Молекулярно-генетический анализ детерминант, кодирующих β-галактозидазы бактерий

Морозова А. Н.; Охремчук А. Э.; Головнева Н. А.

Молекулярно-генетический анализ детерминант, кодирующих β-галактозидазы бактерий

Морозова А. Н., Охремчук А. Э., Головнева Н. А.

2022

https://doi.org/10.29235/1029-8940-2022-67-3-274-284

Проведен молекулярно-генетический анализ генома бактерий B. longum БИМ B-813Д, отличающихся высоким уровнем продукции β-галактозидазы. В геноме B. longum БИМ B-813Д выявлены гены Bgal_small_N, lacZ1, bgaB1, bgaB2, bgaB3 и lacZ2, кодирующие синтез β-галактозидаз. Предполагается, что lacZ1, bgaB2 и bgaB3, характеризующиеся высокой степенью идентичности с генами близкородственных видов бифидобактерий, кодируют ферменты, которые осуществляют специфические реакции гидролиза и трансгликозилирования углеводов. Установлено, что ферменты BgaB1, BgaB2 и BgaB3 относятся к семейству GH42 гликозил-гидролаз, а LacZ1 и LacZ2 – к семейству GH2. Детально рассмотрены области генома, кодирующие синтез β-галактозидаз В. longum БИМ В-813 Д. Сравнительный анализ локуса lacZ1 B. longum БИМ B-813 Д и сходной области генома AS143_01230 B. longum subsp. longum MC-42 показал наличие у B. longum БИМ B-813 гена транспозазы ISL3. Предполагается, что наличие инсерционной последовательности ISL3 в области lacZ1 приводит к изменению экспрессии гена и увеличению продукции β-галактозидазы у B. longum БИМ B-813Д.

Морозова А. Н., Охремчук А. Э., Головнева Н. А. Молекулярно-генетический анализ детерминант, кодирующих β-галактозидазы бактерий. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2022;67(3):274-284. https://doi.org/10.29235/1029-8940-2022-67-3-274-284

Цитирование

Список литературы

1. Микробиота / под ред. Е. Л. Никонова, Е. Н. Поповой. ‒ М. : Медиа Сфера, 2019. ‒ 256 с.

2. Mitsuoka, T. Development of functional foods / T. Mitsuoka // Biosci. Microbiota Food Health. – 2014. – Vol. 33, N 3. – P. 117‒128. https://doi.org/10.12938/bmfh.33.117

3. Rodriguez, C. I. Evolutionary relationships among bifidobacteria and their hosts and environments / C. I. Rodriguez, J. B. H. Martiny // BMC Genomics. – 2020. – Vol. 21, N 1. ‒ Art. 26. https://doi.org/10.1186/s12864-019-6435-1

4. Klijn, A. Lessons from the genomes of bifidobacteria / A. Klijn, A. Mercenier, F. Arigoni // FEMS Microbiol. Rev. – 2005. – Vol. 29, N 3. – P. 491‒509. https://doi.org/10.1016/j.femsre.2005.04.010

5. Pokusaeva, K. Carbohydrate metabolism in Bifidobacteria / K. Pokusaeva, G. F. Fitzgerald, D. van Sinderen // Genes Nutr. – 2011. – Vol. 6, N 3. – P. 285‒306. https://doi.org/10.1007/s12263-010-0206-6

6. Uchil, P. D. β-Galactosidase / P. D. Uchil, A. Nagarajan, P. Kumar // Cold Spring Harb. Protoc. – 2017. – Vol. 2017, N 10. https://doi.org/10.1101/pdb.top096198

7. Zolnere, K. The comparison of commercially available β-galactosidases for dairy industry: review / K. Zolnere, Ciprovica // The Annual 23th International scientific conference “Research for Rural Development 2017” (Jelgava (Latvia), May 17–19, 2017) / Latvia Univ. of Agriculture. – Jelgava, 2017. – Vol. 1. – P. 215–222.

8. Transgalactosylation and hydrolytic activities of commercial preparations of β-galactosidase for the synthesis of prebiotic carbohydrates / C. Guerrero [et al.] // Enzyme Microb. Technol. – 2015. – Vol. 70. – P. 9‒17. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2014.12.006

9. Морозова, А. Н. Использование химического мутагенеза для получения штамма бифидобактерий с повышенной продукцией β-галактозидазы / А. Н. Морозова, Н. А. Головнева // Молодежь в науке ‒ 2011 : материалы Междунар. науч. конф. молодых ученых, г. Минск, 25‒29 апр. 2011 г. : в 5 ч. ‒ Минск, 2012. ‒ Ч. 3 : Сер. биол. наук ; Сер. мед. наук / редкол. : И. Д. Волотовский (гл. ред.) [и др.]. ‒ С. 132–135.

