Кіріспе
Бактерия түрі
Pseudomonas fluorescens – кең таралған, грам-теріс, таяқша тәрізді бактерия. Ол Pseudomonas туысына жатады; 16S рРНҚ талдауы және филогеномдық талдау P. fluorescens-ті осы туыстағы P. fluorescens тобына жатқызады, және осы топқа оның атын бергендігімен танымал.
Жалпы сипаттамалары
Pseudomonas fluorescens бірнеше қамшысы бар. Ол өте әмбебап метаболизмге ие және топырақ пен суда кездеседі. Ол міндетті аэроб, бірақ кейбір штаммдары жасушалық тыныс алу кезінде соңғы электрон қабылдағыш ретінде оттегінің орнына нитратты пайдалана алады. P. fluorescens өсімінің оңтайлы температурасы 25–30°C. Оксидаза тесті оң нәтиже береді. Сондай-ақ, бұл қантты ыдыратпайтын бактериялар түрі. P. fluorescens және басқа ұқсас псевдомонадтар жылуға төзімді липазалар мен протеазаларды өндіреді. Бұл ферменттер сүттің бұзылуына, ащы таңға, казеиннің ыдырауына, сондай-ақ шырыш пайда болуына және белоктардың ұюына себеп болады.
Атауы
Псевдомонас сөзі "жалған бірлік" деген мағынаны білдіреді, ол грек тіліндегі псевдēs (грекше: ψευδής – жалған) және монас (латынша: monas, грекше: μονάς – жеке бірлік) сөздерінен туындаған. Бұл сөз микробиологияның алғашқы кезеңдерінде микроорганизмдерді атау үшін қолданылған. Тұқымдық атауы "fluorescens" – микроорганизмнің пиовердин деп аталатын, жарық шығаратын ерігіш пигментті бөліп шығару қабілетін көрсетеді, ал пиовердин – сидерофордың бір түрі.
Геномдық
P. fluorescens SBW25, Pf 5 және PfO 1 штаммдары, соның ішінде, секвенцияландырылған. 2020 жылы жүргізілген салыстырмалы геномдық зерттеуде Pseudomonas тұқымдасының 494 толық геномы талданды, олардың 25-і P. fluorescens деп белгіленді. Николаидис және авторлар тобы анықтаған P. fluorescens босаң эволюциялық тобы.
Диктиостелиймен өзара әсерлесу
Диктиостелий дискоидеімен байланысты Псевдомонас флуоресценстің екі штаммы бар. Бір штамм тамақ ретінде қызмет етеді, ал екіншісі – қызмет етпейді. Бұл екі штамм арасындағы негізгі генетикалық айырмашылық – gacA деп аталатын жаһандық активатор генінің мутациясы. Бұл ген гендік реттеуде маңызды рөл атқарады; тамақ емес бактериялық штаммда бұл ген мутацияланғанда, ол тамақ бактериялық штаммына айналады.
Биобақылау қасиеттері
P. fluorescens кейбір штамдары (мысалы, CHA0 немесе Pf 5) биобақылау қасиеттерін көрсетеді, кейбір өсімдік түрлерінің тамырларын Fusarium немесе Pythium oomycete сияқты паразиттік саңырауқұлақтардан, сондай-ақ кейбір фитофагты нематодалардан қорғайды. P. fluorescens өсімдіктердің өсуін ынталандыру қасиеттеріне қалай қол жеткізілетіндігі әлі толық анықталған жоқ; теориялардың қатарында: Бактериялар қожайын өсімдікте жүйелік кедергілікті күшейте алады, осылайша ол нағыз патогеннің шабуылына тиімдірек қарсы тұрады. Бактериялар басқа (патогенді) топырақ микроорганизмдерімен бәсекелесе алады, мысалы, сидерофорлар арқылы, темірді игеруде бәсекеге қабілеттілікте артықшылық алады. Бактериялар басқа топырақ микроорганизмдеріне қарсы әсер ететін қосылыстарды, мысалы, феназин түріндес антибиотиктерді немесе сутек цианды өндіруі мүмкін. Нақтырақ айтқанда, P. fluorescens-тің кейбір изоляттары 2,4 диацетилфлорглюцинол (2,4 DAPG) екіншілік метаболитін шығарады, бұл қосылыс осы штамдарда антифитопатогендік және биобақылау қасиеттеріне жауапты екені анықталды. Phl ген кластері 2,4 DAPG биосинтезі, реттелуі, экспортталуы және ыдырауы үшін жауапты факторларды кодтайды. Осы кластерде phlHGFACBDE деген сегіз ген белгіленген және 2,4 DAPG өндіретін P. fluorescens штамдарында ұйымдық тұрғыдан сақталған. Бұл гендердің ішінде phlD гені 2,4 DAPG өндірісінің негізгі биосинтетикалық факторын білдіретін III типті поликетид синтазаны кодтайды. PhlD өсімдік халкон синтазаларымен ұқсастық көрсетеді және горизонтальді гендік трансфер нәтижесінде пайда болған болуы мүмкін деген гипотеза бар. Әлдебір жағдайларда барлық теорияларды қолдайтын эксперименталдық деректер бар; тақырып бойынша толық шолуды Хаас және Дефаго жасаған. P. fluorescens-тің бірнеше штамдары, мысалы Pf 5 және JL3985, ампициллин мен стрептомицинге табиғи төзімділікке ие болған. Бұл антибиотиктер биологиялық зерттеулерде плазмида экспрессиясын ынталандыру үшін селективті қысым құралы ретінде жиі қолданылады. Pf CL145A деп аталатын штам инвазивті зебра және квагга (Dreissena) мидияларын бақылауда үміт беретін шешім болып табылады. Бұл бактериялық штамм қоршаған ортадан оқшауланған және оның әсерінен осы мидиялардың 90%-дан астамы уыттану арқылы (яғни инфекция емес) өледі, бұл олардың жасушалық қабырғаларымен байланысты табиғи өнімдерге байланысты, ал өлген Pf 145A жасушалары тірі жасушалармен бірдей тиімділікпен мидияларды өлтіреді. Бактериялық жасушаларды жұтқаннан кейін мидиялардың өлімі асқазан безінің лизисі мен некрозынан және асқазан эпителийінің қабыршақтануынан кейін жүреді. Бүгінгі күнгі зерттеулер зебра және квагга мидияларына жоғары ерекшелік көрсетіп, мақсаттан тыс әсер ету қаупінің төмен екенін көрсетеді. Pf CL145A қазір Zequanox деген коммерциялық атаумен сатылымға түскен, оның құрамында белсенді ингредиент ретінде өлген бактериялық жасушалар бар. Соңғы нәтижелер P. fluorescens G20 18 штаммының фитогормон цитокинин өндірісінің өсімдіктердің кедергілігін белсендіре отырып, оның биобақылау активтілігі үшін маңызды екенін көрсетті.
The bacteria might induce systemic resistance in the host plant, so it can better resist attack by a true pathogen. The bacteria might outcompete other (pathogenic) soil microbes, e. g., by siderophores, giving a competitive advantage at scavenging for iron. The bacteria might produce compounds antagonistic to other soil microbes, such as phenazine type antibiotics or hydrogen cyanide. To be specific, certain P. fluorescens isolates produce the secondary metabolite 2,4 diacetylphloroglucinol (2,4 DAPG), the compound found to be responsible for antiphytopathogenic and biocontrol properties in these strains. The phl gene cluster encodes factors for 2,4 DAPG biosynthesis, regulation, export, and degradation. Eight genes, phlHGFACBDE, are annotated in this cluster and conserved organizationally in 2,4 DAPG producing strains of P. fluorescens. Of these genes, phlD encodes a type III polyketide synthase, representing the key biosynthetic factor for 2,4 DAPG production. PhlD shows similarity to plant chalcone synthases and has been theorized to originate from horizontal gene transfer. Some experimental evidence supports all of these theories, in certain conditions; a good review of the topic is written by Haas and Defago. Several strains of P. fluorescens, such as Pf 5 and JL3985, have developed a natural resistance to ampicillin and streptomycin. These antibiotics are regularly used in biological research as a selective pressure tool to promote plasmid expression. The strain referred to as Pf CL145A has proved itself a promising solution for the control of invasive zebra mussels and quagga mussels (Dreissena). This bacterial strain is an environmental isolate capable of killing >90% of these mussels by intoxication (i. e., not infection), as a result of natural product(s) associated with their cell walls, and with dead Pf 145A cells killing the mussels equally as well as live cells. Following ingestion of the bacterial cells mussel death occurs following lysis and necrosis of the digestive gland and sloughing of stomach epithelium. Research to date indicates very high specificity to zebra and quagga mussels, with low risk of nontarget impact. Pf CL145A has now been commercialized under the product name Zequanox, with dead bacterial cells as its active ingredient. Recent results showed the production of the phytohormone cytokinin by P. fluorescens strain G20 18 to be critical for its biocontrol activity by activating plant resistance.
Медициналық әсері
P. fluorescens бактерияларын өсіру арқылы мупироцин (антибиотик) өндіріледі, ол тері, құлақ және көз ауруларын емдеуде тиімді. Мупироцин еркін қышқылы және оның тұздары мен эфирлері қазіргі уақытта метициллинге төзімді Staphylococcus aureus инфекциясын емдеу үшін кремдерде, майлар мен спрейлерде қолданылады. Pseudomonas fluorescens гемолитикалық белсенділік көрсетеді, нәтижесінде қан құю кезінде инфекция тудыруы мүмкін. Pseudomonas fluorescens Obafluorin антибиотигін шығарады. Жақындағы жағдайлар Pseudomonas fluorescens тудырған пневмонияның тіркелгенін көрсетті. Бұл зерттеулер маңызды, себебі олар өкпе биопсиясының үлгілерінен P. fluorescens-ті анықтайды, оның патогендік потенциалын ашады және антибиотиктерге сезімталдықты анықтау негізінде емдеу стратегияларын ұсынады. Pseudomonas fluorescens кешенінің антимикробтық резистенттілік механизмдерін зерттеу, әртүрлі ортадан оқшауланған штаммдардың антимикробтық препараттарға ие және қабылданған резистенттілігін қарастырады. Бұл зерттеулер антимикробтық резистенттіліктің эволюциясын түсіну және P. fluorescens-тің клиникалық маңызды резистенттілік гендерінің ықтимал резервуары ретіндегі рөлі үшін маңызды. Pseudomonas fluorescens биотехнологиялық қолдану үшін зерттелуде, әсіресе орта тізбекті полигидроксиалканоаттар (MCL PHAs) өндірісінде. Бұл биодеградацияланатын полимерлер медициналық құралдар мен дәрілік заттарды жеткізу жүйелерінде қолдануға ие. Pseudomonas fluorescens адамдарда аурудың сирек себебі болып табылады және көбінесе иммундық жүйесі нашарлаған науқастарға (мысалы, қатерлі ісікпен емделіп жатқан науқастарға) әсер етеді. 2004-2006 жылдар аралығында АҚШ-та P. fluorescens инфекциясының таралуы алты штаттан 80 науқасты қамтыды. Инфекцияның көзі – қатерлі ісікпен ауыратын науқастарға қолданылатын гепаринмен қосылған физиологиялық ерітінді болды. Pseudomonas fluorescens балықтардың қанаттарының шіруіне де себеп болатыны белгілі.
Биоремедиациялық қасиеттері
Pseudomonas fluorescens биологиялық топырақтарды қалпына келтіру әлеуетімен көбірек таныла бастады, әсіресе көмірсутектер сияқты қоршаған ортаның ластаушыларын ыдыратуда. Бір зерттеу көрсеткендей, P. fluorescens-ті биостимуляциялау және биоаугментациялау ластанған топырақтанғы жалпы мұнай көмірсутектерін (ЖМК) жоюға маңызды үлес қосады. Бұл процеске бактерияның биосерфактанттар өндіруі көмектеседі, олар көмірсутектердің ыдырау үшін қолжетімділігін арттырады. Тағы да зерттеулер Pseudomonas түрлерінің, соның ішінде P. fluorescens-тің эутрофты суларда биоқабықша түзу және денитрификациялау қабілеттерін қарастырды. Биоқабықшалар құру және жасушадан тыс полимерлік заттар (ЖПЗ) өндіру қабілеті осы бактериялардың биологиялық қалпына келтіру әлеуетін арттырады. Атап айтқанда, күшті биоқабықша түзу және ЖПЗ өндіру қабілеттерін көрсететін штаммдар судың ластануымен күресу үшін маңызды нитраттарды жою қабілетін арттырады. Осы нәтижелер Pseudomonas fluorescens-тің қоршаған ортаны тазалаудағы маңыздылығын және оның мұнаймен ластанған және қоректік заттарға жеткіліксіз топырақтарды, сондай-ақ нитраттармен ластанған суды өңдеуде қолданылу мүмкіндігін көрсетеді.
Ауыл шаруашылығы ғылыми-зерттеулері
Pseudomonas fluorescens ауыл шаруашылығында биологиялық бақылау қасиеттерімен көбірек таныла бастады. Жақындағы зерттеулер оның саңырауқұлақтар, нематодалар және бактериялар сияқты өсімдік патогендерінің әртүрлі түрлерін бақылаудағы тиімділігін көрсетті. Бактерияның антибиотиктер және фитогормондар сияқты екіншілік метаболиттерді өндіру қабілеті оның биологиялық бақылау тиімділігіне үлес қосады. Бұл метаболиттер патогендердің өсуін тежеп қана қоймай, сонымен қатар өсімдіктерде жүйелік тұрақтылықты күшейтеді, осылайша олардың табиғи қорғаныс механизмдерін жақсартады. Бұдан өзге, P. fluorescens биологиялық бақылау агенті ретінде қолдану химиялық пестицидтерге тұрақты балама болып табылады, қоршаған ортаның саулығын жақсартады және ауыл шаруашылығының экологиялық іздерін азайтады. Аталған сала бойынша жүргізіліп жатқан зерттеулер P. fluorescens-ті биологиялық бақылау үшін пайдалануды оңтайландыруға және оның өсімдіктерді аурулардан қорғауға мүмкіндік беретін негізгі механизмдерді түсінуге бағытталған.
Метаболизм
Pseudomonas fluorescens феназин, феназин карбон қышқылы, 2,4-диацетилфлорглюцинол және MRSA-ға қарсы белсенді антибиотик мупироцин өндіреді.
Биологиялық ыдырау қабілеттері
4 гидроксиацетофенон монооксигеназа – P. fluorescens-те табылған, пицеолды, НАДФ, H+ және O2-ны 4 гидроксифенил ацетаты, НАДФ+ және H2O-ға айналдыратын фермент.