Baktérie Ktedonobacteria z pôdneho prostredia podľa novej genomickej analýzy nesú rozsiahlu a dosiaľ slabo preskúmanú zásobu génových klastrov, ktoré môžu kódovať tvorbu sekundárnych metabolitov. Výskumníci preskúmali 183 genómov tejto skupiny a našli 1 546 biosyntetických génových klastrov, zoskupených do 1 162 neredundantných rodín. Zároveň ukázali, že veľká časť týchto klastrov sa sústreďuje na veľkých ECE-like kontigoch s chromid-like znakmi, teda na genetických elementoch, ktoré sa správajú inak než hlavný chromozóm.
Snímka zobrazuje: Chromid-like secondary replicons as predicted key sites of biosynthetic gene clusters in Ktedonobacteria.
Štúdia sa zamerala na Ktedonobacteria, bakteriálnu líniu z kmeňa Chloroflexota, ktorá sa vyskytuje v suchozemských pôdach vrátane živinovo chudobných vulkanických usadenín. Hoci sú tieto mikroorganizmy v pôde rozšírené, ich sekundárny metabolizmus aj stavba genómu boli doteraz opísané len okrajovo. Autori spojili cielenú kultiváciu zo sopečných pôd pri Mount Zao v Japonsku, genómovo orientovanú metagenomiku aj porovnanie verejne dostupných genómov.
Výsledok naznačuje, že Ktedonobacteria môžu predstavovať dôležitý, no zatiaľ podhodnotený zdroj chemickej rozmanitosti v pôde. Takmer štvrtina analyzovaných genómov obsahovala najmenej desať odlišných rodín génových klastrov. Viaceré čeľaďové vetvy pritom dosiahli bohatstvo porovnateľné s rodom Streptomyces v rámci tohto dátového súboru. To je dôležité najmä preto, že práve pôdne baktérie sú známym zdrojom malých molekúl, z ktorých niektoré nachádzajú využitie aj v medicíne.
Autori zároveň upozorňujú, že väčšina nájdených klastrov sa výrazne odlišovala od dnešných referenčných zbierok. Inými slovami, nejde len o ďalšie varianty už známych systémov, ale zrejme o širší priestor pre dosiaľ nepreskúmané chemické produkty. V jednotlivých genómoch navyše pozorovali nezvyčajne nízku vnútrogenómovú redundanciu, čo podľa nich podporuje predstavu širokej potenciálnej chemickej diverzity.
Dôležitou časťou práce boli dlhé čítania pri skladaní genómov desiatich kultivovaných kmeňov. Práve tie odhalili opakovaný výskyt veľkých kontigov s dĺžkou približne 1,6 až 3,5 Mb, ktoré autori opisujú ako ECE-like a zároveň ako útvary s chromid-like vlastnosťami, no s odlišnými znakmi udržiavania. Práve na nich sa biosyntetické génové klastre koncentrovali spolu s génmi spojenými s mobilitou. Miesta súvisiace s mobilitou sa navyše často nachádzali blízko hraníc týchto klastrov.
V praktickej rovine to znamená, že gény pre tvorbu zaujímavých molekúl nemusia byť v Ktedonobacteria rozptýlené náhodne po celom genóme. Zdá sa, že sa hromadia v špecifických genetických rezervoároch, ktoré môžu napomáhať ich preskupovaniu a evolučným zmenám. Pre výskum prírodných látok je to dôležité, pretože práve takéto genómové oblasti môžu byť vhodným miestom na hľadanie nových bioaktívnych zlúčenín.
Biosyntetické génové klastre, skrátene BGCs, sú skupiny génov, ktoré spolu zabezpečujú tvorbu konkrétnych molekúl. V mikrobiológii ide často o sekundárne metabolity, teda látky, ktoré nie sú nevyhnutné pre základné prežitie bunky, ale pomáhajú jej obstáť v konkurencii, komunikovať s inými mikróbmi alebo reagovať na prostredie. Niektoré zlúčeniny z tejto kategórie sa stali základom liečiv, antibiotík či ďalších biologicky aktívnych látok.
