Preview

Health, Food & Biotechnology

Расширенный поиск

Выделение и характеристика штамма Pantoea cypripedii 4A, продуцирующего высокомолекулярный экзополисахарид

https://doi.org/10.36107/hfb.2020.i4.s90

Полный текст:

Аннотация

В условиях потребности отдельных отраслей промышленности в биополимерах с различными характеристиками поиск новых микроорганизмов, обладающих высоким потенциалом в отношении синтеза высокомолекулярных экзополисахаридов, имеет первостепенное значение. В работе исследован бактериальный штамм Pantoea cypripedii 4А, выделенный методом прямого высева на богатой агаризованной питательной среде, как потенциальный продуцент внеклеточных полисахаридов. Данный штамм был выделен из лесной подстилки, смешанной с верхним слоем почвы Приокско-Террасного заповедника им. М.А. Заблоцкого. Штамм Pantoea cypripedii 4А способен к синтезу ЭПС на среде с 5%-ой сахарозой, что было подтверждено реакцией Подобедова – Молиша (качественной реакцией на углеводы в среде). Гель-проникающая хроматография позволила установить, что изолированный микроорганизм на среде с 5%-ой сахарозой продуцирует экзополисахарид с молекулярной массой около 1,69 МДа. Однако, наличие двух более низкомолекулярных пиков, может свидетельствовать о том, что получаемый продукт по составу может быть неоднороден. Выход сухого биополимера при выращивании штамма на минеральной среде с сахарозой в конечной концентрации 5% без добавления дополнительных компонентов, как то микроэлементы, составлял 8,5 г/л. Одной из важных характеристик ЭПС является вязкость их водных растворов. Измеренная динамическая вязкость 10%-го раствора ЭПС, синтезируемого Pantoea cypripedii 4А, была 1,728 мПа×с. Несмотря на то, что продукция внеклеточных полисахаридов может стимулироваться в стрессовых условиях, ни при пониженном доступе кислорода, ни при пониженной температуре биосинтеза ЭПС исследуемым штаммом не наблюдается. 

Об авторах

Олеся Ивановна Сазонова
ООО «Научно-производственная фирма ЭКОБИОТЕХ»; Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН, ФИЦ ПНЦБИ РАН,
Россия

кандидат биологических наук



Анна Андрияновна Ветрова
ООО «Научно-производственная фирма ЭКОБИОТЕХ»; Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН, ФИЦ ПНЦБИ РАН,
Россия

кандидат биологических наук



Арслан Булатович Гафаров
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН, ФИЦ ПНЦБИ РАН
Россия


Мария Вадимовна Шарова
ООО «Научно-производственная фирма ЭКОБИОТЕХ»; Московский государственный университет пищевых производств,
Россия


Сергей Львович Соколов
ООО «Научно-производственная фирма ЭКОБИОТЕХ»; Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН, ФИЦ ПНЦБИ РАН
Россия


Список литературы

1. Гвоздяк, Р.И. (1989). Микробный полисахарид ксантан. Наукова думка.

2. Елинов, Н.П. (1984) Химия микробных полисахаридов. Высшая школа.

3. Мелентьев, А.И. (2017). Уникальный природный штамм Paenibacillus ehimensis IB-739. Нарочанские чтения - 11. (с. 58-63). Белорусский государственный университет, Северо-Кавказский федеральный университет.

4. Пирог, Т.П., Гринберг, Т.А., & Малашенко, Ю.Р. (1997). Защитные функции экзополисахаридов, синтезируемых бактериями Acinetobacter sp. Микробиология, 66(3), 335 – 340.

