Биологическая активность и экологическое значение нейротоксичной аминокислоты ВМАА

Кокшарова, О.А.; Сафронова, Н.А.

Авторы: Кокшарова О.А., Сафронова Н.А.
Сборник: Цианопрокариоты/цианобактерии: систематика, экология, распространение, использование в биотехнологии. Материалы V Международной научной школы- конференции, посвященной 150-летию со дня рождения выдающегося альголога А. А. Еленкина (г. Москва, Россия, 13—1
Тезисы
Год издания: 2023
Место издания: Москва
Первая страница: 37
Последняя страница: 38
Аннотация: Способность синтезировать метаболиты возникла в эволюции микроорганизмов задолго до появления высших форм жизни. Предполагается, что эти молекулы могут иметь биологические функции, позволяющие микроорганизмам выживать в изменяющихся экологических условиях. Некоторые из этих соединений (пептиды, небелковые аминокислоты и алкалоиды) токсичны для человека, что делает актуальными исследования причин и условий синтеза этих молекул, их биологической роли и механизмов действия на живые клетки. Исследования, посвященные изучению небелковой аминокислоты, бета-N-метиламин-L-аланин (BMAA), развиваются наиболее интенсивно в течение последних 20 лет главным образом в медицинском и экологическом аспектах (Koksharova, Safronova, 2022). Эту аминокислоту синтезируют цианобактерии, диатомовые водоросли, а также, вероятно, растения. Особое внимание исследователей к BMAA обусловлено тем, что биоаккумуляция BMAA по цепям питания может приводить к поражению моторных нейронов животных и человека (Cox et al., 2003). Предполагаемые механизмы действия BMAA на клетки животных разнообразны: это и связывание с глутаматными рецепторами, и индукция окислительного стресса, и ошибочное встраивание в белки вместо серина (Koksharova, Safronova, 2022). Очевидно, что синтез BMAA фитопланктоном представляет собой потенциальную угрозу здоровью человека, поскольку аминокислота попадает в морепродукты, на орошаемые токсичной водой поля и поглощается растениями. Какова физиологическая необходимость для цианобактерий расходовать энергию для синтеза BMAA? Каково значение BMAA в природе и в жизни самих цианобактерий? Условия, приводящие к индукции и усилению синтеза BMAA, изучались лишь в одной работе (Downing et al., 2011). В этом исследовании использовались одноклеточные недиазотрофные цианобактерии Microcystis PCC7806 и Synechocystis J341. С помощью применения изотопа 15N было показано, что BMAA начинает синтезироваться в условиях голодания по азоту. В другой работе этих же авторов изучалось действие экзогенного BMAA на другую одноклеточную цианобактерию Synechocystis sp. PCC 6803. Было показано, что BMAA подавляет рост цианобактерии и вызывает хлороз (Downing et al., 2012). В работе (Berntzon et al., 2013) было показано, что добавление BMAA к клеткам нитчатой азотфиксирующей цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120 приводит к снижению активности нитрогеназы. Мы подтвердили этот результат и впервые обнаружили, что добавление BMAA к цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120, уже имеющей зрелые гетероцисты, приводит к ингибированию экспрессии гена nifH, кодирующего важный компонент нитрогеназы (динитрогеназа-редуктазу) – фермента азотфиксации. Нам удалось экспериментально показать, что добавление микромолярных количеств экзогенного BMAA к клеткам нитчатых цианобактерий приводит к изменению экспрессии их генов, контролирующих процессы клеточной дифференцировки и азотного метаболизма (для обзора (Koksharova, Safronova, 2022). Дальнейшая наша работа была нацелена на выяснение особенностей регуляторного действия BMAA на протеом цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120. Сравнивались протеомы контрольных клеток (не обработанных ВМАА) и клеток, к которым добавляли ВМАА (20 мкМоль) в трех условиях роста, отличающихся по доступности связанного азота (Koksharova et al., 2020a,b,2021). Протеомные данные позволили установить, что добавление BMAA к клеткам в диазотрофных условиях роста приводит к сильному (до 80%) подавлению экспрессии субъединиц фермента нитрогеназы, отвечающего за осуществление процесса азотфиксации; резко снижается содержание 18 белков, входящих в состав комплексов обеих фотосистем (ФС1 и ФС2), цитохром-b6f-комплекса, антенных пигментных комплексов. Наиболее существенное различие в экспрессии белков при сравнении действия ВМАА в условиях голодания по азоту и в условиях избытка азота состоит в регуляции ключевого регуляторного белка PII. Во время азотного голодания экспрессия этого белка подавляется, но она активируется в богатых азотом условиях роста. Можно сделать вывод о том, что добавление ВМАА к клеткам цианобактерии приводит к дисбалансу энергии и метаболитов азота и углерода, что индуцирует серьезный внутриклеточный стресс. Он проявляется в повышенном содержании активируемых стрессом белков, белков SOS-ответа и ферментов репарации ДНК, различных протеаз и, в конечном счете, ведет к апоптозу. Полученные результаты позволяют сформулировать гипотезу о возможном экологическом аспекте действия BMAA на развитие сообществ цианобактерий. В периоды жесткой конкуренции за источники питательных веществ различные представители цианобактерий и диатомовых водорослей могут использовать BMAA в качестве аллелопатического инструмента для контроля численности цианобактериальных популяций. Клетки азотфиксирующих цианобактерий подвергаются лизису уже в присутствии микромолярных количеств BMAA. В результате высвобождаются растворенные органические соединения, в которых нуждается сообщество микроводорослей.
Добавил в систему: Кокшарова Ольга Алексеевна

	ИСТИНА	Войти в систему Регистрация
	ИСТИНА ЦЭМИ РАН
	Главная Поиск Статистика О проекте Помощь

ИСТИНА

ИСТИНА ЦЭМИ РАН

Биологическая активность и экологическое значение нейротоксичной аминокислоты ВМААтезисы доклада

Прикрепленные файлы