بخشی از مقاله
تاریخچه ی تحقیقات و مطالعات انجام شده ی مربوط به تاک و نوعی
اولین مطالعه جنجال برانگیز بر تکنیک فنتیک علای، بر مبنای مقایسه و همسنجی بسیاری از ویژگیهای فنوتیپی برای تعریف Clusters کلاسترهای سویه ها توسط Williams و دیگران در سال 1983 صورت گرفت.
- بر این اساس 23 خوشه ی اصلی و بعضی از 20 گروه فرعی کوچک ایجاد شد.
- خوشه ها معادل گونه ها بودند.
به استثنای بزرگترین خوشه ها، (Cluster 1) خوشه ی شماره ی یک که به سه (Species) گونه تقسیم شد. (توسط Williams در سال 1989 ).
- علت این است که مطالعات صورت گرفته در سال 1983 که توسط Williams و دیگران صورت گرفت شامل فقط یک Reciesen tatire برای هر گونه ها بود.
- در مقابل بسیاری از گونه ها به مترادف های آنها کاهش یافت.
هرچند اصطلاح اختصاصی شان در Content هنوز کاربرد دارد.
به عنوان مثال :
S . griseus مترادف S . anulazus
S . lividans مترداف S . violaceoruber
S . hygroscopicus مترادف S . violaceoniger
به کار می رود.
- دومین Asecond آنالیزفنتیک عددی به وسیله Kampfer و دیگران در سال 1991 ساخته شد.
که از مطالعات اخیر که شامل بسیاری از گونه ها می باشد و در آن بیشر از Strain از هر Species در دسترس می باشد متفاوت بود.
- بسیاری از خوشه های تعریف شده توسط Williams و دیگران به رسمیت شناخته شد. recognized بودند.
- یک مثال قابل توجه گروه Albidof / arus / anulatus / griseus / haltedii است که در هر دو مطالعات قدیمی و جدید به عنوان خوشه ی 1 نشان داده می شوند که در 28 سویه از S . griseus گروه بندی شده بود.
- با وجود مشکلات مرتبط با ویژگی فنوتیپی، بیشتری سویه ها از همان اصطلاح اختصاصی گروه بندی شده که شامل روش شناسایی معتبر سابق می باشد برخوردار بودند.
- اما بعضی استثناهای جالب توجهی وجود داشت. برای مثال S . hygroscopicus (Cluster 1) خوشه ی 1 در زیر خوشه :
6 – 8 – 10 – 13 – 24 – 25 – 35 – 53 – 54 – 55 – 56 – 57 – 85
بازیافت شد.
که این مثال می تواند نشان دهنده ی مشکل مربوط به شناسایی واریته های مهم فنوتیپی باشد.
- مطالعات متعدد سعی بر این داشته که با استفاده از اطلاعات توالی ناحیه ی متغیر 16 sr RNA ساختار تاکسونومیک در داخل جنس ها برقرار کند.
اما تنوع قابل ملاحظه باعث محدودیت در برطرف کردن مشکلات تفکیک و تمایز گونه ها می شود.
برای مثال :
گونه ها با مشخصات فنوتیپی Streptoreticilla به عنوان یک Clad گروه بندی شده. اما در مقایسه با resuft آنالیز فنوتیپی، از گونه های دیگر جنس ها مشخص نیست.
- با مقایسه توالی 16 sr RNA از نظر فنوتیپی خویشاوندی محدودی بین
S . livendulae و گونه های Streptoreticilla تائید شد.
- انواع گونه های جنس های S . a / bus یک جایگاه مشخص را در درخت های فیلوژنتیک حفظ کرده و توالی های منحصر به فردی در ناحیه ی متغیر b , a ی ژن داشت.
- مجموع مطالعات هومولوژی (همسانی) DNA نشان دهنده ی هتروژنیتی در داخل بعضی از گروه های گونه های فنوتیپی بزرگ بود که با تعدادی تاک و نوعی مشخص شد.
- خوشه ی S . cyaneus 18 به تفضیل مطالعه شده بود :
سویه های وابستگی DNA 20 – 85% با اکثریت به ارزش 50% نشان دادند.
-انتخاب گونه های داخل خوشه با شرط تشابه هومولوژی (همسانی) 70% به صورت مترادف درنظر گرفتن با گونه های دیگر کاهش یافت.
بیماری Xylem Yessels of maples
• توسط استرتپو بایست ها ایجاد می شود.
• درآوند چوبی افرا یافت می شود. (استرپتویادست ها).
• باعث خرابی سریع و dieback شاخه های درخت می شود.
• چندین گونه استرپتومایسس از این درختان جدا شده شامل :
S . sparsogettes - S . parrulus
کاهش دهنده لیگنوسلولز
• توسط S . flarorirens ایجاد می شود.
• در Douglas fir (نوعی گیاه همیشه بهار که در غرب آمریکا می روید) ایجاد می شود.
• باعث تجزیه ی الیاف (Phlom) سالم و دیواره های پارانشیمی می شود.
بعضی از ویژگیهای متابولیسم اولیه در استرپتوبایست ها
منبع کربن
• در بیشتر استرپیتوبایست ها مسیر امبدن – میرهوف (گلیکولیز)
Embaden – Meyerhof – Parnas صورت می گیرد.
• S . antibioticus فقط از هگزوز مونوفسفات شانت.
hexose monophosphate shunt استفاده می کند.
• S . claruligerus نمی تواند از گلوکز به عنوان منبع کربن و انرژی استفاده کند.
اما می تواند نشاسته استفاده کند.
• در استرپتوبایست چند متابولیسم ثانویه از گلیلولیز به هگزوز مونوفسفات شانت (Switch from glycolysis to hexose monophosphate shunt) به صورت راه گزینی تغییر مسیر می دهند.
• هیچ مدرکی از استرپتومایست ها مبنی بر استفاده از :
Entner – Doudoroff pathway که در سود و مونالس ها معمول است وجود ندارد.
• قندها به وسیله ی کیناز اختصاصی از فسفو گلیسرات به دست آمده و وارد سلول می شوند.
• اما به تازگی مدارکی برای فسفوایول پرووات : فروکتوز فسفوترانسفر از سیستم (PTS) برای انتفال و فسفرپلاسیون فروکتوز در S . griseofuscus , S . liridans – S . coelicolor پیدا شده.
• مطالعات تفضیلی نشان دهنده ی شباهت جالب توجه کاتابولیسم گلیسرول و گالاکتوز نسبت به باکتری های دیگر می باشد.
• مسیرهای کاتابولیک کربن پیرامونی «peripheral» همه inducible اند و اغلب دستخوش تغییر کاتابولیکی کربن اند.
CCR
• Carbon catabolite repression
• به توانایی بهره وری منبع کربن متابولیزه شده مانند گلوکز گفته می شود.
• برای جلوگیری از utilistion متناوب منبع کربن CCR در باکتری ها مرسوم و شایع است.
• علاوه بر این در استرپتومایست ها می تواند تولیدات آنتی بیوتیکی را مهار کند.
• اغلب موتانت های برهنه ی S . coelicolor گلوکز وابسته به فنوتیپ به صورت نقاط برجسته differ cnualioninat موضوعی برای سرکوبی هستند.
• در باکتری های gr منفی و gr مثبت های با درصد C + G پایین گلوکز PTS نقش (Czeninf us ) شطرنج مرکزی را در CCL از طریق تحریک بیان ژن هایی که نیازمن فعالیت
iceA ! 1p – tabolite conuoiproemnompix foruanscnjxional می باشد.
• استرپتومایست های فاقد CAMP , aglucoic – PTS مشمول CCR نیستند.
• Streptomyces fruvtose – PTS فقدان HPr Ser – phosphorylation را نشان می دهد که یک نقش تنظیمی در poshtires های gr مثبت دارای درصد C + G پایین ایفا می کند.
نتیجه گیری
• بنابراین هرچند در CCR هسته ای شرکت دارد.
• گلوکز کیناز وابسته به ATP (GJKA) S . coelicolors نقش محلی در CCR دارد.
• هرچند انتقال گلوکز تحت تأثیر موتانت glKA نیست.
آن ها نمی توانند گلوکز را utilize کننده و نابودی گلوکز تحت تأثیر طیف وسیعی از ژن های درگیر در utlilsation متناوب منبع کربن آزاد است.
• ناتوانی متنابو گلوکز کیناز برای ترمیم گلوکز تخریب شده در موتانت های glKA ، به نقش هدایتی تنظیمی پروتئین GJKA ؟ اشاره می کند.
• و اشاره می کند به این که برجستگی کوتاه CCR واقعاً به علت آسیب جریان گلیکولیتیکی glycolytic flux نیست.
• به علوه نقش glKA نشان دهنده ی توسعه بیش از اندازه ی سرکوبی گلوکز می باشد :
متونات glKA در جفت CCR ناقص است.
زمانی که سرکوبی منبع کربن از طریق گلوکز کیناز متابولیزه نشده GLKA به کار می رود.
• GIKA4 اثرش را در رونویسی allerel نشان می دهد.
• بعید به نظر می رسد که GIKA4 یک DNA بانیدنیگ پروتئین باشد.
• GIKA4 احتمالاً با فاکتورهای رونویسی یا با فاکتورهای پیرایش که مستقیماً مسئول تنظیم بیان ژن های glKA وابسته به CCR (glKA – dependent CCR) هستند اثر متقابل دارد.
• GIKA به سرکوبی گلوکز utilization ، گزیلوز به اوپرون S . rubiginvsu یا پروموتور chic 63 از S . plicatus در هنگام بیان آنها در S . coelicolor نیاز ندارد.
• به علاوه موتانت های ناقص S . kanwnrcericus در سرکوبی محصول آمیلاز تا حدی دارای فعالیت گلوکز کیناز تیپ وحشی می باشد.
به همین منظور دست کم یک مکانیسم تنظیمی اضافی که قادر به اعمال و بکارگیری CCR باید در استرپتومایست ها وجود داشته باشد.
منابع نیتروژن
دو مسیر اصلی جذب نیتروژن در استرپتومایست های تاکنون مطالعه شده :
1 ) (GS) glutamate synthetase
2 ) (GOGAT) glutamate : 2 – oxoglutarate ransaminase
انواع GSS و ویژگی های آنها
1 ) GSI : شبیه انواع مشابه در پروکاریوت ها
2 ) GSII : شبیه انواع مشابه در پروکاریوت ها
• یک افزایش شگفت انگیز این است که GSI با آدینلاسیون تنظیم شده مانند GSs باکتری های gr منفی روده ای (برخلاف باسیل های +gr ).
• جذب نیتروژن از طریق GS از نظر انرژی پرهزینه است.
کاتاتان دهیدروژناز GDH
• بسیاری از باکتری ها با یک متد جذب کم هزینه گلوتامات دهیدروژناز را بکار می برند.
• اما این مکانیسم فقط در مقدار بالای ammonia concentrations کار می کند.
• بسیاری از استرپتومایست ها این جفت GOGAT را دارند اما بعضی مثل S . aureofaciens , S . claruligerus اینها را ندارند.
• در عوض این ها می توانند از آلانین دهیدروژناز و آلانین 2 – اگزالوگوتارات تراتس آمیناز استفاده کنند.
• Laucrcinrrne در پشتیبانی GDH کشف شده.
نتیجه
• GS هزینه : جفت GOGAT تنها واسطه ی منحصر به فرد جذب نیتروژن در بعضی از استرپتومایست ها است.
کاتابولیسم اسیدهای آمینه
• کاتابولیسم بیشتر اسیدهای آمینه مشابه مسیر باکتری های دیگر است.
• (Arg) آرژینین یک استثنا است که کاتابولیسمش از طریق guanidine butyramide - و آنزیم های درگیر در تحریک (15 - fold) مربوط به آرژینین صورت می گیرد.
• مسیرهای کاتابولیک هیستیدین (His) و پرولین (Pro) با اسید آمینه های مترادفشان تحریک می شوند.
• اما برای هیستیدین تحریک کننده ی واقعی یک ماده ی حد واسط است.
• در حدود نیمی از مسیرهای مطالعه شده دارای سطح آنزیمی بسیار پایینی هستند. (Constitutatire)
• مکانیسم سرکوب در کاتابولیسم اسیدهای آمینه در استرپتومایست ها گزارش شده.
• اما مکانیسم سرکوب کاتالولیکی کربن آمینواسیدها در انتروباکترها دیده نشده.
• مکانیسم سرکوب کاتوبولیکی آمونیوم آمینواسیدها گزارش شده به طوری که آمونیوم در مهار متابولیسم ثانویه نقش دارد.
با وجود این موتانت هایی که متابولیسم کلی اولیه را از کار می اندازند تحت تأثیر متابولیت ثانویه نیستند.
• مدارک زیادی حاکی از آن است که ammonium repression مربوط به بعضی از متابولیت های ثانویه به خاطر مهار آمونیومی آنزیم های درگیر در کاتابولیسم آمینواسیدهایی است که به عنوان پیش ماده برای متابولیسم ثانویه اند. (e.g والین دهیدروژناز)
بیوسنتز
• مسیر بیوسنتز آمینواسیدها مشابه باکتری های دیگر است.
• اما دو اختلاف جزئی با آن ها دارد.
1 ) سنتزتیروزین
الف ) در سود و مونادها سنتزتیروزین از طریق arogenate
ب ) در باکتری های روده ای از طریق هیدروکسی فنیل پرووات صورت می گیرد.
2 ) تفاوت مهم تر
حضور مسیر ترانس سولفوراز در استرپیومایست ها که از مشخصات قارچ ها است.
که طی این مسیر سولفور می تواند در هر یک از راه های ما بین متیونین وسیستئین از طریق لما – لیاز و سیتساتیونین سنتاز منتقل شود.
• تفاوت اصلی بین بیوسنتز آمینواسیدها در استرپتومایست ها و باکتری های روده ای و باسیل ها نبود تنظیم کننده است.
• در باکتری های تک سلولی بیشترین تنظیم در سطح رونویسی، با تولید آمینواسیدهایی است که بر بیان ژن های کد کننده ی بیوسنتز آنزیم ها اثرکنترلی منفی دارند.
• متد مهاری شامل تضعیف است. که آمینواسیدها به پروتئین های رپرسور (ممانعت کننده) متصل می شوند.
• مدارک ناچیزی از مهار فیدبک feed back inhibition بیان ژن ها در استرپتومایست ها وجود دارد.
• اغلب آنزیم های بیوسنتز کننده ی آمینواسیدها شبیه آنزیم های کاتابولیسم آنها در سطح بسیار کمی بیان شده اند. به طوری که مشکل می توان معنی دار بودن آزمایشات را باور داشت.
• گزارشاتی وجود دارند مبنی بر این که بیوسنتز آرژینین و آمینواسیدهای آروماتیک احتمالاً تحت تأثیر سرکوبی فیدبک (بازخور) می باشد.
• به تازگی تضعیف کننده ی upstream از ژن trp EG یافت شده که اولین آنزیم مسیر اختصاصی تیتپ.فان را رمزگذاری می کنند.
• ژن هایی که آنزیم های بخش پایانی مسیر بیوسنتز را رمزگذاری می کنند نقش تنظیمی و افزایش نرخ رشد را در فاز رشد ایفا می کنند.
به صورت on (روشن) در فاز نمایی و off (خاموش) در فاز سکون و ایستایی.
