Furaquinocins K and L : Novel Naphthoquinone-Based Meroterpenoids from Streptomyces sp. Je 1-369

Actinomycetes are the most prominent group of microorganisms that produce biologically active compounds. Among them, special attention is focused on bacteria in the genus Streptomyces. Streptomycetes are an important source of biologically active natural compounds that could be considered therapeutic agents. In this study, we described the identification, purification, and structure elucidation of two new naphthoquinone-based meroterpenoids, furaquinocins K and L, from Streptomyces sp. Je 1-369 strain, which was isolated from the rhizosphere soil of Juniperus excelsa (Bieb.). The main difference between furaquinocins K and L and the described furaquinocins was a modification in the polyketide naphthoquinone skeleton. In addition, the structure of furaquinocin L contained an acetylhydrazone fragment, which is quite rare for natural compounds. We also identified a furaquinocin biosynthetic gene cluster in the Je 1-369 strain, which showed similarity (60%) with the furaquinocin B biosynthetic gene cluster from Streptomyces sp. KO-3988. Furaquinocin L showed activity against Gram-positive bacteria without cytotoxic effects

Flavacol and Its Novel Derivative 3-β-Hydroxy Flavacol from Streptomyces sp. Pv 4-95 after the Expression of Heterologous AdpA

Actinomycetes are one of the main producers of biologically active compounds. However, their capabilities have not been fully evaluated due to the presence of many unexpressed silent clusters; moreover, actinomycetes can probably produce new or previously discovered natural products under certain conditions. Overexpressing the adpA gene into streptomycetes strains can unlock silent biosynthetic gene clusters. Herein, we showed that by applying this approach to Streptomyces sp. Pv 4-95 isolated from Phyllostachys viridiglaucescens rhizosphere soil, two new mass peaks were identified. NMR structure analysis identified these compounds as flavacol and a new 3-β-hydroxy flavacol derivative. We suggest that the presence of heterologous AdpA has no direct effect on the synthesis of flavacol and its derivatives in the Pv 4-95 strain. However, AdpA affects the synthesis of precursors by increasing their quantity, which then condenses into the resulting compounds

Біосинтетичний потеціал актиноміцетів ризосфери Helianthemum stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd.

