Pseudomonas putida

Pseudomonas putida
Taksonoomia
Domeen	Bakterid Bacteria;
Hõimkond	Proteobakterid Proteobacteria;
Klass	Gammaproteobacteria;
Selts	Pseudomonadales;
Sugukond	Pseudomonadaceae;
Perekond	Pseudomonas;
Liik	Pseudomonas putida;
Binaarne nimetus
	Pseudomonas putida; Trevisan, 1889

Pseudomonas putida on gramnegatiivne bakter, kelle tüüpiline elukoht on mullas ja kes toitub saprotroofselt. P. putida varieteedid võivad lagundada toksilisi orgaanilisi aineid nagu tolueen ^[1] ning neid rakendatakse biotervendusel, et lagundada naftat.^[2] P. putida eelis teiste Pseudomonas perekonna liikide ees on selle suhteline ohutus laboritöös (P. aeruginosa on laialt uuritud inimpatogeen). Sellel on palju polaarseid vibureid, millega see liigub, ning kui keskkonnas on nn kemoatraktante, saab see oma liikumist viburite abil korrigeerida, et jõuda muuhulgas ka selliste taimede seemneteni, mis on bakteriraku toitainete allikad.^[3]

Genoom

P. putida täisgenoom sekveneeriti 2002. aastal Saksamaa ja USA teadlaste koostöös.^[4] Analüüsi tulemusel selgus, et täisgenoomi pikkus on umbes 6,2 miljonit aluspaari. DNA esineb P. putida's rõngasgenoomina, milles on vähemalt 80 oksüdatiivse reduktaasi geeni (ensüüm), mis on olulised keskkonnas leiduvate ainete lagundamisel. Lisaks on leitud, et suurem osa kogu genoomist keskendub väliskeskkonnast tulevate signaalide vastuvõtmisele, et tagada kemikaali leidmisel selle võimalikult kiire lagundamine.^[5]

Kasutusvaldkonnad

Biotervendus

P. putida'l on mitmekesine metabolism, mida saab ära kasutada biotervendusel. Laboritingimustes on ühe selle funktsioonina tõestatud mulla viljakuse tõstmine naftaleeni lagundamise kaudu.^[6] Suurem osa naftaleenist muutub looduses gaasiliseks, kuid osa võib säilida pinnases. Seda lagundavad lisaks bakteritele ka seened ja päikesekiirgus ning naftaleeni poolestusaeg looduses võib varieeruda ühest päevast õhus kuni 80 päevani mullas. Maailma Terviseorganisatsioon on naftaleeni nimetanud võimalikuks vähi tekitajaks inimestes. Lisaks on alfa-naftooli (naftaleeni laguprodukt inimeses) seotudhemolüütilise aneemia väljakujunemisega.^[7]

Lisaks suudab P. putida stüreeni PHA-ks lagundada, mistõttu saab teda kasutada polüstüreeni taaskäitlemisel, mis muudel juhtudel ei ole biolagundatav.^[8] Polüstüreen on üks levinumaid plastikuid, mida toodetakse mitu miljonit tonni aastas. Peamiselt kasutatakse seda kilepakendite, karpide, pudelite ja ühekordsete nõude tootmisel.

Biotõrje

P. putida potentsiaal biotõrjes seisneb selle võimekuses hoida eemal haigustekitajaid perekondadest Pythium^[9] ja Fusarium.^[10]^[11]

Perekonna Pythium bakterid nakatavad tavaliselt taime juurestikku ja vilja, põhjustades taimejuurte mädanemist, kuid äärmuslikematel juhtudel ulatub nakkus ka soonkudedesse, põhjustades taimevarre pruunistumist, takistades vee transporti lehtedesse ja tappes taime. Kuid mitte kõik taimed ei pruugi juuremädaniku tagajärjel surra. Kiire juurekasvu ja tugevalt arenenud juurestikuga taimedele ei pruugi nakatumine tähendada enamat kui kasvu ajutist peatumist.^[12]

Seente perekond Fusarium on oluline sojaoa patogeen, mis kahjustab ka teisi taimekultuure. Nakatunud taimed känguvad ning lehed võivad tõmbuda kollaseks, jättes lehesooned lühikeseks ajaks roheliseks. Lõpuks kaotavad lehed täielikult rohelise värvuse ja surevad.^[13]

Kuna Pseudomonas putida on geneetilistele mutatsioonidele vastuvõtlik, on bakterit kasutatud ka farmaatsiatööstuses ja põllumajanduses, et toota mitmesuguseid orgaanilisi ühendeid.^[14]

Kofeiinist elav P. putida

CBB5 on mullas leiduv P. putida metsiktüüpi tüvi, kes jääb ellu puhta kofeiini dieedil, lagundades seda süsihappegaasiks ja ammooniumiks. Arvatakse, et kofeiini lagundavad ensüümid võivad leida kasutust südame arütmia ja astma ravil või vereringe parandamisel.^[15]