V tomto prípade je podstatné, že pôda patrí medzi mimoriadne bohaté zdroje takýchto génových systémov. Zároveň však platí, že veľká časť pôdnych mikroorganizmov je stále slabo preskúmaná. Ak sa v málo známych bakteriálnych skupinách nachádzajú početné a od referenčných databáz odlišné klastre, výskumníci získavajú nový okruh kandidátov na ďalšie laboratórne skúmanie.
Prečo sú Ktedonobacteria zaujímavé
Ktedonobacteria patria do kmeňa Chloroflexota a autori ich opisujú ako aktinomycétom podobnú líniu. Práve podobnosť s aktinomycétami je zaujímavá, pretože tie patria medzi tradične skúmané zdroje prírodných produktov. O Ktedonobacteria však doteraz vieme podstatne menej, hoci sa vyskytujú v rozličných pôdnych prostrediach vrátane oligotrofných vulkanických depozitov.
Z pohľadu biologického výskumu ide o typický príklad skupiny, ktorá mohla zostať v tieni známejších mikroorganizmov nie preto, že by bola nezaujímavá, ale preto, že sa ťažšie kultivuje a v genómových databázach je zastúpená slabšie. Táto práca preto neposúva len poznanie jednej bakteriálnej vetvy. Rozširuje aj mapu toho, kde všade sa môže skrývať dôležitá chemická rozmanitosť pôdnych mikróbov.
Čo naznačujú ECE-like kontigy s chromid-like znakmi
Jedným z najzaujímavejších zistení je súvislosť medzi biosyntetickými klastrami a veľkými ECE-like kontigmi. Všeobecne platí, že baktérie nemusia niesť genetickú informáciu len na jednom hlavnom chromozóme. Môžu mať aj ďalšie veľké genetické elementy, ktoré sa svojimi vlastnosťami pohybujú niekde medzi chromozómom a plazmidom. Práve preto sa pri niektorých používa označenie chromid-like.
V tejto štúdii autori nehovoria o bežných malých prenosných elementoch, ale o veľkých útvaroch, na ktorých sa opakovane hromadia gény pre sekundárny metabolizmus. Ak sa na tých istých replikónoch sústreďujú aj gény spojené s mobilitou, môže to naznačovať prostredie priaznivé pre presuny, prestavby alebo kombinovanie biosyntetických schopností. To ešte samo osebe neznamená, že vedci poznajú presný mechanizmus všetkých týchto zmien, ale ukazuje to na dôležitú organizačnú vrstvu genómu.
Výskum prírodných produktov dnes naráža na to, že najznámejšie mikróby už boli prehľadané pomerne dôkladne. Preto rastie význam menej prebádaných skupín, v ktorých sa môžu skrývať nové chemické štruktúry. Táto štúdia naznačuje, že Ktedonobacteria by mohli patriť práve do tejto kategórie.
Dôležité je aj to, že mnohé z identifikovaných klastrov nemali blízke náprotivky v existujúcich referenčných kolekciách. V praxi to znamená, že databázy zatiaľ nepokrývajú celý rozsah ich potenciálu. Samotná prítomnosť génového klastru ešte nehovorí, aká konkrétna molekula vznikne ani či bude mať medicínske využitie. No ukazuje, kde má zmysel cieliť ďalšie kultivačné, chemické a funkčné experimenty.
Čo ešte nevieme a čo bude nasledovať
Táto práca mapuje biosyntetický potenciál a genómovú organizáciu, nie hotový zoznam izolovaných látok. Zistené klastre sú predikciou toho, čo by baktérie mohli produkovať. Ďalší krok preto bude spočívať v tom, ktoré z týchto génových systémov sú skutočne aktívne, aké molekuly vytvárajú a za akých podmienok sa zapínajú.
Rovnako zostáva otvorené, ako presne fungujú ECE-like replikóny s chromid-like znakmi v evolúcii tejto skupiny a do akej miery podporujú presuny alebo prestavby biosyntetických vlastností. Autori však poskytli základ, na ktorý možno nadviazať cielenou kultiváciou aj funkčnou charakterizáciou metabolitov Ktedonobacteria. Práve to môže v budúcnosti ukázať, či tento málo známy pôdny rodokmeň naozaj skrýva nové chemické zdroje využiteľné vo výskume a biotechnológiách.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