Background. Today the actual problems of humanity are the high frequency of the emergence of new multi-resistant pathogenic microorganisms, lack of food and pollution, especially agro-ecosystems. Screening of new natural products and introducing them in medicine, veterinary medicine, agriculture, etc. is one of the approaches to solving these problems. Objects of particular interest are actinomycetes – record holders in the production of biologically active compounds.Objective. The purpose of the paper is evaluation of the biosynthetic properties of actinomycetes from the rhizosphere of the endemic Helianthemum stevenii Rupr. Ex Juz & Pozd. from Crimean peninsula.Methods. Samples of the H. stevenii Rupr. Ex Juz & Pozd. rhizosphere were taken on the southern slopes of the Nikita Range (Crimean Peninsula). Actinomycetes were isolated by direct sowing of the washed rhizosphere, aqua solution of phenol treatment of the roots, or by heating them at 100 °C within 60 minutes and sowing on the nutrient medium. Antibacterial and anti-candidiasis activities were studied by culturing the actinomycetes strains by a prick on the oat medium and pouring the 0.7% agar with a certain test culture. Antifungal properties were studied by putting the agar block with a 5-day fungal culture on cups with 3-day cultures of actinomycetes and subsequent incubation for 4 days. An activity index (AI) was determined by the ratio of the diameter zone of the inhibit growth test-cultures to the diameter of the actinomycetes colonies. Phytostimulants and enzymatic properties were studied by commonly accepted methods.Results. 107 actinomycetes strains from H. stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd. rhizosphere were isolated. 23.2% of isolates inhibited growth of one or more typical microbial test cultures which are capable of causing a disease in humans. 8.4% of the actinomycetes strains were antagonists of S. аureus, the less actinomycetes strains inhibited gram-negative test cultures. AI of these strains was no more than 3. 80.1% of isolates were antagonists of at least one strain of the phytopathogenic bacteria. AI of these strains was from 1.2 to 13. Antifungal activity was in the 15.9% of isolates and their AI was no more than 3. 17.8 of actinomycetes strains were capable of producing indole-3-acetic acid, 10.3% – siderophores and 14.2% – phosphate solubilizers. A significant proportion of actinomycetes strains was capable of producing hydrolytic enzymes: amylases, lipases, pectinases and proteases. 29.9% of isolates can discolour Azure B and 8.4% are potentially laccase producers.Conclusions. The ability of actinomycetes strains from H. stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd. rhizosphere to produce antimicrobial compounds, enzymes and plants growth promoting (PGP) compounds was evaluated. Actinomycetes strains with wide range and specific inhibit certain pathogenic strain were selected as well as strains that specifically inhibit the growth of a particular strain of pathogenic  microorganisms. A number of phytopathogenic bacteria antagonists tend to phytostimulation. The producers of hydrolases and oxidoreductase were isolated.Проблематика. Актуальными проблемами человечаства сегодня являются высокая частота возникновения новых мультирезистентных форм патогенных микроорганизмов, нехватка продуктов питания, а также загрязнение окружающей среды, особенно агроэкоситем. Cкрининг новых природных соединений и внедрение их в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве и других отраслях является одним из подходов к решению этих проблем. Особенный интерес вызывают актиномицеты – рекордсмены по количеству синтезируемых биологически активных соединений.Цель. Цель работы состоит в оценке биосинтетических свойств актиномицетов ризосферы эндемика Крымского полуострова солнцецвета Стевена Helianthemum stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd.Методика реализации. Образцы ризосферы H. stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd. отбирали на южных склонах Никитского хребта (Крымский полуостров). Изолировали актиномицеты путем прямого посева смывов ризосферы, обработки корней водным раствором фенола или прогревания их при 100 °С на протяжении 60 мин с последующим посевом полученных суспензий на питательные среды. Антибактериальные и противокандидозную активности изучали путем посева культур актиномицетов уколом на овсяный агар и заливки 0,7 %-ным агаром с определенной тест-культурой. Антифунгальные свойства изучали путем выкладывания агарового блока с 5-дневной культурой гриба на чашки с 3-дневными культурами актиномицетов и последующим инкубированием на протяжении 4 суток. По отношению диаметра зон угнетения роста тест-культур к диаметру колоний актиномицетов определяли индекс активности (ИА). Фитостимулирующие и ферментативные свойства определяли общепринятыми методами.Результаты. Из ризосферы H. stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd. изолированы 107 штаммов актиномицетов. 23,2 % изолятов угнетали рост одного и более типичных штаммов микроорганизмов, способных вызывать инфекции человека. 8,4 % изо­лятов были антагонистами S. аureus, рост грамотрицательных бактерий задерживало существенно меньше штаммов актиномицетов. ИА этих изолятов не привышал 3. 80,1 % изолятов были антагонистами хотя бы одного штамма фитопатогенных бактерий. ИА этих штаммов составлял 1,2–13,0. Антифунгальную активность проявляли 15,9 % штаммов актиномицетов, а их ИА не превышал 3. 17,8 % изолятов продуцировали индолил-3-уксусную кислоту, 10,3 % – сидерофоры, а 14,2 % – солюбилизировали соединения фосфора. Зчачительная часть штаммов актиномицетов продуцировала гидролитические ферменты: амилазы, липазы, целлюлазы, протеазы. 29,9 % изолятов деколоризировали Azure B, а также 8,4 % штаммов актиномицетов синтезировали лакказы.Выводы. Оценена способность актиномицетов ризосферы H. stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd синтезировать противомикробные соединения, ферменты, а также молекулы, способные стимулировать рост и развитие растений. Изолированы штаммы актиномицетов с широким спектром антимикробного действия, а также штаммы, которые специфически угнетают рост определенного штамма патогенных микроорганизмов. Для ряда антагонистов фитопатогенной микрофлоры свойственно фитостимулирующее действие. Изолированы продуценты гидролаз и оксидоредуктаз.Проблематика. Актуальними проблемами людства сьогодні є висока частота виникнення нових мульти­резистентних форм патогенних мікроорганізмів, нестача продуктів харчування, а також забруднення навколишнього середовища, особливо агроекоситем. Скринінг нових природних продуктів та впровадження їх у медицині, ветеринарії, сільському господарстві тощо є одним із підходів до вирішення цих проблем. Особливий інтерес викликають актиноміцети – рекордсмени за кількістю синтезованих біологічно активних сполук.Мета. Метою роботи є оцінка біосинтетичних властивостей актиноміцетів ризосфери ендеміка Кримського півострова сонянки Cтевена Helianthemum stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd.Методика реалізації. Зразки ризосфери H. stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd. відбирали на південних схилах Нікітського хребта (Кримський півострів). Виділяли актиноміцети прямим посівом змивів ризосфери, обробкою коренів водним розчином фенолу або прожарюванням їх за 100 °С протягом 60 хв з подальшим висіванням на живильні середовища. Антибактерійні та протикандидозну активності вивчали через висівання культур актиноміцетів уколом на вівсяне середовище і заливання 0,7 %-ним агаром з певною тест-культурою. Антифунгальні властивості вивчали через викладання агарового блоку з 5-денною культурою гриба на чашки з 3-денними культурами актиноміцетів та подальшим інкубуванням протягом 4-х діб. За відношенням діаметра зон пригнічення росту тест-культур до діаметра колоній актиноміцетів визначали індекс активності (ІА). Фітостимулювальні та фер­ментативні властивості вивчали загальноприйнятими методами.Результати. З ризосфери H. stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd. виділено 107 штамів актиноміцетів. 23,2 % ізолятів пригнічували ріст одного і більше типових штамів мікроорганізмів, здатних спричинювати інфекції людини. 8,4 % штамів актиноміцетів були антагоністами S. аureus, ріст грамнегативних бактерій затримувало значно менше досліджуваних культур. ІА цих ізолятів не перевищував 3. 80,1 % ізолятів були антагоністами хоча б одного штаму фітопатогенних бактерій. ІА цих штамів становив 1,2–13,0. Антифунгальну активність виявляло 15,9 % ізолятів, а їх ІА не перевищував 3. 17,8 % штамів продукували індоліл-3-оцтову кислоту, 10,3 % – сидерофори, а 14,2 % солюбілізували сполуки фосфору. Значна частка штамів актиноміцетів продукували гідролітичні ферменти: амілази, ліпази, пектинази, протеази. 29,9 % ізолятів здатні деколоризувати Azure B, а також 8,4 % штамів актиноміцетів синтезували лакази.Висновки. Оцінено здатність актиноміцетів ризосфери Helianthemum stevenii Rupr. Ex Juz. & Pozd синтезувати антимікробні речовини, ферменти, а також сполуки, здатні сприяти росту і розвитку рослин. Виділено штами з широким спектром антимікробної дії, а також штами, які специфічно пригнічували ріст певного штаму патогенних мікроорганізмів. Для низки антагоністів фіто­патоген­ної мікрофлори була притаманна фітостимулювальна дія. Виділено продуцентів гідролаз та оксидоредуктаз