Esimene patenteeritud elusorganism

Aastal 1972 esitas General Electricus töötav geneetik Ananda Mohan Chakrabarty taotluse patenteerimaks geneetiliselt modifitseeritud P. putida tüve, mis oli võimeline toornaftat lagundama ning millega loodeti õlilekete vastu võidelda. Taotlus lükati esimesel eksamineerimisel tagasi, sest tollal Ameerika Ühendriikides kehtiv patendiseadus nägi ette, et elusorganismid ei ole patenteeritavad. Peatselt jõudis küsimus ka CCPA (U.S. Court of Customs and Patent Appeals) huviorbiiti ning juhtum vaidlustati Chakrabarty kasuks, tuues välja, et patendiseaduse kontekstis ei ole tähtis, et mikroorganismid on elus.^[16]

Aastal 1981 andis Ameerika Ühendriikide Ülemkohus Ananda Chakrabarty patendile heakskiidu.^[17]

Toksiini-antitoksiini süsteem

Bakterites esinevad toksiini-antitoksiini (TA) süsteemid, mis koosnevad toksiini ja antitoksiini kompleksist, mis tavatingimustes on neutraalses seisundis. Stressiolukorras käivituvad bakterirakus mehhanismid, mis viivad antitoksiini lagundamiseni ja seeläbi TA süsteemi aktiveerumiseni. P. putida puhul on leitud, et selle toksiini-antitoksiini süsteem erineb teistest bakteritest tänu antitoksiini GraA endoproteolüütilisele lagundamisele kaheks eri suurusega DNA fragmendiks. Tavaliselt toimub antitoksiini lagundamine bakteris eksoproteolüütiliselt Lon ja Clp perekonna raku proteaaside vahendusel.^[18]

Teadustöö Eestis

P. putida't on Eestis Tartu Ülikoolis uuritud juba 1980. aastatest. Esimene P. putida't käsitlev artikkel avaldati aastal 1986 ning selle autorid on Ann Kilk ja Ain Heinaru.^[19] Tänapäeval on Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudis geneetika õppetool, mille juht on professor Ain Heinaru. Seal uuritakse bakterite toksiini-antitoksiini süsteeme ja globaalse regulaatori Fis funktsiooni P. putida näitel.

Vaata ka

Viited

↑ Zylstra, G.J. (1989). "Toluene degradation by Pseudomonas putida F1. Nucleotide sequence of the todC1C2BADE genes and their expression in Escherichia coli". The Journal of Biological Chemistry. 264: 14940–14946.
↑ Simon, M.J. (1993). "Sequences of genes encoding naphthalene dioxygenase in Pseudomonas putida strains G7 and NCIB 9816-4". Gene. 127 (1): 31–37. DOI:10.1016/0378-1119(93)90613-8.
↑ Harwood, C.S. (1989). "Flagellation of Pseudomonas putida and analysis of its motile behavior". Journal of Bacteriology. 171: 4063–4066. {{cite journal}}: eiran tundmatut parameetrit |http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid= (juhend)
↑ U.S. – German Research Consortium Sequences Genome of Versatile Soil Microbe JCVI, detsember 2002
↑ Marcus, A. (2003). "Versatile soil-dwelling microbe is mapped". JGenome News Network. {{cite journal}}: eiran teksti "http://www.genomenewsnetwork.org/articles/01_03/soil_microbe.shtml" (juhend)
↑ Gomes, NC; Kosheleva, IA; Abraham, WR; Smalla, K (2005). "Effects of the inoculant strain Pseudomonas putida KT2442 (pNF142) and of naphthalene contamination on the soil bacterial community". FEMS Microbiology Ecology. 54 (1): 21–33. DOI:10.1016/j.femsec.2005.02.005. PMID 16329969.
↑ Naphthalene
↑ Immortal Polystyrene Foam Meets its Enemy | LiveScience
↑ Amer, GA; Utkhede, RS (2000). "Development of formulations of biological agents for management of root rot of lettuce and cucumber". Canadian journal of microbiology. 46 (9): 809–16. DOI:10.1139/w00-063. PMID 11006841.
↑ Validov, S; Kamilova, F; Qi, S; Stephan, D; Wang, JJ; Makarova, N; Lugtenberg, B (2007). "Selection of bacteria able to control Fusarium oxysporum f. Sp. Radicis-lycopersici in stonewool substrate". Journal of applied microbiology. 102 (2): 461–71. DOI:10.1111/j.1365-2672.2006.03083.x. PMID 17241352.
↑ Phytopathology. 2003 May;93(5):626-32. Control of Fusarium Wilt of Radish by Combining Pseudomonas putida Strains that have Different Disease-Suppressive Mechanisms. de Boer M, Bom P, Kindt F, Keurentjes JJ, van der Sluis I, van Loon LC, Bakker PA.
↑ Sutton, J.C. (2006). "Etiology and epidemiology of Pythium root rot in hydroponic crops: current knowledge and perspectives". Summa Phytopathologica. 32: 307–321.
↑ https://www.grainscanada.gc.ca/wheat-ble/factor-facteur/fusdmg-eng.htm
↑ http://www.researchgate.net/publication/221847539_Industrial_biotechnology_of_Pseudomonas_putida_and_related_species
↑ Katherine Harmon: "Newly Discovered Bacteria Lives on Caffeine" Scientific American, 24. mai 2011
↑ This Week in Science History – The First Genetic Patent
↑ Diamond v. Chakrabarty 447 U.S. 303 (1980)
↑ Tamman, H. (2016). "Stability of the GraA Antitoxin Depends on Growth Phase, ATP Level, and Global Regulator MexT". 198:5 (10): 787–796. {{cite journal}}: viitemall journal nõuab parameetrit |journal= (juhend); eiran teksti "doi:10.1128/JB.00684-15" (juhend)
↑ Kilk, A. (1986). "Optimaalsed tingimused katehool-2,3-dioksügenaasi kõrge aktiivsuse induktsiooniks tüves Pseudomonas putida mt-2 pWW0(TOL)": 121–125. {{cite journal}}: viitemall journal nõuab parameetrit |journal= (juhend); eiran tundmatut parameetrit |book= (juhend)

