращеннофазовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии. С помощью toe-print анализа и данных масс-спектрофотометрии продуцируемый антибиотик идентифицировали как боррелидин. При совместном культивировании на твердых средах штамм 3IZ-6 способен подавлять рост фитопатогенных микроорганизмов: Fusarium solani, F. sambucinum, Botrytis cinerea, а также карантинного объекта Curtobacterium flaccumfaciens. Установлено выраженное фитотоксическое действие культуральной жидкости 3IZ-6 на семена пшеницы мягкой (Tritiсum aestivum L). Штамм Streptomyces rochei 3IZ-6 может найти применение в биотехнологии как продуцент боррелидина – ценного природного соединения с широким спектром антибиотического действия, в частности, как агент биоконтроля для защиты сельскохозяйственных растений от фитопатогенов и сорняков.

Ключевые слова

Vertisols, почвенные стрептомицеты, антибиотический скрининг, антифитопатогенное действие

Список литературы

Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А., Терехова Л.П., Максимова Т.С. Определитель актиномицетов: роды Streptomyces, Streptoverticillium, Chainia. М.: Наука, 1983. 248 с.
Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. Экология актиномицетов. М.: ГЕОС, 2001. 256 с.
Кожевникова И.А., Швейкина В.И. Моделирование колебаний уровня озера Кинерет // Водные ресурсы. 2014. Т. 41. № 6. С. 565–572.
Озиранский Ю.С., Кольмакова Е.Г., Марголина И.Л. Интегрированное управление ограниченными водными ресурсами в целях устойчивого водообеспечения аридных регионов (опыт государства Израиль // Аридные экосистемы. 2014. Т. 20. № 4(61). С. 57–65.
Станчева Й. Атлас болезней сельскохозяйственных культур. София-М.: Пенсофт, 2005. 175 с.
Шапиро М.Б. Почвы Израиля // Почвоведение. 2006. № 11. С. 1300–1307.
Alferova V.A., Maviza T.P., Biryukov M.V., Zakalyukina Y.V., Lukianov D.A., Skvortsov D.A., Osterman I.A. Biological evaluation and spectral characterization of a novel tetracenomycin X congener // Biochimie. 2022. V. 192. P. 63–71. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2021.09.014
Atlas R.M. Handbook of microbiological media. CRC Press, 2004. 2056 р.
Baranova A.A., Chistov A.A., Tyurin A.P., Prokhorenko I.A., Korshun V.A., Biryukov M.V., Zakalyukina Y.V. Chemical ecology of streptomyces albidoflavus strain a10 associated with carpenter ant camponotus vagus // Microorganisms. 2020. V. 8. № 12. P. 1948.
Belimov A.A., Dietz K.-J. Effect of associative bacteria on element composition of barley seedlings grown in solution culture at toxic cadmium concentrations // Microbiol. Res. 2000. V. 155. № 2. P. 113–121. https://doi.org/10.1016/S0944-5013(00)80046-4
Berger J., Jampolsky L.M., Goldberg M.W. Borrelidin, a new antibiotic with antiborrelia activity and penicillin enhancement properties // Arch. Biochem. 1949. V. 22. № 3. P. 476–478.
Bergey’s Manual of systematic bacteriology. V. 5. The Actinobacteria. Part A. / Eds. M. Goodfellow et al. N.Y.: Springer, 2012. 2083 p.
Cao Z., Khodakaramian G., Arakawa K., Kinashi H. Isolation of borrelidin as a phytotoxic compound from a potato pathogenic Streptomyces strain // Biosci. Biotechnol. Biochem. 2012. V. 76. № 2. P. 353–357. https://doi.org/10.1271/bbb.110799
Chen Y.-Y., Chen P.-C., Tsay T.-T. The biocontrol efficacy and antibiotic activity of Streptomyces plicatus on the oomycete Phytophthora capsici // Biol. Control. 2016. V. 98. C. 34–42. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2016.02.011.
Gao Y.-M., Gao Y.M., Wang X.J., Zhang J., Li M., Liu C.X., An J., Xiang W. S. Borrelidin, a potent antifungal agent: insight into the antifungal mechanism against Phytophthora sojae // J. Agric. Food Chem. 2012. V. № 39. P. 9874–9881. https://doi.org/10.1021/jf302857x
Habibi D., Ogloff N., Jalili R. B., Yost A., Weng A.P., Ghahar, A., Ong C.J. Borrelidin, a small molecule nitrile-containing macrolide inhibitor of threonyl-tRNA synthetase, is a potent inducer of apoptosis in acute lymphoblastic leukemia // Invest New Drugs. 2012. V. 30. № 4. P. 1361–1370. https://doi.org/10.1007/s10637-011-9700-y
Hamed A., Abdel-Razek A.S., Frese M., Wibberg D., El-Haddad A.F., Ibrahim T.M., Kalinowski J. et al. N-Acetylborrelidin B: a new bioactive metabolite from Streptomyces mutabilis sp. MII // Z Naturforsch C. 2018. V. 73. № 1–2. P. 49–57. https://doi.org/10.1515/znc-2017-0140
