Геномний потенціал Streptomyces roseochromogenes NRRL 3504 щодо продукції спеціалізованих метаболітів: аналіз in silico
Анотація
Streptomyces roseochromogenes NRRL 3504 – єдиний відомий продуцент амінокумаринового антибіотика хлоробіоцину, інгібітора бактерійних ферментів ДНК-гіраз і топоізомераз IV. Секвенування геному NRRL 3504 виявило багато кластерів генів біосинтезу спеціалізованих метаболітів (BGC), що свідчить про значний потенціал даного виду у продукції різноманітних, не відомих раніше біоактивних сполук. У даній статті ми представляємо біоінформативний аналіз геному NRRL 3504, спрямований на те, аби краще зрозуміти, які сполуки може синтезувати NRRL 3504, а також генетичні механізми, що потенційно обмежують цей синтез. Окрім найширше застосовуваного біоінформативного сервісу для виявлення BGC antiSMASH, ми звертаємось до альтернативних in silico інструментів дослідження вторинного метаболому, таких як PRISM, DeepBGC, ARTS, SEMPI та GECCO. Різні застосунки, маючи власний механізм детекції, виявили не лише спільний набір BGC у NRRL 3504, а й низку нетипових BGC. Особливо це стосується базованого на принципі машинного навчання застосунку DeepBGC, що ідентифікував найбільшу кількість BGC. Для узагальнення отриманих результатів нами використано біоінструмент BGCViz, що візуалізує та інтегрує геномні координати BGC, отримані з різних джерел. Ми обговорюємо генетичну та структурну різноманітність BGC і окреслюємо найцікавіші, на нашу думку, цілі для подальших досліджень. Більшість описаних BGC, найімовірніше, «мовчазні» через дуже низьку або нульову транскрипцію. Таким чином, може стати доцільним пошук способів активації транскрипції таких цільових BGC. З цією метою ми здійснили пошук у геномі NRRL 3504 ортологів глобальних регуляторних генів, які, як відомо, беруть участь у регуляції спеціалізованого метаболізму S. coelicolor A3(2). Нам вдалось ідентифікувати майже усі глобальні регулятори у NRRL 3504, а це може свідчити, що загальна схема регуляції спеціалізованого метаболізму в A3(2) та NRRL 3504 є подібною. Результати нашої роботи закладають основу для детальнішого експериментального вивчення «мовчазного» спеціалізованого метаболому NRRL 3504.
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
Mancy D, Ninet L, Preud'Homme J. Antibiotic 18631 RP. U.S. patent. 1974. 3(793):147.
Heide L. The aminocoumarins: biosynthesis and biology // Nat. Prod. Rep. 2009. Vol. 26. P. 1241-1250. https://doi.org/10.1039/b808333a
Rückert C., Kalinowski J., Heide L. et al. Draft genome sequence of Streptomyces roseochromogenes subsp oscitans DS 12.976, producer of the aminocoumarin antibiotic clorobiocin // Genome Announc. 2014. 2(1):e01147-13. https://doi.org/10.1128/genomeA.01147-13
Blin K., Shaw S., Kloosterman A. et al. antiSMASH 6.0: improving cluster detection and comparison capabilities // Nucleic Acids Res. 2021. Vol. 49. P. 29-35. https://doi.org/10.1093/nar/gkab335
Hemmerling F., Piel J. Strategies to access biosynthetic novelty in bacterial genomes for drug discovery // Nat. Rev. Drug Discov. 2022. Vol. 21. P. 359-378. https://doi.org/10.1038/s41573-022-00414-6
Skinnider M., Johnston C., Gunabalasingam M. et al. Comprehensive prediction of secondary metabolite structure and biological activity from microbial genome sequences // Nat Commun. 2020. Vol. 11. P. 6058. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19986-1
Hannigan G., Prihoda D, Palicka A. et al. A deep learning genome-mining strategy for biosynthetic gene cluster prediction // Nucleic Acids Res. 2019. Vol. 47: e110. https://doi.org/10.1093/nar/gkz654
Mungan M., Alanjary M., Blin K. et al. ARTS 2.0: feature updates and expansion of the Antibiotic Resistant Target Seeker for comparative genome mining // Nucleic Acids Res. 2020. Vol. 48. P. 546-552. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa374
Zierep P., Ceci A., Dobrusin I. et al. SeMPI 2.0-A web server for PKS and NRPS predictions combined with metabolite screening in natural product databases // Metabolites. 2020. Vol. 11. 13. PMID: 33383692; PMCID: PMC7823522. https://doi.org/10.3390/metabo11010013
Carroll L., Larralde M., Fleck J. et al. Accurate de novo identification of biosynthetic gene clusters with GECCO // 2021. https://doi.org/10.1101/2021.05.03.442509
Melnyk S., Stepanyshyn A., Yushchuk O. et al. Genetic approaches to improve clorobiocin production in Streptomyces roseochromogenes NRRL 3504 // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2022. Vol. 106. P. 1543-1556. https://doi.org/10.1007/s00253-022-11814-4
Kuzniar A., van Ham R., Pongor S. et al. The quest for orthologs: finding the corresponding gene across genomes // Trends Genet. 2008. Vol. 24. P. 539-551. https://doi.org/10.1016/j.tig.2008.08.009
Liu G, Chater KF, Chandra G, Niu G, Tan H. Molecular regulation of antibiotic biosynthesis in streptomyces // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2013. Vol. 77. P. 112-143. https://doi.org/10.1128/MMBR.00054-12
DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vlubs.2022.87.04
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.
