Том 60, № 3 (2024)

Биосинтез метионина в большинстве микроорганизмов осуществляется двумя альтернативными путями. Каждый путь катализируется независимыми ферментами и регулируется по механизму обратной связи метионином. Путь транссульфурилирования включает образование промежуточного продукта цистатионина, а в качестве источника серы выступает цистеин. Ферменты этого метаболического пути подробно охарактеризованы. Путь прямого сульфгидрилирования подразумевает синтез гомоцистеина с участием неорганического источника серы напрямую из О-ацетилгомосерина и является преобладающим в большинстве классов бактерий. Предметом настоящего обзора являются свойства и функционирование одного из наименее изученных ферментов пути прямого сульфгидрилирования – О-ацетилгомосерин-сульфгидрилазы. Глубокое понимание механизмов, контролирующих субстратную и реакционную специфичность О-ацетилгомосерин-сульфгидрилазы, является необходимым шагом рационального редизайна фермента с целью создания перспективного катализатора для синтеза метионина и его производных, а также, в комплексе с кристаллографическими данными, для разработки новых антимикробных соединений на основе эффективных ингибиторов фермента.

С использованием в качестве базового ранее сконструированного адипат-секретирующего штамма Escherichia coli MG1655 lacI^Q, ∆ackA-pta, ∆poxB, ∆ldhA, ∆adhE, P_L-SD_φ10-atoB, P_trc-ideal-4-SD_φ10-fadB, ∆fadE, P_L-SD_φ10-tesB, ∆yciA, P_trc-ideal-4-SD_φ10-fabI, P_L-SD_φ10-paaJ, ∆aceBAK, ∆glcB получены штаммы-производные, способные к повышенному синтезу целевого соединения из глюкозы по обращенному пути β-окисления жирных кислот. Такой эффект достигнут при интенсификации в клетках цикла трикарбоновых кислот. Прекращение множественных обращений цикла за счет инактивации в штамме сукцинатдегидрогеназы не оказывало выраженного влияния на формирование рекомбинантом адипиновой кислоты. При интенсификации цикла за счет усиления анаплеротического формирования щавелевоуксусной кислоты из фосфоенолпирувата, в результате повышения экспрессии нативного гена ppc, синтез адипиновой кислоты возрастал в 1.2 раза до ~390 мкМ. Обеспечение возможности формирования щавелевоуксусной кислоты из пировиноградной, при введении в штамм активности гетерологичной пируваткарбоксилазы Bacillus subtilis, приводило к интенсификации цикла в 1.5 раз и сопровождалось ростом секреции адипиновой кислоты до ~496 мкМ. Последующая инактивация в штамме генов sdhAB повышала секрецию целевого соединения лишь незначительно и титр адипиновой кислоты достигал ~520 мкМ. Полученные данные указывали на прямую зависимость эффективности синтеза адипиновой кислоты сконструированными рекомбинантами от степени интенсификации в них цикла трикарбоновых кислот.

С использованием иммобилизованной синтетазы цефалоспоринов-кислот в мягких стандартных условиях осуществлены процессы биокаталитического синтеза цефамандола и цефазолина, а также четырех “химерных” цефалоспоринов, несущих в С3 или С7-положении β-лактама функциональные группы этих антибиотиков. Продемонстрирована более высокая эффективность биокаталитического ацилирования β-лактамов остатком 1(Н)-тетразолилуксусной кислоты по сравнению с ацилированием остатком миндальной кислоты. Химическая структура полученных соединений подтверждена с использованием метода ВЭЖХ–МС. Продемонстрирована возможность использования для оценки антибактериальной активности синтезированных соединений непосредственно реакционных смесей без выделения целевых продуктов. Методом диффузии в агар проведена оценка активности полученных цефалоспоринов по отношению к двенадцати микроорганизмам, относящимся к родам Enterococcus, Acinetobacter, Serratia, Pseudomonas, Staphylococcus и Escherichia. Показана активность синтезированных “химерных” цефалоспоринов в отношении четырех штаммов микроорганизмов: Escherichia coli ВКПМ В-6695, Staphylococcus aureus ВКПМ В-6646, Staphylococcus aureus ВКПМ В-8171 и Staphylococcus epidermidis ВКПМ В-12635.

В донных отложениях пресных водоемов обнаружено варьирование относительной представленности копий бактериальных генов пероксидаз DyP, обесцвечивающих красители, характерных для рода Shewanella и ряда других микроорганизмов. Показано, что скорость обесцвечивания кристаллического фиолетового в лабораторной мембранной биоэлектрохимической системе смешанной культурой донных отложений, показавшей наибольшую представленность генов DyP, зависела от способа электрической стимуляции внешней цепи и концентрации красителя. После повышения концентрации выше 20 мкМ максимальная скорость обесцвечивания достигалась при наличии полярно подключенного ко внешней электрической цепи биоэлектрохимической системы ионистора и составила 3.23 ± 0.11 мкМ/ч, в то время как при противоположном по полярности подключении наблюдалось минимальное значение 2.07 ± 0.08 мкМ/ч. В случае разомкнутой цепи и резистора имели место сходные показатели – 2.88 ± 0.09 и 2.67 ± 0.12 мкМ/ч соответственно. При анализе продуктов обесцвечивания отмечено согласованное снижение максимумов полос поглощения красителя, свидетельствующее о более полной его деградации смешанной культурой. Результаты могут представлять интерес для повышения эффективности биоэлектрохимических методов экологической биотехнологии, путем электростимуляции внешней цепи.

В статье представлены результаты исследований интенсивной культуры нового для Черного моря вида бентопланктонной диатомовой водоросли Nanofrustulum shiloi (Lee, Reimer et McEnery) Round, Hallsteinsen et Paasche 1999. Подробно описаны особенности процесса выделения вида в альгологически чистую культуру, а также морфологические и таксономические признаки штамма в световом и электронном сканирующем микроскопах. Изучены продуктивность и биохимические характеристики штамма, а также способность к накоплению фукоксантина (Fx) и полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в лабораторных условиях. В экспоненциальной фазе роста удельная скорость роста культуры составляла µ = 0.8 1/сут, а максимальная продуктивность P = 0.46 г сухой массы/(сут л). Накопление ПНЖК в биомассе N. shiloi достигало 67.39 мг/г сухой массы водорослей. Концентрация Fx в биомассе в начале стационарной фазы роста составляла 10 мг/г сухой массы. Высокая скорость биосинтеза Fx в клетках микроводоросли, а также состав жирных кислот черноморского штамма позволили отнести N. shiloi к перспективным объектам в биотехнологии.