Furaquinocins K and L: Novel Naphthoquinone-Based Meroterpenoids from Streptomyces sp. Je 1-369

Actinomycetes are the most prominent group of microorganisms that produce biologically active compounds. Among them, special attention is focused on bacteria in the genus Streptomyces. Streptomycetes are an important source of biologically active natural compounds that could be considered therapeutic agents. In this study, we described the identification, purification, and structure elucidation of two new naphthoquinone-based meroterpenoids, furaquinocins K and L, from Streptomyces sp. Je 1-369 strain, which was isolated from the rhizosphere soil of Juniperus excelsa (Bieb.). The main difference between furaquinocins K and L and the described furaquinocins was a modification in the polyketide naphthoquinone skeleton. In addition, the structure of furaquinocin L contained an acetylhydrazone fragment, which is quite rare for natural compounds. We also identified a furaquinocin biosynthetic gene cluster in the Je 1-369 strain, which showed similarity (60%) with the furaquinocin B biosynthetic gene cluster from Streptomyces sp. KO-3988. Furaquinocin L showed activity against Gram-positive bacteria without cytotoxic effects

The diversity and antibacterial activity of culturable actinobacteria isolated from the rhizosphere soil of Deschampsia antarctica (Galindez Island, Maritime Antarctic)

Antarctic actinobacteria, which can be isolated from both soils and marine sediments, demonstrate a wide range of antimicrobial activities as well as significant biosynthetic potential as the producers of biologically active compounds. However, the actinobacterial diversity of the Antarctic region has not yet been sufficiently studied. The present study sought to examine the diversity and antibacterial activity of culturable actinobacteria isolated from the rhizosphere soil of Deschampsia antarctica (É. Desv.), which was collected from Galindez Island, Maritime Antarctic. Among the actinobacteria isolated using a 16S rRNA gene sequence-based phylogenetic analysis process, five genera, namely Streptomyces, Micromonospora, Umezawaea, Kribbella and Micrococcus, were identified. To the best of our knowledge, this is the first report to describe the isolation and initial characterisation of members of the genus Umezawaea from the Antarctic. The isolated actinobacteria were assayed to determine their activity against Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria and yeast. Among the isolated strains, only 30.2% were able to inhibit the growth of at least one of the tested pathogens. The polymerase chain reaction-based screening of the biosynthetic genes revealed the presence of type I polyketide synthases (65.1%), type II polyketide synthases (25.6%) and non-ribosomal peptide synthetases (9.3%) in the actinobacteria strains. The examination of the sensitivity/resistance to antibiotics profile of the actinobacteria strains revealed their high sensitivity in relation to the tested antibiotics. Taken together, the results showed that Antarctic actinobacteria demonstrate potential as the producers of natural bioactive compounds, which means that they represent a valuable prospect for further studies.Ministry of Education and Science of Ukrain

The adpA-like regulatory gene from Actinoplanes teichomyceticus: in silico analysis and heterologous expression

Ostash B, Yushchuk O, Tistechok S, et al. The adpA-like regulatory gene from Actinoplanes teichomyceticus: in silico analysis and heterologous expression. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2015;31(8):1297-1301.Analysis of the draft sequence of the genome of teicoplanin producer Actinoplanes teichomyceticus (NRRL-B16726) led to identification of several genes encoding AraC-family regulators that resemble AdpA, master regulator of transcription in Streptomyces. We elucidated possible regulatory functions of one of the identified genes, adpA19 (at) , most similar to archetypal adpA from model Streptomyces species, in a series of expression experiments. Introduction of adpA19 (at) under control of its own promoter on moderate copy number vector pKC1139 into NRRL-B16726 had no influence on antibiotic production and sporulation. Introduction of adpA19 (at) into Streptomyces coelicolor M145 and several S. ghanaensis strains had major influence on antibiotic production by these bacteria. Finally, adpA19 (at) expression in a set of soil actinomycete isolates led to induction of synthesis of antibiotic compounds. Our data point to pleiotropic regulatory role of adpA19 (at) , warranting its use as a tool to manipulate secondary metabolome of actinomycetes