放線菌 種は土壌で成長するバクテリアです
これらの細菌は、土壌中に最も豊富に存在する生物の 1 つです。それらは従属栄養性です。つまり、他の生物 (植物など) の有機物を分解します。それらの形態と生き方は菌類に似ています:糸状細胞は先端で成長し、基質を貫通し、加水分解酵素を分泌して大きな細胞構造や有機分子を分解します.
ストレプトミセス属は菌類と同じように 環境条件が成長をサポートしなくなると、フィラメントは胞子に分化します。胞子は、増殖に有利な条件が現れるまで生き残るための特殊な細胞形態です。
土壌は非常に密集した場所であり、生育条件に劇的な変化が見られます
胞子形成の開始は通常、抗生物質の産生に関連しています。これらの化合物は、このデリケートな段階でバクテリアや真菌の競合相手からコロニーを保護するための化学兵器としてバクテリアの胞子形成に役立つようです.抗生物質は、細胞間コミュニケーションのシグナル伝達分子としても機能する可能性があります。いずれにせよ、知られているすべての抗生物質の約 3 分の 2 は、放線菌の種によって生成されます。 属なので、この細菌の医学的重要性。さらに、抗生物質関連化合物の一部は、抗腫瘍、殺虫、免疫抑制などの他の有用な生物活性を示します。
抗生物質産生の調節は、細菌の観点からも人間の観点からも重要です
抗生物質は、生合成にエネルギーと栄養素を必要とする複雑な構造であるため、細胞にとって高価です。したがって、抗生物質はStreptomycesによって生成されます 栄養素が不足して胞子形成が始まる場合など、必要な場合のみ。
環境条件が成長に有利な場合、たとえば、糖などの炭素源やエネルギー源が豊富な場合、胞子形成や抗生物質の生産が開始されないことは不思議ではありません.実験室での培養に関しては、豊富な炭素源を含む増殖培地は細菌の増殖には適していますが、抗生物質の生産には適していません。成長を促進する栄養素は、抗生物質の生産に悪影響を及ぼします。模範的なケースはグルコースです。グルコースは、ほとんどの生物細胞の代謝によって容易に使用され、良好な成長をサポートしますが、通常は抗生物質の産生を抑制します.これは、炭素カタボライト抑制と呼ばれる調節現象の 1 つの側面です。
放線菌 ツクベンシス (または ツクバエンシス ）は重要な産業種です
種による抗生物質生産への関心により、属は規制対象に関する多くの研究の焦点となっています。これらの研究のほとんどは、モデル種 Streptomyces coelicolor で実施されています。 .この種は産業上の重要性を欠いていますが、視覚的に簡単に識別できる 2 つの色素性抗生物質、アクチノロジンとウンデシルプロジオンシンを生成するため、数十年前からモデルとして使用されてきました。 (actinorhodin; 「coelicolor」は空の色を意味します)。
現在の作業では、タクロリムス (または FK506) の生産者に注力しました。この化合物は特定の抗真菌活性を示しますが、その医学的有用性はその免疫抑制活性に依存しています.タクロリムスは、移植片拒絶の予防に広く使用されています。皮膚疾患の治療にも使用され、神経保護剤、神経再生剤、および抗がん剤としての潜在的な特性を示しています。
グルコースとグリセロールがタクロリムス産生の抑制を引き起こした
私たちの主な関心は、タクロリムス生産の調節の研究です。この作業では、炭素カタボライトの抑制に興味がありました。私たちが最初に行ったのは、どの炭素源がどの濃度でタクロリムスの抑制を引き起こしたかを明らかにすることでした.液体培養に使用される培地と条件では、増殖がリン酸塩の枯渇によって制限された後にタクロリムスが産生されます (培養の約 89 時間; リン酸塩は必須栄養リンの唯一の供給源です)。
さまざまな炭素源の添加によるタクロリムス生産への影響をテストしました。培養 70 時間後、急速な増殖期の終わりに近く、タクロリムス生産の開始前に添加を試みました。グルコースを添加すると、生産が完全にブロックされることがわかりました（培養のすべての時間経過中、9日半）。グリセロールの追加も、完全ではありませんが、強い抑制をもたらしました。一方、グルコース二糖類であるマルトースは生産に影響を与えませんでした。
したがって、実験設定が確立されました。グルコース、グリセロール、またはマルトースを添加した時系列培養物を使用してトランスクリプトーム解析を実施しました。後者はコントロール (抑制条件なし) です。トランスクリプトミクスにより、遺伝子の転写、つまり遺伝子からタンパク質への中間段階を研究することができます。 DNA は RNA に転写され、そのほとんどは次の段階でタンパク質に翻訳されます。したがって、特定の実験条件で多かれ少なかれ転写される遺伝子を特定できます。
トランスクリプトーム研究では、マイクロアレイ技術を使用しました。マイクロアレイは、固体表面に固定された、プローブと呼ばれる何千もの短い DNA 配列で構成されています。プローブ シーケンスは、ゲノムのさまざまな領域を表します。各実験条件の細胞から得られた相補的な DNA 配列は、ハイブリダイゼーションによってプローブに固定されます。ハイブリダイズした DNA の量は、蛍光によって測定されます。
ゲノム全体の転写プロファイルは、複雑な調節メカニズムに関するヒントを明らかにします
特定の時点で培養物のサンプルを採取した。全RNAを細胞から精製し、RNA調製物を標識し、マイクロアレイに対してハイブリダイズさせた。生合成酵素をコードする遺伝子の得られたプロファイルは、培養物の生産特性を反映していました。したがって、マルトースを添加した培養では、生合成遺伝子の発現は、培養におけるタクロリムスの出現のタイミングと一致します。対照的に、グルコースおよびグリセロール培養では、生合成遺伝子の発現はありませんでした.
抑制条件でのタクロリムス生産の欠如は遺伝子発現の欠如によって引き起こされたので、1) マルトース条件でのみ活性であり、2) その発現が生合成遺伝子よりも前に活性化された調節遺伝子は、タクロリムス生合成遺伝子。それはfkbNの場合です 、生合成遺伝子、生合成クラスターと同じ染色体領域に位置する遺伝子。この遺伝子は、生合成遺伝子の転写を活性化する必要な転写活性化タンパク質をコードしていることでよく知られています。転写値間のピアソン相関を測定することにより、fkbN と同様の転写プロファイルを示す他の遺伝子を特定しました。 .プロファイルが fkbN のプロファイルと相関した最大 80 の遺伝子 が発見され、生産を増加させるための株の遺伝子操作の有用な候補となる可能性があります。
多数の遺伝子と機能が炭素源の添加によって影響を受けました。簡単に言うと、予想通り、タクロリムス生産の遺伝子だけでなく、形態学的分化に関与する遺伝子も強力かつ永続的にダウンレギュレートされたと言えます.
放線菌 約 600 種が特徴付けられる多様な属です。興味深いことに、抑制炭素源に対するいくつかの観察された遺伝子応答は、S 間で異なっていました。ツクベンシス およびモデル種 S で以前に観察されたもの。コエリカラー .これらの不一致は、明確で産業的に重要な放線菌を使用することの重要性を強調しています これは、新しい抗生物質の発見だけでなく、既知の生物活性化合物の生産量の改善にも役立ちます。
これらの調査結果は、炭素抑制の新しいモデルとしての Streptomyces tsukubaensis というタイトルの記事に記載されています。最近 Applied Microbiology and Biotechnology 誌に掲載されたタクロリムス抑制炭素源に対するトランスクリプトーム応答です。この作業は、Instituto de Biotecnología de León、INBIOTEC の M. Ordóñez-Roblez、F. Santos-Beneit、S. M. Albillos、P. Liras、J. F. Martín、および A. Rodríguez-García によって実施されました。
