ИСТИНА

Тематика исследований Лаборатории в 2015-2016 гг включала следующие направления: 1) летучие органические соединения, выделяемые бактериями, механизмы их действия на различные биологические объекты, роль в коммуникации бактерий; 2) цианотоксин БМАА и его регуляторная роль в клетках цианобактерий; 3) биогенез наночастиц металлов и их взаимодействие с бактериями. 1. Бактерии и другие микроорганизмы синтезируют большое количество разнообразных летучих органических соединений (ЛОС). Эти соединения могут проявлять антимикробное действие, влиять на рост растений, насекомых, нематод, могут действовать в качестве сигнальных молекул для коммуникации нового типа между различными организмами («infochemicals»). Изучение ЛОС открывает новые аспекты антагонистических отношений между микроорганизмами и их взаимодействия с высшими организмами. ЛОС, выделяемые микроорганизмами, являются важным источником новых химических веществ, которые могут быть использованы в медицине, биотехнологии, сельском хозяйстве. Однако, экологическая и функциональная роль этих соединений, механизмы их биосинтеза и действия на микроорганизмы и растения, генетическая регуляция синтеза изучены очень слабо. Работы в этом направлении еще далеки от серьезного фундаментального уровня. В течение отчетного периода были получены следующие результаты. С использованием lux-биосенсоров, содержащих клонированные промоторы генов katG, soxS and oxyS , участвующих в защите клеток от окислительного стресса, было показано, что действие ЛОС, синтезируемых штаммами Pseudomonas и Serratia - кетонов (2-нонанона, 2-гептанона и 2-ундеканона) и диметилдисульфида (ДМДС) 1) не вызывает окислительный стресс и 2) снижает экспрессию генов, индуцируемых окислительным стрессом, т.е., в присутствии ЛОС клетки бактерий становятся более чувствительны к окислительному стрессу. Была продолжена работа по изучению транспозонных мутантов цианобактерии Synechococcus, устойчивых к действию кетонов. У мутантов, устойчивых к 2-нонанону, определены гены, инактивированные инсерциями транспозона. Локализация инсерций транспозонов в генах, кодирующих муреин-пептид-лигазу, которая участвует в рециклизации муреина в процессе биогенеза клеточной стенки цианобактерий, и гене, кодирующем АВС транспортер, сходный с транспортерами, определяющими устойчивость к органическим растворителям, подтверждена получением мутантов с соответствующими нокаутированными генами. Исследуются мутанты, устойчивые к другим ЛОС. Проводится работа по протеомному анализу экспрессии белков при действии 2-нонанона на модели мха Physcomitrella patens (совместно с сотрудниками лаборатории протеомики, рук. В.М. Говорун, Институт биоорганической химии РАН). Идентифицированы белки с измененным уровнем экспрессии по сравнению с контролем (без действия 2-нонанона), среди них белки, относящиеся к различным функциональным группам. Полученные данные свидетельствуют о плейотропном действии 2-нонанона. Было продолжено изучение действия летучих соединений, образуемых бактериями, на растения Arabidopsis thaliana. Показано, что эффект общего пула летучих соединений зависит от среды, на которой выращиваются бактерии, что, по-видимому, определяет состав и количество синтезируемых ЛОС. Получены данные о ингибировании ЛОС прорастания семян. 2. Среди молекул с сигнальным действием большое внимание привлекают вторичные метаболиты, образуемые фотоавтротрофными прокариотами - цианобактериями. Особый интерес представляет нейротоксичная небелковая аминокислота БМАА (бета-N-метиламин-L-аланин), которая связывается с глутаматными рецепторами в мозге человека и животных, приводя к тяжелым нейро-дегенеративным заболеваниям. С целью изучения роли БМАА в метаболизме самих цианобактерий мы использовали модельный штамм нитчатой азотфиксирующей цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120. Показано, что БМАА репрессирует образование гетероцист (специализированных клеток, в которых происходит фиксация атмосферного азота) и синтез фермента нитрогеназы в процессе азотфиксации в клетках цианобактерии. Действие БМАА приводит к изменению экспрессии генов, продукты которых вовлечены в азотный метаболизм и клеточную дифференцировку цианобактерии. 