5. Середа, А.С., Костылева, Е.В., Великорецкая, И.А., Цурикова, Н.В., Хабибулина, Н.В., Бикбов, Т.М., Бикбов, Т.М., Бубнова, Т.В. & Немашкалов, В.А. (2019). Использование препарата на основе низкомолекулярных веществ сои для повышения активности ксиланазы и эндоглюканазы мутантного штамма Trichoderma reesei Co-44. Биотехнология, 35(5), 70 – 79. https://doi.org/10.21519/0234-2758-2019-35-5-70-79

6. Andhare, P., Chauhan, K., Dave M., & Pathak, H. (2014). Microbial exopolysaccharides: advances in applications and future prospects. Biotechnology, 3, 1–25. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.3518.4484

7. Amellal, N., Burtin, G., Bartoli, F., & Heulin, T. (1998). Colonization of wheat roots by an exopolysaccharide-producing Pantoea agglomerans strain and its effect on rhizosphere soil aggregation Appllied Environmental of Microbiolology, 64, 3740–3747.

8. Banerjee, A., Rudra, S.G., Mazumder, K., Nigam, V., & Bandopadhyay, R. (2018). Structural and functional properties of exopolysaccharide excreted by a novel Bacillus anthracis (Strain PFAB2) of hot spring. Original Indian Journal of Microbiology, 58, 39–50, https://doi.org/10.1007/s12088-017-0699-4

9. Barcelos, M. C. S., Vespermann, K. A. C., Pelissari F. M., & Molina G. (2020). Current status of biotechnological production and applications of microbial exopolysaccharides. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 60(9), 1475-1495, https://doi.org/10.1080/10408398.2019.1575791

10. Benit, N., & Roslin, A.S. (2018). Isolation and characterization of larvicidal extracellular polysaccharide (EPS) from Pseudomonas aeruginosa B01. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 7, 109-120, https://doi.org/10.20546/ijcmas.2018.701.013

11. Birch, J., Van Calsteren, M.-R., Pérez, S. & Svensson, B. (2019). The exopolysaccharide properties and structures database: EPS-DB. Application to bacterial exopolysaccharides. Carbohydrate Polymers, 205, 565–570. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.10.063

12. De Bruyne, K., Slabbinck, B., Waegeman, W., Vauterin, P., De Baets, B., & Vandamme, P. (2011). Bacterial species identification from MALDI-TOF mass spectra through data analysis and machine learning. Systematic and Applied Microbiology, 34, 20 – 29. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2010.11.003

13. Carrion, O., Delgado, L., & Mercade, E. (2015). New emulsifying and cryoprotective exopolysaccharide from Antarctic Pseudomonas sp. ID1. Carbohydrate polymers, 117, 1028 – 1034. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.08.060

14. Castellane, T. C., Lemos, M., & Lemos, E. (2018). Exploring and utilization of some bacterial exopolysaccharides. Biopolymers Research, 2(1), 1000106

15. Chrismas, N., Barker, A. G., & Anesio, A.M. (2016). Genomic mechanisms for cold tolerance and production of exopolysaccharides in the Arctic cyanobacterium Phormidesmis priestleyi BC1401. BMC Genomics, 17(1), 533. https://doi.org/10.1186/s12864-016-2846-4

16. Guezennec, J. (2016). Bacterial exopolysaccharides from unusual environments and their applications. In H.C. Flemming, T.R. Neu, J. Wingender (Eds) The Perfect Slime: Microbial Extracellular Polymeric Substances (EPS) (p.135). N. Y.: Springer.

17. Leroy, F., & De Vuyst, L. (2016). Advances in production and simplified methods for recovery and quantification of exopolysaccharides for applications in food and health. Journal of Dairy Science, 99(4), 3229 – 3238. https://doi.org/10.3168/jds.2015-9936

18. Leung, M.Y., Liu, C., Koon, J.C., & Fung, K.P. (2006). Polysaccharide biological response modifiers. Immunology Letter, 105(2), 101-114. https://doi.org/10.1016/j.imlet.2006.01.009.