10. Морозова, А. Н. Особенности генома Bifidobacterium longum БИМ B-813Д, отражающие адаптацию бактерий к среде обитания / А. Н. Морозова, А. Э. Охремчук, Н. А. Головнева // Микробные биотехнологии: фундаментальные и прикладные аспекты : сб. науч. тр. / редкол. : Э. И. Коломиец [и др.]. – Минск, 2021. – Т. 13. – С. 66‒76.

11. Tupikin, A. E. Draft genome sequence of the probiotic Bifidobacterium longum subsp. longum strain MC-42 / A. E. Tupikin, A. I. Kalmykova, M. Kabilov // Genome Announc. – 2016. – Vol. 4, N 6. – P. e01411-16. https://doi.org/10.1128/genomeA.01411-16

12. Devika, N. T. Deciphering the metabolic capabilities of Bifidobacteria using genome-scale metabolic models / N. T. Devika, K. Raman // Sci. Rep. – 2019. – Vol. 9, N 1. – Art. 18222. https://doi.org/10.1038/s41598-019-54696-9

13. The abundance and variety of carbohydrate-active enzymes in the human gut microbiota / A. E. Kaoutari [et al.] // Nat. Rev. Microbiol. – 2013. – Vol. 11, N 7. – P. 497‒504. https://doi.org/10.1038/nrmicro3050

14. A structural view of the action of Escherichia coli (lacZ), β-galactosidase / D. H. Juers [et al.] // Biochemistry. – 2001. – Vol. 40, N 49. – P. 14781‒14794. https://doi.org/10.1021/bi011727i

15. α-Amylase: an enzyme specificity found in various familiesof glycoside hydrolases / Š. Janeček [et al.] // Cell. Mol. Life Sci. – 2014. – Vol. 71, N 7. – P. 1149–1170. https://doi.org/10.1007/s00018-013-1388-z

16. Galactosidases of strain Bifidobacterium Longum Bim В-813d with transglycosylating activity / A. Morozova [et al.] // Eurasian J. Appl. Biotechnol. – 2021. – N 2. https://doi.org/10.11134/btp.2.2021.5

17. Guglielmetti1, S. Mobilome and genetic modification of bifidobacteria / S. Guglielmetti1, B. Mayo, P. Álvarez-Martín // Beneficial Microbes. – 2013. – Vol. 4, N 2. – P. 143‒166. https://doi.org/10.3920/BM2012.0031

18. Structural explanation for allolactose (lac operon inducer) synthesis by lacZ β-galactosidase and the evolutionary relationship between allolactose synthesis and the lac repressor / R. W. Wheatley [et al.] // J. Biol. Chem. – 2013. – Vol. 288, N 18. – P. 12993‒3005. https://doi.org/10.1074/jbc.M113.455436

19. Zafar, H. Comparative analyses of the transport proteins encoded within the genomes of nine bifidobacterium species / Н. Zafar, M. H. Saier (Jr.) // Microb. Physiol. – 2022. – Vol. 32, N 1–2. – P. 30‒44. https://doi.org/10.1159/000518954

20. Cloning and characterization of a mammalian proton-coupled metal-ion transporter / H. Gunshin [et al.] // Nature. – 1997. – Vol. 388, N 6641. – P. 482‒488. https://doi.org/10.1038/41343

21. Comparative genomics and evolution of regulons of the LacI-family transcription factors / D. A. Ravcheev [et al.] // Front. Microbiol. – 2014. – Vol. 5. – Art. 294. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00294

22. Genomics of the genus bifidobacterium reveals species-specific adaptation to the glycan-rich gut environment / C. Milani [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. – 2016. – Vol. 82, N 4. – P. 980‒991. https://doi.org/10.1128/AEM.03500-15

Источник

Информация

Автор

Морозова А. Н. Институт микробиологии НАН Беларуси
Охремчук А. Э. Институт микробиологии НАН Беларуси
Головнева Н. А. Институт микробиологии НАН Беларуси

Страницы

274-284

Год издания

2022

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук