Введение

Вид бактерии

Pseudomonas fluorescens – широко распространенная грамотрицательная палочковидная бактерия. Она относится к роду Pseudomonas; анализ 16S рРНК и филогеномный анализ отнесли P. fluorescens к группе P. fluorescens внутри этого рода, давшей название всей группе.

Общие характеристики

Pseudomonas fluorescens имеет несколько жгутиков. Она обладает чрезвычайно универсальным метаболизмом и встречается в почве и воде. Это облигатный аэроб, но некоторые штаммы способны использовать нитрат вместо кислорода в качестве конечного акцептора электронов при клеточном дыхании. Оптимальные температуры для роста P. fluorescens составляют 25–30°C. Тест на оксидазу дает положительный результат. Это также несахаролитический вид бактерий. P. fluorescens и другие подобные псевдомонады продуцируют термостабильные липазы и протеазы. Эти ферменты вызывают порчу молока, приводя к появлению горечи, расщеплению казеина и образованию слизи, а также к коагуляции белков.

Имя

Слово Pseudomonas означает «ложная единица», происходя от греческих слов pseudēs (греч. ψευδής – ложный) и monas (лат. monas, от греч. μονάς – одиночная единица). Это слово использовалось на ранних этапах развития микробиологии для обозначения микроорганизмов. Видовой эпитет fluorescens указывает на способность микроба выделять растворимый флуоресцентный пигмент, называемый пиовердином, который является типом сидерофора.

Генемика

Были секвенированы, в частности, известные штаммы P. fluorescens SBW25, Pf 5 и PfO 1. Сравнительное геномное исследование (в 2020 году) проанализировало 494 полных генома рода Pseudomonas, среди которых 25 были аннотированы как P. fluorescens. Расслабленная эволюционная группа P. fluorescens была определена Николаидисом и соавторами.

Взаимодействие с Dictyostelium

Существует два штамма Pseudomonas fluorescens, ассоциированных с Dictyostelium discoideum. Один штамм является источником пищи, а другой – нет. Основное генетическое различие между этими двумя штаммами – мутация гена глобального активатора, называемого gacA. Этот ген играет ключевую роль в регуляции генов; когда этот ген мутирует в непищевом бактериальном штамме, он превращается в пищевой бактериальный штамм.

Свойства биоконтроля

Некоторые штаммы P. fluorescens (например, CHA0 или Pf 5) обладают свойствами биоконтроля, защищая корни некоторых видов растений от паразитических грибов, таких как Fusarium или oomycete Pythium, а также некоторых фитофагозных нематод. Точный механизм, посредством которого P. fluorescens проявляет свойства, стимулирующие рост растений, до конца не ясен; выдвигаются следующие теории: бактерии могут индуцировать системную устойчивость в растении-хозяине, повышая его способность противостоять атаке истинных патогенов; бактерии могут конкурировать с другими (патогенными) почвенными микробами, например, за счет производства сидерофоров, что дает им конкурентное преимущество в поглощении железа; бактерии могут производить соединения, антагонистичные другим почвенным микробам, такие как антибиотики типа феназина или цианистый водород. В частности, некоторые изоляты P. fluorescens продуцируют вторичный метаболит 2,4-диацетилфлороглюцинол (2,4 DAPG) – соединение, которое, как было установлено, отвечает за антифитопатогенные и биоконтрольные свойства этих штаммов. Генный кластер phl кодирует факторы, необходимые для биосинтеза, регуляции, экспорта и деградации 2,4 DAPG. В этом кластере аннотированы восемь генов – phlHGFACBDE, – которые сохраняют свою организацию у штаммов P. fluorescens, продуцирующих 2,4 DAPG. Из этих генов phlD кодирует поликетидсинтазу III типа, являющуюся ключевым биосинтетическим фактором для производства 2,4 DAPG. PhlD проявляет сходство с растительными халконовыми синтазами и, по одной из гипотез, возник в результате горизонтального переноса генов. Некоторые экспериментальные данные подтверждают все эти теории в определенных условиях; хороший обзор этой темы представлен в работе Хааса и Дефаго. Несколько штаммов P. fluorescens, таких как Pf 5 и JL3985, выработали естественную устойчивость к ампициллину и стрептомицину. Эти антибиотики регулярно используются в биологических исследованиях в качестве инструмента селективного давления для стимуляции экспрессии плазмид. Штамм Pf CL145A оказался перспективным решением для борьбы с инвазивными мидиями-зебрами и мидиями-кваггами (Dreissena). Этот штамм бактерий представляет собой изолят из окружающей среды, способный уничтожать более 90% этих моллюсков путем интоксикации (то есть не инфекции) в результате действия природных продуктов, связанных с их клеточными стенками, причем мертвые клетки Pf 145A убивают моллюсков так же эффективно, как и живые. После поглощения бактериальных клеток гибель мидий наступает в результате лизиса и некроза пищеварительной железы и отслоения эпителия желудка. Результаты исследований на сегодняшний день указывают на очень высокую специфичность к мидиям-зебрам и мидиям-кваггам, с низким риском воздействия на нецелевые организмы. Pf CL145A теперь коммерчески доступен под названием Zequanox, в качестве активного ингредиента в котором используются мертвые бактериальные клетки. Недавние результаты показали, что продукция фитогормона цитокинина штаммом P. fluorescens G20 18 играет решающую роль в его биоконтрольной активности, активируя устойчивость растений.

Медицинские последствия

При культивировании P. fluorescens можно получить мупироцин (антибиотик), который оказался эффективным средством при лечении кожных, ушных и глазных заболеваний. Свободная мупироциновая кислота, ее соли и эфиры в настоящее время используются в кремах, мазях и спреях для лечения инфекций, вызванных Staphylococcus aureus, устойчивым к метициллину. Pseudomonas fluorescens демонстрирует гемолитическую активность и, как следствие, может вызывать заражение переливаемой крови. Pseudomonas fluorescens производит антибиотик Обафлорин. Недавние клинические случаи показали, что Pseudomonas fluorescens может быть причиной пневмонии. Эти исследования важны, поскольку идентифицируют P. fluorescens в образцах биопсии легких, что позволяет лучше понять его патогенный потенциал и разработать стратегии лечения на основе определения чувствительности к антибиотикам. Продолжающиеся исследования механизмов антибиотикорезистентности комплекса Pseudomonas fluorescens изучают как врожденную, так и приобретенную устойчивость к антимикробным препаратам у штаммов, выделенных из различных источников. Эти исследования имеют решающее значение для понимания эволюции антибиотикорезистентности и роли P. fluorescens как потенциального резервуара клинически значимых генов резистентности. Pseudomonas fluorescens изучается на предмет его биотехнологических применений, в частности, в производстве полигидроксиалканоатов средней длины цепи (MCL PHAs). Эти биоразлагаемые полимеры могут найти применение в медицинских приборах и системах доставки лекарств. Pseudomonas fluorescens является редкой причиной заболеваний у людей и обычно поражает пациентов с ослабленной иммунной системой (например, пациентов, проходящих лечение от рака). С 2004 по 2006 год в Соединенных Штатах произошла вспышка инфекции, вызванной P. fluorescens, которая затронула 80 пациентов в шести штатах. Источником инфекции стали загрязненные гепаринизированные физиологические растворы, используемые для промывания катетеров у больных раком. Pseudomonas fluorescens также является известной причиной гниения плавников у рыб.

Биоремедиационные свойства

Pseudomonas fluorescens все чаще признается за ее потенциал в биоремедиации, особенно в разложении загрязняющих веществ окружающей среды, таких как углеводороды. Исследование показало, что биостимуляция и биоаугментация с использованием P. fluorescens могут значительно способствовать удалению общего количества углеводородов нефти (ТПГ) из загрязненной почвы. Этот процесс облегчается производством бактериями биосурфактантов, которые повышают биодоступность углеводородов для разложения. Дальнейшие исследования изучили способность к образованию биопленок и денитрификации у видов Pseudomonas, включая P. fluorescens, в эвтрофических водах. Способность формировать биопленки и производить внеклеточные полимерные вещества (ЭПС) повышает потенциал биоремедиации этих бактерий. В частности, штаммы, демонстрирующие сильную способность к образованию биопленок и производству ЭПС, обладают более высокой способностью к удалению нитратов, что крайне важно для борьбы с загрязнением воды. Эти результаты подчеркивают важность Pseudomonas fluorescens в усилиях по очистке окружающей среды и ее потенциальное применение для обработки почв, загрязненных нефтью и обедненных питательными веществами, а также вод, загрязненных нитратами.

Сельскохозяйственные исследования

Pseudomonas fluorescens все чаще признается за ее свойства биоконтроля в сельском хозяйстве. Недавние исследования продемонстрировали ее эффективность в контроле широкого спектра патогенов растений, включая грибы, нематоды и бактерии. Способность бактерии производить вторичные метаболиты, такие как антибиотики и фитогормоны, способствует ее эффективности в качестве биоконтролирующего агента. Эти метаболиты не только подавляют рост патогенов, но и индуцируют системную устойчивость у растений, усиливая их естественные защитные механизмы. Более того, применение P. fluorescens в качестве биоконтролирующего агента оказалось устойчивой альтернативой химическим пестицидам, способствуя сохранению здоровья окружающей среды и снижению экологического воздействия сельскохозяйственной практики. Продолжающиеся исследования в этой области сосредоточены на оптимизации использования P. fluorescens для биоконтроля и понимании лежащих в основе механизмов, позволяющих ей защищать сельскохозяйственные культуры от заболеваний.

Метаболизм

Pseudomonas fluorescens продуцирует феназин, феназинкарбоновую кислоту, 2,4-диацетилфлороглюцинол и антибиотик мупироцин, активный против MRSA.

Способность к биоразложению

4-гидроксиацетофенонмонооксигеназа — фермент, обнаруженный в P. fluorescens, который превращает пицеол, NADPH, H⁺ и O₂ в 4-гидроксифенилацетат, NADP⁺ и H₂O.