Hazan N., Stein M., Agnon A., Marco S., Nadel D., Negendank J. F., Neev D. The late Quaternary limnological history of Lake Kinneret (Sea of Galilee), Israel // Quat. Res. 2005. V. 63. № 1. P. 60–77. https://doi.org/10.1016/j.yqres.2004.09.004
Li M., Zhang J., Liu C., Fang B., Wang X., Xiang W. Identification of borrelidin binding site on threonyl-tRNA synthetase // BBRC. 2014. V. 451. № 4. P. 485–490. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.07.100
Lumb M., Macey P.E., Spyvee J., Whitmarsh J.M., Wright R.D. Isolation of Vivomycin and Borrelidin, Two Antibiotics with Anti-Viral Activity, from a Species of Streptomyces (C2989) // Nature. 1965. V. 206. № 4981. P. 263–265. https://doi.org/10.1038/206263a0
Olano C., Moss S J., Braña A.F., Sheridan R.M., Math V., Weston A.J., Salas J.A. Biosynthesis of the angiogenesis inhibitor borrelidin by Streptomyces parvulus Tü4055: insights into nitrile formation† // Mol. Microbiol. 2004. V. 52. № 6. P. 1745–1756. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2004.04090.x
Orelle C., Carlson S., Kaushal B., Almutairi M.M., Liu H., Ochabowicz A., Mankin A.S. Tools for characterizing bacterial protein synthesis inhibitors // Antimicrob. Agents Chemother. 2013. V. 57. № 12. P. 5994–6004. http://aac.asm.org/content/57/12/5994
Osterman I.A., Komarova E.S., Shiryaev D.I., Korniltsev I.A., Khven I.M., Lukyanov D.A., Dontsova O.A. Sorting Out Antibiotics’ Mechanisms of Action: a Double Fluorescent Protein Reporter for High-Throughput Screening of Ribosome and DNA Biosynthesis Inhibitors // Antimicrob. Agents Chemother. 2016. V. 60. № 12. P. 7481–7489. https://doi.org/10.1128/AAC.02117-16
Otoguro K., Ui H., Ishiyama A., Kobayashi M., Togashi H., Takahashi Y., Masuma R. et al. In Vitro and in Vivo Antimalarial Activities of a Non-glycosidic 18-Membered Macrolide Antibiotic, Borrelidin, against Drug-resistant Strains of Plasmodia // J. Antibiot. 2003. V. 56. № 8. P. 727–729. https://doi.org/10.7164/antibiotics.56.727
Rai R.V., Bai J.A. Natural Products from Actinomycetes: Diversity, Ecology and Drug Discovery. Mysore, Karnataka, India, 2022. 512 p. https://doi.org/10.1007/978-981-16-6132-7
Shiriaev D.I., Sofronova A.A., Berdnikovich E.A., Lukianov D.A., Komarova E.S., Marina V.I., Dontsova O.A. Nybomycin inhibits both fluoroquinolone-sensitive and fluoroquinolone-resistant Escherichia coli DNA gyrase // Antimicrob. Agents Chemother. 2021. V. 65 № 5. P. e00777-20. https://doi.org/10.1128/AAC.00777-20
Shirling E.B., Gottlieb D. Methods for characterization of Streptomyces species // Int. J. Syst. Bact. 1966. V. 16. № 3. P. 313–340.
Singer A. The Soils of Israel. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. 306 p.https://doi.org/10.1007/978-3-540-71734-8
Sun J., Shao J., Sun C., Song Y., Li Q., Lu L., Ju J. Borrelidins F–I, cytotoxic and cell migration inhibiting agents from mangrove-derived Streptomyces rochei SCSIO ZJ89 // Bioorg. Med. Chem. 2018. V. 26 № 8. P. 1488–1494. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2018.01.010
Volynkina I.A., Zakalyukina Y.V., Alferova V.A., Belik A.R., Yagoda D.K., Nikandrova A.A., Buyuklyan Y.A. et al. Mechanism-Based Approach to New Antibiotic Producers Screening among Actinomycetes in the Course of the Citizen Science Project // Antibiotics. 2022. V. 9. № 11. P. 1198. https://doi.org/10.20944/preprints202208.0132.v1
Yu M., Li Y., Banakar S. P., Liu L., Shao C., Li Z., Wang C. New metabolites from the co-culture of marine-derived actinomycete Streptomyces rochei MB037 and fungus Rhinocladiella similis 35 // Front. Microbiol. 2019. V. 10. P. 915. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00915
Zakalyukina Y.V., Osterman I.A., Wolf J., Neumann-Schaal M., Nouioui I., Biryukov M.V. Amycolatopsis camponoti sp. nov., new tetracenomycin-producing actinomycete isolated from carpenter ant Camponotus vagus // Antonie van Leeuwenhoek. 2022. V. 115. № 4. P. 533–544. https://doi.org/10.1007/s10482-022-01716-w
Zakalyukina Y.V., Zaytsev A.R., Biryukov M.V. Study of Cellulose-Destroying Activity of Actinobacteria Associated with Ants // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2021. V. 76. № 1. P. 20-27. https://doi.org/10.3103/S0096392521010065
European Soil Data Centre [Электронный ресурс]. URL: https://esdac.jrc.ec.europa.eu/images/Eudasm/Asia/ images/maps/download/IL3002_SO.jpg