3. В рамках совместного российско-индийского проекта проведены работы по биогенезу наночастиц серебра (НЧС) с использованием экстрактов 25 растений, обитающих в России. Для дальнейшего изучения были отобраны 8 экстрактов растений (ЭР), которые способствовали образованию наибольшего количества НЧС. С помощью методов атомно-силовой и электронной микроскопии показано, что ЭР обусловливают образование НЧС различного размера и различной формы. Полученные НЧС оказывали убивающее действие на клетки бактерий и подавляли образование биопленок. Публикации Лаборатории регуляции экспрессии генов микроорганизмов 1. Karaushu, I. V. Lazebnaya, T. R. Kravzova, N. A. Vorobey, O. E. Lazebny, D. A. Kiriziy, O. P. Olkhovich, N. Yu. Taran, S. Ya. Kots, A. A. Popova, E. Omarova, and O. A. Koksharova Biochemical and Molecular Phylogenetic Study of Agriculturally Useful Association of a Nitrogen-Fixing Cyanobacterium and Nodule Sinorhizobium with Medicago sativa L. E. V. BioMed Research International Volume 2015, Article ID 202597, 16 pages http://dx.doi.org/10.1155/2015/202597 2. Rtimi S., Kiwi J., Pulgarin C., Sanjines R., Bensimon M., Khmel I., Nadtochenko V. Innovative photocatalyst (FeOX-TiO2): transients induced by femtosecond laser pulse leading to bacterial inactivation under visible light. RSC Advances. 2015. v. 5. № 123. p. 101751-101759. 3. Veselova M.A., Romanova Yu.M., Lipasova V.A., Koksharova O.A., Zaitseva Yu.V., Chernukha M.U., Gintsburg A.L., Khmel I.A. The effect of mutation in the clpX gene on the synthesis of N-acyl-homoserine lactones and other properties of Burkholderia cenocepacia 370. Microbiol. Research, 2016, 186, 90-98. 4. Z. Jia, V. Nadtochenko, M. Radzig, I. Khmel, G. Zavilgelsky, R. Azouani, C. Mielcarek, M. Ben Amar, M. Traore and A. Kanaev. Antibacterial activity of monolayer nanoparticulate AgN-(titanium-oxo-alkoxy) coatings. Mechanics & Industry, 2016, 17, 504 c_AFM, EDP Sciences 2016. DOI: 10.1051/meca/2015108 www.mechanics-industry.org 5. Plyuta V., Lipasova V., Popova A., Koksharova O., Kuznetsov A., Szegedi E., Chernin L., Khmel I. Influence of volatile organic compounds emitted by Pseudomonas and Serratia strains on Agrobacterium tumefaciens biofilms. APMIS. 2016, 124:586-94. doi: 10.1111/apm.12547. 6. Плюта В.А, Липасова В.А., Кокшарова О. А., Веселова М.А., Кузнецов А.Е., Хмель И.А. Эффект введения гетерологичного гена ацил-гомосеринлактоназы (aiiA) на свойства штамма Bиrkholderia cenocepacia 370. Генетика. 2015. т. 51. №8. с. 864-872. 7. А. В. Ганнесен, М. В. Журина, М. А. Веселова, И. А. Хмель, В. К. Плакунов. Регуляция процесса формирования биопленок Pseudomonas chlororaphis в системе in vitro. Микробиология 2015 т. 84, № 3, с. 281-290. 8. М. А. Радциг, О. А. Кокшарова, В. А. Надточенко, И. А. Хмель. Получение наночастиц золота методом биогенеза с использованием бактерий. Микробиология, 2016, том 85, № 1, с. 42–49. 9. А.А. Попова , О.А. Кокшарова. Нейротоксичная небелковая аминокислота – N-метиламин-L-аланин и ее роль в биологических системах. Биохимия, 2016, т. 81, в. 8, с. 1023 – 1035. 10. А.А.Гулин, О. А. Кокшарова, А.А. Попова, И. А. Хмель, А.А. Астафьев, А.М.Шахов, В. А. Надточенко. Визуализация серебра в клетках цианобактерий Anabaena sp PCC 7120 методами времяпролетной масс-спектроскопии вторичных ионов и двухфотонной люминесцентной микроскопии. Российские нанотехнологии, 2016, т. 11, N 5-6, с. 72-74.