[IFHiu-1] Zylstra, G.J. (1989). "Toluene degradation by Pseudomonas putida F1. Nucleotide sequence of the todC1C2BADE genes and their expression in Escherichia coli". The Journal of Biological Chemistry. 264: 14940–14946.

[oV3LW-2] Simon, M.J. (1993). "Sequences of genes encoding naphthalene dioxygenase in Pseudomonas putida strains G7 and NCIB 9816-4". Gene. 127 (1): 31–37. DOI:10.1016/0378-1119(93)90613-8.

[ZVCuc-3] Harwood, C.S. (1989). "Flagellation of Pseudomonas putida and analysis of its motile behavior". Journal of Bacteriology. 171: 4063–4066. {{cite journal}}: eiran tundmatut parameetrit |http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid= (juhend)

[bPMXq-4] U.S. – German Research Consortium Sequences Genome of Versatile Soil Microbe JCVI, detsember 2002

[BXHVZ-5] Marcus, A. (2003). "Versatile soil-dwelling microbe is mapped". JGenome News Network. {{cite journal}}: eiran teksti "http://www.genomenewsnetwork.org/articles/01_03/soil_microbe.shtml" (juhend)

[oTq0W-6] Gomes, NC; Kosheleva, IA; Abraham, WR; Smalla, K (2005). "Effects of the inoculant strain Pseudomonas putida KT2442 (pNF142) and of naphthalene contamination on the soil bacterial community". FEMS Microbiology Ecology. 54 (1): 21–33. DOI:10.1016/j.femsec.2005.02.005. PMID 16329969.

[K4tZ3-7] Naphthalene

[qwjCb-8] Immortal Polystyrene Foam Meets its Enemy | LiveScience

[ivdBa-9] Amer, GA; Utkhede, RS (2000). "Development of formulations of biological agents for management of root rot of lettuce and cucumber". Canadian journal of microbiology. 46 (9): 809–16. DOI:10.1139/w00-063. PMID 11006841.

[kjKPR-10] Validov, S; Kamilova, F; Qi, S; Stephan, D; Wang, JJ; Makarova, N; Lugtenberg, B (2007). "Selection of bacteria able to control Fusarium oxysporum f. Sp. Radicis-lycopersici in stonewool substrate". Journal of applied microbiology. 102 (2): 461–71. DOI:10.1111/j.1365-2672.2006.03083.x. PMID 17241352.

[xmYen-11] Phytopathology. 2003 May;93(5):626-32. Control of Fusarium Wilt of Radish by Combining Pseudomonas putida Strains that have Different Disease-Suppressive Mechanisms. de Boer M, Bom P, Kindt F, Keurentjes JJ, van der Sluis I, van Loon LC, Bakker PA.

[gdAtc-12] Sutton, J.C. (2006). "Etiology and epidemiology of Pythium root rot in hydroponic crops: current knowledge and perspectives". Summa Phytopathologica. 32: 307–321.

[sb9Jy-13] ttps://www.grainscanada.gc.ca/wheat-ble/factor-facteur/fusdmg-eng.htm

[mUKD3-14] ttp://www.researchgate.net/publication/221847539_Industrial_biotechnology_of_Pseudomonas_putida_and_related_species

[p9odw-15] Katherine Harmon: "Newly Discovered Bacteria Lives on Caffeine" Scientific American, 24. mai 2011

[OtD1H-16] This Week in Science History – The First Genetic Patent

[4iKYz-17] Diamond v. Chakrabarty 447 U.S. 303 (1980)

[fYLF1-18] Tamman, H. (2016). "Stability of the GraA Antitoxin Depends on Growth Phase, ATP Level, and Global Regulator MexT". 198:5 (10): 787–796. {{cite journal}}: viitemall journal nõuab parameetrit |journal= (juhend); eiran teksti "doi:10.1128/JB.00684-15" (juhend)

[BA8vY-19] Kilk, A. (1986). "Optimaalsed tingimused katehool-2,3-dioksügenaasi kõrge aktiivsuse induktsiooniks tüves Pseudomonas putida mt-2 pWW0(TOL)": 121–125. {{cite journal}}: viitemall journal nõuab parameetrit |journal= (juhend); eiran tundmatut parameetrit |book= (juhend)

[1]