Специфический ответ бактериальных клеток на действие β-ионона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследована биологическая активность и механизмы действия ненасыщенного кетона β-ионона ‒ летучего соединения, представляющего серьезный интерес для биотехнологии, медицины и сельского хозяйства. С использованием специфических lux-биосенсоров на основе Escherichia coli MG1655 установлено, что β-ионон вызывает окислительный стресс в клетках E. coli, индуцируя экспрессию с промоторов PkatG и Pdps, но не с промотора PsoxS. Эффекты β-ионона на индукцию теплового шока (экспрессия с PibpA и PgrpE промоторов) и на повреждение ДНК (экспрессия с PcolD и PdinI промоторов, SOS-ответ) в клетках E. coli были значительно слабее. β-ионон не вызывал окислительный стресс в клетках грамположительной бактерии Bacillus subtilis.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Е. Сидорова

ФГБУ КК НБИКС-ПТ НИЦ “Курчатовский институт”

Email: plyutaba@gmail.com
Россия, 123182, Москва

О. Е. Мелькина

ФГБУ КК НБИКС-ПТ НИЦ “Курчатовский институт”

Email: plyutaba@gmail.com
Россия, 123182, Москва

О. А. Кокшарова

ФГБУ КК НБИКС-ПТ НИЦ “Курчатовский институт”; НИИФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: plyutaba@gmail.com
Россия, 123182, Москва; 119991, Москва

Е. Н. Вагнер

ФГБУ КК НБИКС-ПТ НИЦ “Курчатовский институт”; ФГБУ ВО РХТУ им. Д.И. Менделеева

Email: plyutaba@gmail.com
Россия, 123182, Москва; 125047, Москва

И. А. Хмель

ФГБУ КК НБИКС-ПТ НИЦ “Курчатовский институт”

Email: plyutaba@gmail.com
Россия, 123182, Москва

В. А. Плюта

ФГБУ КК НБИКС-ПТ НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: plyutaba@gmail.com
Россия, 123182, Москва

