Микроцистины цианобактерий
Микроцистины были обнаружены в цианобактериальных родах Anabaena , Anabaenopsis , Hapalosiphon , Microcystis , Nostoc , Planktothrix , Phormidium и Synechococcus [ Sivonen K., Borner T. 2008 ].
Микроцистины являются циклическими гептапептидами с необычной химической структурой и некоторым количеством небелковых аминокислот [ Sivonen K., Jones G. 1999 ]. У них три вариабельные метильные группы. Метилирование является распространенной модификацией в биологически активных природных пептидах, способствующее, вероятно, упрочению стабильности пептида при протеолитической деградации [ Finking R., Marahiel M.A. 2004 , Sieber S.A., Marahiel M.A. 2005 ]. Микроцистины синтезируются большими ферментными комплексами, состоящими из нерибосомальных пептид-синтетаз и поликитид-синтетаз [ Dittmann E., et al. 1997 ]. Нерибосомальные пептид-синтетазы отличаются консервативной модульной структурой. Каждый модуль состоит из каталитических доменов, ответственных за аденилирование, образование тиоэфира и конденсацию специфических аминокислот [ Marahiel M.A., et al. 1997 ]. Дополнительные домены, необходимые для модификаций аминокислотных остатков, таких как эпимеризация, гетероциклизация, окисление, формилирование, восстановление или N-метилирование, могут быть также включены в модуль [ Marahiel M.A., et al. 1997 , Sieber S.A., Marahiel M.A. 2005 , Lautru S., Challis G.L. 2004 ]. Все эти биосинтетические особенности приводят к высокому многообразию цианобактериальных микроцистинов - более 60 изоморфных форм микроцистинов. Полностью определены нуклеотидные последовательности биосинтетических генных кластеров для Microcystis , Planktothrix , Anabaena , Nodularia и Nostoc [ Sivonen K., Borner T. 2008 ]. В Anabaena этот ферментный комплекс кодируется генным кластером, содержащим 10 генов (mcyA-J) [ Rouhiainen L., et al. 2004 ].
Если известны гены, кодирующие биоактивные компоненты, можно с помощью направленного мутагенеза получить соответствующие мутанты с нарушенным биосинтезом этих веществ и попытаться изучить и понять функции этих метаболитов. В случае микроцистинов такие мутанты были получены путем инсерции или делеции mcy генов в штаммах Microcystis aeruginosa и P. agardhii [ Dittmann E., et al. 1997 , Nishizawa T., et al. 2000 , Christiansen G., et al. 2003 , Pearson L.A., et al. 2004 , Hesse K., Kohl J.G. 2001 ]. С помощью инсерционного мутагенеза было показано, что гены, кодирующие пептидсинтетазу, вовлечены в продукцию микроцистина и то, что один генный кластер ответственен за продукцию всех вариантов микроцистина в штамме Microcystis aeruginosa PCC 7806 [ Dittmann E., et al. 1997 ].
Каково значение микроцистинов для цианобактерий, пока не ясно. Потеря всех микроцистинов в мутанте mcyB M.aeruginosa PCC 7806 не влияла на рост мутантных клеток в различных световых лабораторных условиях при сравнении с клетками дикого типа [ Dittmann E., et al. 1997 , Hesse K., Kohl J.G. 2001 ]. Тем не менее сравнительный двумерный белковый электрофорез показал, что уровень белка MrpA в клетках дикого типа PCC 7806 был высоким, но этот белок не выявлялся в клетках мутанта mcyB [ Dittmann E., et al. 2001 ]. Применение современных экспериментальных подходов, таких как транскриптомика и протеомика, в сочетании с генетическими методами могло бы помочь исследованию ключевых аспектов биосинтеза цианобактериальных токсинов.