بعضی تازه های فیزیولوژی
• محیط داخلی سلول زنده حالت احیاء شده ی بالایی دارد و گروه های SH – موجود برای کاتالیز و تجزیه ضروری می باشد.
• فاکتور اصلی در این پروسه وزن مولکولی پایین گلوتاتیون احیاء شده می باشد.
• استرپتومایست ها و خویشاوندانشان به جای گلوتاتیون از یک مایکوتیول که به تازگی کشف شده استفاده می کنند.
• استرپتومایست ها قابلیت اتوتروفیک قابل توجهی ندارند.
• اما به تازگی یک گونه از S . thermoauiotrophicus پیدا شده که (obliget – hydrogen – oxidizing chemolithotroph) با قابلیت رشد بر روی مونوکسید کربن می باشد.
• S . thermoauiotrophicus تثبیت کننده ی نیتروژن نیز می باشد.
آنتی بیوسیس در خاک
• حضور و عمل آنتاگونیستیک استرپتومایسین تولید شده توسط استرپتومایست های خاکهای نواحی گرمسیر وابسته به وجود باکتری های گرم منفی مقاوم به استرپتومایسین از جمله گونه های Bradyrhizobium , Rhizobium می باشد.
• S . rimosus , S . rochei ریزوسفر نخود آنتاگونیست های قوی برای Fusarium oxysporum f . sp . ciceri هستند.
• rar . geldnus – S . hrgroscopicus رشد کرده در خاک استریل، از طریق تولید geldanmycin در برابر Rhizoctonia Solani (قارچ فاسد کننده ریشه نخود فرنگی ) فعالیت آنتاگونیستی دارد.
• آنتی بیوتیک polyene ضد قارچی در زغال کک استریل با HPLC به دنبال مایه کوبی و microcosm با S . griseoriridis کشف شد.
• به تازگی S . scabis عامل بیماری جرب سیب زمینی به وسیله ی آنتی بیوتیک تولید شده توسط استرپتومایست های دیگر به طور اختصاصی کنترل می شود.
• مدل Rigorons بر روی آگار نشان دهنده ی این است که آنتی بیوتیک تولید شده توسط استرپتومایست ها نقش مهمی در جلوگیری از حمله ی رقابتی با سیلوس سوبتیلیس دارد.
• به طور کلی آنتی بیوتیک در زمان گسترش میسیلیوم هوایی نقش حمایتی و دفاع در برابر رقبا دارد.
آنتی بیوتیک های تولید شده به وسیله ی اسرپتومایسس ها
مقدمه :
• جنس های استرپتومایسس های آنتی بیوتیک های مهمی تولید می کنند.
• بقیه ی کلاس های بیولوژیکی در تولید متابولیت های ثانویه فعال اند.
• اکتینومایست ها 3/2 آنتی بیوتیک های شناخته شده را تولید می کنند.
• 80% آنتی بیوتیک های ها به وسیله ی جنس های استرپتومایسس و بعد از آن میکرومونوسپورا را با کمتر از 10% مقدار استرپتومایسس ها.
• در صورت حساب نکردن متابولیت های ثانویه به عنوان مواد آنتی بیوتیکی اکتینومایسس ها هنوز با بیش از 60% از همه جلو هستند.
نقش فیزیولوژی و تنظیمی تولید آنتی بیوتیک
• شروع بیوسنتز آنتی بیوتیک تحت تأثیر فاکتورهای فیزیولوژیکی ومحیطی متنوع از جمله:butyrolactone Signalling - نرخ رشد متابولیسم و استرس های فیزیولوژیکی
مختلف می باشد. (عوامل مثبت)
• سنتز آنتی بیوتیک ممکن است تحت تأثیر مهار متابولیکی readily utitised Sources یا مهار منبع نیتروژن، فسفات یا گلوکز باشد.
• عوامل تنظیمی آنتی بیوتیک ها می توانند در سطح بیان ژن های پلیوتروپیک، تنظیم کننده های مسیر اختصاصی، ژن های ساختمانی مربوط به بیوسنتز یا در سطحی از فعالیت بیوسنتزی آنزیم ها عمل کنند.