Список литературы

  1. Веселова М.А., Плюта В.А., Хмель И.А. Летучие вещества бактерий: структура, биосинтез, биологическая активность // Микробиология. 2019. Т. 88. С. 272–287.
  2. Veselova M.A., Plyuta V.A., Khmel I.A. Volatile compounds of bacterial origin: structure, biosynthesis, and biological activity // Microbiology (Moscow). 2019. V. 88. P. 261–274.
  3. Плюта В.А., Сидорова Д.Е., Завильгельский Г.Б., Котова В.Ю., Хмель И.А. Влияние летучих органических соединений, синтезируемых бактериями, на экспрессию с промоторов генов zntA, copA и arsR, индуцируемых в ответ на действие меди, цинка и мышьяка // Мол. генетика, микробиол. вирусол. 2020. Т. 3. С. 128‒135.
  4. Plyuta V.A., Sidorova D.E., Zavigelsky G.B., Kotova V. Yu., Khmel I.A. Effects of volatile organic compounds synthesized by bacteria on the expression from promoters of the zntA, copA, and arsR genes induced in response to copper, zinc, and arsenic // Mol. Genet. Microbiol. Virol. 2020. V. 35. P. 152–158.
  5. Ahmad A., Viljoen A.M., Chenia H.Y. The impact of plant volatiles on bacterial quorum sensing // Lett. Appl. Microbiol. 2014. V. 60. P. 8–19.
  6. Ansari M., Emami S. β-Ionone and its analogs as promising anticancer agents // Eur. J. Med. Chem. 2016. V. 123. P. 141–154.
  7. Audrain B., Farag M.A., Ryu C.-M., Ghigo J.-M. Role of bacterial volatile compounds in bacterial biology // FEMS Microbiol. Rev. 2015. V. 39. P. 222–233.
  8. Chernin L., Toklikishvili N., Ovadis M., Kim S., Ben-Ari J., Khmel I., Vainstein A. Quorum sensing quenching by rhizobacterial volatiles // Environ. Microbiol. Rep. 2011. V. 3. P. 698–704.
  9. Chernin L., Toklikishvili N., Ovadis M., Khmel I. Quorum-sensing quenching by volatile organic compounds emitted by rhizosphere bacteria // Molecular Microbiol. Ecology of the Rhizosphere. V. 2. / Ed. Frans J. de Bruijn. John Wiley & Sons. Inc., 2013. P. 791–800.
  10. Czajka J.J., Nathenson J.A., Benites V.T., Baidoo E.E.K., Cheng Q., Wang Y., Tang Y.J. Engineering the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica to produce the aroma compound β-ionone // Microb. Cell Fact. 2018. V 17. P. 1–13.
  11. Effmert U., Kalderas J., Warnke R., Piechulla B. Volatile mediated interactions between bacteria and fungi in the soil // J. Chem. Ecol. 2012. V. 38. P. 665–703.
  12. Fincheira P., Quiroz A. Microbial volatiles as plant growth inducers // Microbiol. Res. 2018. V. 208. P. 63–75.
  13. Helman Y., Chernin L. Silencing the mob: Disrupting quorum sensing as a means to fight plant disease // Mol. Plant Pathol. 2015. V. 16. P. 316–329.
  14. Kai M., Haustein M., Molina F., Petri A., Scholz B., Piechulla B. Bacterial volatiles and their action potential // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009. V. 81. P. 1001–1012.
  15. Koksharova O.A., Popova A.A., Plyuta V.A., Khmel I.A. Four new genes of cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC7942 are responsible for sensitivity to 2-nonanone // Microorganisms. 2020. V. 8. Art. 1234.
  16. Kotova V.Y., Manukhov I.V., Zavilgelskii G.B. Lux-biosensors for detection of SOS-response, heat shock, and oxidative stress // Appl. Biochem. Microbiol. 2010. V. 46. P. 781–788.
  17. Melkina O.E., Khmel I.A., Plyuta V.A., Koksharova O.A., Zavilgelsky G.B. Ketones 2-heptanone, 2-nonanone, and 2-undecanone inhibit DnaK-dependent refolding of heat-inactivated bacterial luciferases in Escherichia coli cells lacking small chaperon IbpB // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 101. P. 5765–5771.
  18. Melkina O.E., Plyuta V.A., Khmel I.A., Zavilgelsky G.B. The mode of action of cyclic monoterpenes (–)-limonene and (+)-α-pinene on bacterial cells // Biomolecules. 2021. V. 11. P. 806.
  19. Paparella A., Shaltiel-Harpaza L., Ibdah M. β-Ionone: its occurrence and biological function and metabolic engineering // Plants (Basel). 2021. V. 10. P. 754.
  20. 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. V. 124. P. 586–594.
  21. Plyuta V.A., Chernikova A.S., Sidorova D.E., Kupriyanova E.V., Koksharova O.A., Chernin L.S., Khmel I.A. Modulation of Arabidopsis thaliana growth by volatile substances emitted by Pseudomonas and Serratia strains // World J. Microbiol. Biotechnol. 2021. V. 37. P. 82.
  22. Popova A.A., Koksharova O.A., Lipasova V.A., Zaitseva Ju.V., Katkova-Zhukotskaya O.A., Eremina S. Iu., Mironov A.S., Chernin L.S., Khmel I.A. Inhibitory and toxic effects of volatiles emitted by strains of Pseudomonas and Serratia on growth and survival of selected microorganisms, Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster // BioMed Res. Int. 2014. V. 2014. Article ID125704. 11 p.
  23. Schmidt R., Cordovez V., de Boer W., Raaijmakers J., Garbeva P. Volatile affairs in microbial interactions // ISME J. 2015. V. 9. P. 2329–2335.
  24. Shi J., Cao C., Xu J., Zhou C. Research advances on biosynthesis, regulation, and biological activities of apocarotenoid aroma in horticultural plants // J. Chem. 2020. V. 2020. P. 1–11.
  25. Sidorova D.E., Plyuta V.A., Padiy D.A., Kupriyanova E.V., Roshina N.V., Koksharova O.A., Khmel I.A. The effect of volatile organic compounds on different organisms: agrobacteria, plants and insects // Microorganisms. 2022. V. 10. Art. 69.
  26. Sidorova D.E., Skripka M.I., Khmel I.A., Koksharova O.A., Plyuta V.A. Effects of volatile organic compounds on biofilms and swimming motility of Agrobacterium tumefaciens // Microorganisms. 2022. V. 10. Art. 1512.
  27. Sidorova D.E., Khmel I.A., Chernikova A.S., Chupriyanova T.A., Plyuta V.A. Biological activity of volatiles produced by the strains of two Pseudomonas and two Serratia species // Folia Microbiol. 2023. V. 68. P. 617‒626.
  28. Tyc O., Song C.X., Dickschat J.S., Vos M., Garbeva P. The ecological role of volatile and soluble secondary metabolites produced by soil bacteria // Trends Microbiol. 2017. V. 25. P. 280–292.
  29. Voronova E.N., Konyukhov I.V., Koksharova O.A., Popova A.A., Pogosyan S.I., Khmel I.A., Rubin A.B. Inhibition of cyanobacterial photosynthetic activity by natural ketones // J Phycol. 2019. V. 55. P. 840‒857.
  30. Weisskopf L., Schulz S., Garbeva P. Microbial volatile organic compounds in intra-kingdom and inter-kingdom interactions // Nat. Rev. Microbiol. 2021. V. 19. P. 391‒404.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Химическая структура β-ионона.

Скачать (29KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Индукция биолюминесценции lux-биосенсора E. coli MG1655 (pKatG'::lux) при действии β-ионона. По оси ординат показано отношение значения люминесценции к величине оптической плотности культуры lux-биосенсора E. coli MG1655 (pKatG'::lux) через 60 мин (светлые столбцы) и 120 мин (темные столбцы) роста в контроле (без добавления ЛОС) и при действии 10 и 50 мкмоль β-ионона, соответственно. В качестве положительного контроля использовали перекись водорода (100 мкМоль). Все величины представляют средние значения ± стандартные отклонения.

Скачать (78KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Индукция биолюминесценции lux-биосенсора E. coli MG1655 (pColD'::lux) при действии β-ионона. По оси ординат показано отношение значения люминесценции к величине оптической плотности культуры lux-биосенсора E. coli MG1655 (pColD'::lux) через 60 мин (светлые столбцы) и 120 мин (темные столбцы) роста в контроле (без добавления ЛОС) и при действии 10 и 50 мкмоль β-ионона, соответственно. В качестве положительного контроля использовали налидиксовую кислоту (210 мкмоль). Все величины представляют средние значения ± стандартные отклонения.

Скачать (72KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024