Геномные исследования открывают богатство биоактивных малых молекул у бактерий, убивающих насекомых

Бактерии Xenorhabdus и Photorhabdus живут в симбиозе с определёнными нематодами и совместно заражают и убивают почвенных личинок насекомых. Эти бактерии ответственны за выработку токсинов и других веществ, опосредующих взаимодействие, и могут культивироваться в лаборатории, что делает их перспективной моделью для изучения химической экологии бактериальных природных соединений.

Впервые эти бактерии были систематически изучены с помощью комбинации пангеномного анализа и анализа сходства последовательностей доменов, чтобы выяснить, какие кластеры генов отвечают за производство природных соединений и являются ли они эволюционно консервативными или уникальными для этих родов.

Обнаружены неизвестные биосинтетические кластеры генов

Исследователи под руководством И-Мин Ши и Хельге Боде идентифицировали 1000 биосинтетических кластеров генов, более половины из которых ранее были неизвестны. Используя гомологичную экспрессию и химический анализ структуры, команда обнаружила настоящую биохимическую сокровищницу.

Оценка биоактивности показала, что преобладающими соединениями являются ингибиторы эукариотического протеасома, которые, предположительно, подавляют иммунную систему насекомых. Также были идентифицированы другие факторы вирулентности против насекомых или супрессоры их иммунной системы.

«Наши результаты объясняют молекулярную функциональную основу этих бактериальных природных продуктов. Среди новых открытий многие соединения выделяются не только необычными химическими структурными особенностями и механизмами действия, но и их распространённостью среди различных таксонов бактерий. Это подразумевает возможное наличие универсального химического оружия у бактерий», — говорит И-Мин Ши.

Идентификация и функциональная характеристика, проведённые в сотрудничестве с учёными из Южной Кореи и Германии, показали, как бактерии организуют взаимодействие природных продуктов для поддержания своего симбиотического образа жизни. Работа также указывает на огромный потенциал рода Xenorhabdus в производстве новых природных соединений для поиска лекарств и закладывает важную основу для ускорения открытия и изучения природных продуктов в микробиомах из других ниш.

Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.