Уникальная возможность появилась для исследователей кафедры ботанической генетики и молекулярной биологии Кильского университета, возглавляемой профессором Фрэнком Кемпкеном. Через Институт наук о Земле Кильского университета его группа получила доступ к образцам донных отложений Срединно-Атлантического хребта на глубине 1600-4000 м, собранным во время исследовательского круиза с немецким исследовательским судном MARIA S. МЕРИАН.
Из одного из этих кернов отложений, взятых на глубине 3600 м, проф. Кемпкен´Группе s удалось изолировать и культивировать живые грибы вида Rhodotorula mucilaginosa.
Этот медленнорастущий тип дрожжей, который относится к так называемым базидиомицетным дрожжам, не следует путать с хорошо известными пекарскими дрожжами. Первоначально вид произрастает на большой глубине, выдерживает высокое гидростатическое давление и довольно низкие температуры.
«С помощью применяемой методологии нам удалось культивировать колонии дрожжей, которые могут выдерживать и расти при комнатной температуре и атмосферном давлении», – объясняет проф.
Кемпкен. «Эти эксперименты еще раз показали, что микроорганизмы со специфическими физиологическими свойствами процветают в различных экологических нишах. Эксперименты показали, что особые экологические ниши могут производить микроорганизмы с особыми характеристиками. Поэтому предположение об адаптивности этого особого рода побудило нас к дальнейшему анализу этого вида », – говорит профессор Франк Кемпкен, исследовательская группа которого занимается анализом геномов морских грибов более десяти лет. Постдок доктор.
Абхишек Кумар (Кильский университет), который первым делит авторство с доктором. Ларисе Буденбендер из GEOMAR в текущем исследовании, наконец, удалось объединить геном Rhodotorula mucilaginosa, собрав миллионы секвенированных фрагментов ДНК.
Кроме того, были идентифицированы гены, кодирующие ключевые компоненты пути биосинтеза гликолипидов – важного пути с точки зрения разработки природных веществ для различных применений в медицине и биотехнологии, пище, химии или сельском хозяйстве.
Анализ полного метаболомного потенциала гриба затруднен, потому что многие натуральные продукты производятся только в особых условиях в их естественной среде. Поскольку невозможно воспроизвести условия Срединно-Атлантического хребта в лаборатории, профессор Дениз Тасдемир, руководитель исследовательского подразделения по химии морских природных продуктов в GEOMAR и директор GEOMAR-Biotech, и доктор. Лариса Буденбендер решила проанализировать красные дрожжи´s производство метаболитов и биоактивность в различных условиях роста.
Мы наблюдали дифференцированную биоактивность, зависящую от средней степени, она была либо противораковой, либо противомикробной », – говорит профессор Тасдемир. Затем они исследовали химический состав, так называемый метаболом дрожжей, используя автоматизированную метаболомику на основе алгоритмов. Он показал, что красные дрожжи чрезвычайно богаты гликолипидами, называемыми сложными эфирами полиолов и жирных кислот (PEFA), структурными компонентами клеточных мембран, не содержащими фосфор, возможно, защищающими дрожжи от осмотического давления в глубоководной среде.
Проф. Тасдемир говорит: «На первом этапе наших исследований мы обнаружили множество десятков таких соединений в дрожжах, что подтвердило исследования генома, проведенные нашими коллегами из Кильского университета.’Доктор. Буденбендер применил целенаправленный подход к очистке структурно очень похожих, следовательно, трудно очищаемых соединений. «Несколько изолированных PEFA были новыми для литературы, и мы определили их очень сложные химические структуры.
Похоже, что эти соединения проявляют более высокую противоопухолевую активность, когда они встречаются вместе, явление, называемое синергизмом, и мы пытаемся понять причины этого эффекта », – говорит проф. Тасдемир.
Плодотворное сотрудничество этих двух взаимодополняющих рабочих групп в GEOMAR и Кильском университете путем применения нескольких омических стратегий позволило выяснить биосинтез новых природных продуктов из глубоководных красных дрожжей на уровне ДНК, а также на уровнях метаболитов.
Результаты, полученные с этими маслянистыми красными дрожжами, могут способствовать разработке новых фармацевтических препаратов, но также могут найти биотехнологическое применение в пищевой, химической или сельскохозяйственной промышленности и даже в биотопливе в будущем.