19. Marx, J.G., Carpenter, S.D., & Deming, J.W. (2009). Production of cryoprotectant extracellular polysaccharide substances (EPS) by the marine psychrophilic bacterium Colwellia psychrerythraea strain 34H under extreme conditions. Canadian Journal of Microbiology, 55(1), 63 –72. https://doi.org/10.1139/W08-130

20. Matsumoto, Y., & Kuroyanaqi, Y. (2010). Development of a wound dressing composed of hyaluronic acid sponge containing arginine and epidermal growth factor. Journal of Biomaterials Science Polymer, 21, 715–726. https://doi.org/10.1163/092050611X555687

21. Niknezhad, S. V., Morowvat, M. H., Najafpour D., G., Iraji, A., & Ghasemi, Y. (2018). Exopolysaccharide from Pantoea sp. BCCS 001 GH isolated from nectarine fruit: production in submerged culture and preliminary physicochemical characterizations. Food Science and Biotechnology, 27, 1735–1746. https://doi.org/10.1007/s10068-018-0409-y

22. Okonechnikov, K., Golosova, O., Fursov, M., & UGENE team (2012). Unipro UGENE: a unified bioinformatics toolkit. Bioinformatics (Oxford, England), 28(8), 1166–1167. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts091

23. Ostapska, H., Howell, P.L., & Sheppard, D.C. (2018) Deacetylated microbial biofilm exopolysaccharides: It pays to be positive. PLOS Pathogens, 14(12), e1007411. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007411

24. Roca, C., Alves, V.D., Freitas, F., & Reis, M.A. (2015). Exopolysaccharides enriched in rare sugars: bacterial sources, production, and applications. Frontiers in microbiology, 6, 288 – 291. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00288

25. Sambrook, J., Fritsch, E.F., & Maniatis, T. (1989). Molecular cloning: a laboratory manual. 2nd ed. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press.

26. Silva, L.A., Lopes Neto, J.H.P. & Cardarelli, H.R. (2019). Exopolysaccharides produced by Lactobacillus plantarum: technological properties, biological activity, and potential application in the food industry. Annual Microbiology, 69, 321–328 https://doi.org/10.1007/s13213-019-01456-9

27. Silvi, S., Barghini, P., Aquilanti, A., Juarez-Jimenez, B., & Fenice, M. (2013). Physiologic and metabolic characterization of a new marine isolate (BM39) of Pantoea sp. producing high levels of exopolysaccharide. Microbial Cell Factories, 12(1), 10. https://doi.org/10.1186/1475-2859-12-10

28. Sun, L., Lei, P., Wang, Q., Ma, J., Zhan, Y., Jiang, K., Xu, Z. & Xu, H. (2020). The endophyte Pantoea alhagi NX-11 alleviates salt stress damage to rice seedlings by secreting exopolysaccharides. Frontiers in Microbiology, 10, 3112. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.03112

29. Sutherland, I.W. (2005). Microbial exopolysaccharides. In Polysaccharides: structural diversity and functional versatility.(pp. 431-457). N.Y.: Marcel Dekker, Inc.

30. Trabelsi, I., Slima, S.B., Chaabane, H., & Riadh, B.S. (2015). Purification and characterization of a novel exopolysaccharides produced by Lactobacillus sp. Ca6. International Journal of Biological Macromolecules, 74, 541–546. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2014.12.045

31. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysaccharides from lactic acid bacteria. FEMS Microbiology Reviews. 23, 153–177. https://doi.org/10.1016/S0168-6445(98)00042-4

32. Weisburg, W.G., Barnes, S.M., Pelletier, D.A., & Lane, D.J. (1991). 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. Journal of Bacteriology, 73, 697–703.


Рецензия

Для цитирования:


Сазонова О.И., Ветрова А.А., Гафаров А.Б., Шарова М.В., Соколов С.Л. Выделение и характеристика штамма Pantoea cypripedii 4A, продуцирующего высокомолекулярный экзополисахарид. Health, Food & Biotechnology. 2020;2(4):70-80. https://doi.org/10.36107/hfb.2020.i4.s90

For citation:


Sazonova O.I., Vetrova A.A., Gafarov A.B., Sharova M.V., Sokolov S.L. Identification and characteristics of Pantoea cypripedii 4A strain producing high molecular exopolysaccharide. Health, Food & Biotechnology. 2020;2(4):70-80. (In Russ.) https://doi.org/10.36107/hfb.2020.i4.s90

Просмотров: 127


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2712-7648 (Online)