Aplicaţii biotehnologice ale bacteriilor din genurile streptomyces Şi bacillus
Yüklə 312,84 Kb.
|
|
Aplicaţii biotehnologice ale bacteriilor din genurile Streptomyces şi Bacillus Rodica Mateescu, Călina Petruţa Cornea, Irina Grebenişan, Gh. CâmpeanuUniversitatea din Bucureşti, Facultatea de Biologie Splaiul Independenţei 91-95, 76201 BucureştiBacteriile aparţinând genurilor Bacillus şi Streptomyces sunt cunoscute ca fiind producători ai unor game largi de compuşi biologic activi, dintre care unii au aplicaţii în agricultură şi industria farmaceutică. Dacă în cazul bacililor cunoştinţele sunt mai avansate, iar aplicaţiile practice concentrate mai ales asupra enzimelor, la streptomicete cele mai multe cunoştinţe au fost dobândite în urma studiilor asupra producerii de antibiotice. Scopul acestei lucrări este de a sintetiza datele referitoare la biosinteza de enzime şi de compuşi cu efect inhibitor, utili pentru diferite procese biotehnologice. De asemenea, sunt prezentate unele date referitoare la genele ce codifică biosinteza unor substanţe importante din punct de vedere biotehnologic. Actinomicetele reprezintă un grup de microorganisme procariote cu numeroase asemănări cu fungii microscopici, alături de care constituie un exemplu clasic de evoluţie convergentă. Relevante în acest sens sunt: morfologia şi organizarea micelială a coloniilor lor ca şi sistemul lor de reproducere. Se poate specula că aceste asemănări rezultă dintr-o adaptare comună în sensul desfăşurării tuturor funcţiilor metabolice în condiţiile absenţei apei în imediata lor vecinătate. Ciclul de viaţa al streptomicetelor, cel mai important gen din cadrul grupului actinomicetelor, crescute pe mediu solid implică formarea (diferenţierea) a două tipuri diferite de miceliu: miceliul de substrat care creşte în si pe mediul de cultură solid; miceliul aerian care creşte pe primul şi pe care se formează sporii (Figura 1). In timpul creşterii miceliului de substrat se remarcă o creştere simultană a greutăţii uscate care însă încetineşte semnificativ odată cu formarea miceliului aerian.
Diferenţierea celulară evidenţiată la streptomicete pare a fi un proces controlat de unele substanţe autoreglatoare cum sunt factorii A şi B al căror mecanism de acţiune, cel puţin în cazul unor specii de streptomicete care au fost studiate mai intens, este asemănător mecanismului de acţiune al hormonilor de la eucariote, implicând prezenţa unor receptori specifici (Beppu, 1986). Acest tip de reglaj împreună cu observaţiile legate de asemănările structurale ale factorului B cu AMPc de la eucariote sugerează ideea că anumite substanţe evidenţiate la streptomicete ar putea fi semnale universale sau mesageri pentru funcţii celulare nu numai la procariote ci şi la eucariote. Ca rezultat al activităţii lor metabolice, atât streptomicetele cât şi bacilii, formează mai multe categorii de compuşi care includ, pe lângă constituenţii structurali ai celulei, enzime intra- şi extracelulare, produşi finali de metabolism precum şi o serie de produşi cu importanţă practică deosebită incluzând metaboliţii primari şi pe cei secundari. Metaboliţii primari sunt compuşi cu greutate moleculară în general mică, reprezentând produşi intermediari sau finali ai metabolismului intermediar necesari microorganismului producător şi care includ : aminoacizi, acizi organici, nucleotide, vitamine, enzime etc (Zarnea, 1984). Aceşti compuşi sunt sintetizaţi în cursul trofofazei (perioadei de multiplicare rapidă şi acumulare de biomasă celulară), în medii bogate în substanţe nutritive şi condiţii fizice corespunzătoare. După această etapă urmează idiofaza în cursul căreia creşterea şi multiplicarea încetează dar celulele rămân metabolic active sintetizând o categorie specială de substanţe cu structură chimică variată, denumite metaboliţi secundari. Numărul metaboliţilor secundari este foarte mare iar efectele lor sunt de asemenea foarte variate. Diversitatea neobişnuită a efectelor farmacodinamice şi a structurii lor chimice este ilustrată de numeroasele clase de compuşi organici la care pot aparţine şi care includ: glucide aminate, chinone, cumarine, epoxizi, alcaloizi, glicozide, derivaţi indolici, lactione, macrolide, naftalene, nucleozide, terpenoizi şi tetracicline (Berdy, 1974). Sinteza metaboliţilor secundari se face printr-o mai mare varietate de căi decât aceea a metaboliţilor primari, pe seama compuşilor cu greutate moleculară mică folosiţi în timpul creşterii exponenţiale pentru sinteza constituenţilor celulari normali şi este rezultatul acumulării în mediu a unor substanţe cu rol de inductor. De asemenea, declanşarea sintezei metaboliţilor secundari se poate datora şi epuizării unor substanţe cu funcţie de represor (Vining, 1990). In contrast cu diversitatea căilor de biosinteză şi a produşilor finali, cei mai mulţi dintre metaboliţii secundari sunt asamblaţi pornind de la câţiva metaboliţi cheie. In plus, spre deosebire de metabolismul primar în care procesele de biosinteză se desfăşoară întotdeauna cu mare specificitate (se utilizează un singur substrat şi rezultă un singur produs), în metabolismul secundar proporţia fiecărui component depinde de factori genetici şi de mediu, probabil datorită specificităţii scăzute a enzimelor implicate în desfăşurarea sa. Majoritatea metaboliţilor secundari au acţiuni antibiotice dar există şi compuşi cu acţiuni diferite. In general ei au mărime redusă chiar dacă nu sunt monomeri ci oligomeri; ei sunt de obicei excretaţi în mediul extern fie sub formă solubilă în apă fie ca produşi insolubili care formează agregate amorfe sau cristaline asociate cu celulele producătoare (Vining, 1990). 1. Functiile metabolitilor secundari produşi de bacili şi streptomicete 1.1. Activitatea antibiotică a metaboliţilor secundari Printre bacterii, actinomicetele şi în special cele din genul Streptomyces sunt cunoscute ca fiind principalii producători de antibiotice, sintetizând 3/4 dintre toţi produşii cunoscuţi de acest tip. Antibioticele produse de streptomicete au structură chimică variată putând fi clasificate în diferite tipuri în timp ce compuşii cu funcţii similare elaboraţi de bacteriile din genul Bacillus sau din alte grupe (bacterii lactice, enterobacterii, Pseudomonas sp.) sunt în majoritate peptide sau peptide modificate. Membrii genului Bacillus (Figura 2) sunt capabili să producă antibiotice ca metaboliţi secundari în faza de creştere logaritmică târzie sau la începutul fazei staţionare. Au fost semnalaţi mai mult de 169 de astfel de metaboliţi. De exemplu, B subtilis poate produce 68 tipuri de antibiotice, în timp ce la B.brevis au fost identificate numai 23 asemenea tipuri de substanţe.(Katz şi Demain 1987). 
Figura 2. Aspect electronomicroscopic al celulelor de Bacillus subtilis (după Zarnea, 1984). Multe dintre antibioticele produse de bacili sunt active împotriva bacteriilor Gram pozitive, dar există şi excepţii. Aşa cum s-a menţionat deja, majoritatea antibioticelor produse de bacili sunt peptide, dar unele aparţin altor clase de compuşi chimici (de exemplu, leutirosin este o amiloglicozidă, iar protacin este o trienă fosforică). Există o controversă în ceea ce priveşte funcţia acestor antibiotice la bacteriile din genul Bacillus. Ele apar, de obicei, în timpul sporutării, de aceea se crede că antibioticele respective constituie un factor important ce apare la tranziţia de la starea vegetativă la spori (Katz şi Demain,1987). Multe dintre tulpinile de bacili producătoare de compuşi cu acţiune antimicrobiană au fost supuse unor analize speciale de cartare moleculară, de identificare şi clonare a genelor codificate. Datele obţinute până în prezent sunt prezentate în Tabelul 1. Metaboliţii secundari datorează activitatea antibiotică capacităţii lor de a inhiba procesele metabolice primare. Cei mai mulţi acţionează ca antimetaboliţi deoarece asemănarea lor funcţională cu metaboliţii normali le permite legarea la situsuri ţintă şi să interfere cu activitatea normală. Produşii generaţi de o anumită cale metabolică inhibă de obicei o altă cale metabolică, activitatea lor depinzând în întregime de configuraţia antibioticului şi de distribuţia grupărilor funcţionale la nivelul lor. Tabelul 1. Substanţe antibiotice produse de bacteriile genului Bacillus
Yüklə 312,84 Kb. Dostları ilə paylaş:
|