• بیشتر مطالعات ژنتیکی تنظیمی آنتی بیوتیک در S . coelicolor A3 (2) مطالعه شده که دست کم 4 آنتی بیوتیک متفاوت (p . 93) تولید می کند.
• متجاوز از 20 ژن پلیوتروپیک مختلف بر تولید آنتی بیوتیک S . coelicolor تأثیر دارند. گه تعدادی از آن ها برای اسپورلاسیون و تولید هاگ موردنیازاند. که نقش اغلب این ها شناخته شده نیست.
این ها شامل 3 سیستم تنظیمی دو قسمتی و یک eukayotic – like serine – thereonine protein kinas می باشند.
توسعه ی بیولوژیکی استرپتومایسس ها
• پنج نوع تغییر برای رشد هیف هوایی S . colelicolor A3 (A) عبارتند از :
1 ) افزایش تولید بعضی پروتئین های خارج سلولی ؛
2 ) راه اندازی متابولیسم های ثانویه ؛
3 * لیز بعضی از قسمت های Substrate – mycetium ؛
4 ) راه اندازی متابولیسم ذخیره در substrate hyphac سطح کلنی ؛
5 ) راه اندازی و شروع رشد هیف هوایی.
• برخی ژن های bld برای ایجاد چند ویژگی از این نقش دارند.
• متویانت bld A در S . coelicolor وابسته به رشد شرطی می باشد.
(S . coelicolor A3 (2) – depending on growth conditions)
که ممکن است فاقد رشد هوایی، تولید آنتی بیوتیک و گلیکوژن باشد.
• چندین موتانت bld می تواند در فعل انفعال مکمل خارج سلولی شرکت کند.
• bldA به طور قابل ملاحظه ای فقط tRNA ی مؤثر برای ترجمه ی کدون لوسین (UUA) را که به ویژه در استرپتومایست های با درصد C + G بالا کمیاب است – تعیین می کند.
• در S . coelicolor چند موتانت bld می تواند در فعل و انفعال مکمل خارج سلولی شرکت کند.
• SapB مورفوژنی است که به رشد هوایی کمک می کند.
• 6 ژن تنظیمی اختصاصی مربوط به تشکیل دیواره در اسپورلاسیون : WhiA , B , G , H , Landj , WhiG
که WhiG یک سیگما فاکتور RNA پلی مراز رمزگذاری می کند.
• بخشی از کنترل سیگما فاکتورهای اختصاصی مربوط به اسپورلاسیون است.
• در بخشی از اسپورلاسیون دیواره های اسپور ضخیم شده با یک ماده ی خاکستری رنگ پلی کیتید مشتق از ترکیب آروماتیک رنگدانه ای می شود. احتمالاً مشروط به داشتن منبع تولید precursors برای تولید رنگدانه دیواره ی اسپورتری هالوز، گلیکوژن ناپدید می شود.
کروموزوم و عناصر ژنتیکی
• DNA استرپتومایسس ها دارای مقدارد بالایی C + G می باشد. (اغلب 74 – 70 مول)
• آنالیز نواحی کدکننده ی 64 ژن مختلف از 27 گونه ی استرپتومایست مقدار C + G را 61 – 80% مول نشان می دهد.
• ارزش جنس های Armycolatopsis – Saccharoplyspora , Micromonospara نیز همان قدر می باشد.
• آرایشی که مانند شکاف DNA Sat illite باشد در DNA های سدکننده وجود ندارد.
• هر چند قطعات کوچکی از DNA ی دارای C + G پایین به وسیله ی توالی یابی (Sequencing) پیدا شده.
به عنوان مثال در قطعات غیرکننده ای از خوشه ژن های actinorhodin متعلق به S . coelicolor یافت شده.
فاژ
• بهترین نمونه ی مطالعه شده ی فاژهای معتدل استرپتومایست ها، QC31 مقدار 63% , C + G می باشد.
