آناليز ژنتيكي ژنهاي پپتيد سنتتاز (NRPSs) در بيوسنتز محصولات طبيعي سيانوباكتري هاي درياچه لواسان

Genetic analysis of nonribosomal peptide synthesis genes (NRPSs) in natural product biosynthesis of the cyanobacterial strains of Lavasan Lake

مقدمه: سيانوباكتري ها، كانديداي خوبي براي كشف محصولات طبيعي با كاربرد در صنايع داروسازي هستند. امروزه، عمده متابوليتهاي بيواكتيو جدا شده از سيانوباكتري ها به صورت پلي كتيدي ، پپتيدهاي غير ريبوزومي و يا هيبريدي از اين دو هستند. به رغم مطالعات بسيار در زمينه پراكنش ژنهاي NRPS، هيچكدام از آنها در زمينه سويه هاي سيانوباكتريايي درياچه لواسان نبوده است. بنابراين، هدف از اين مطالعه بررسي همبستگي بين حضور اين ژنها با سنتز تركيبات طبيعي است. مواد و روش ها: در اين مطالعه، ده سيانوباكتري آب شيرين از درياچه لواسان بر اساس توالي ژن 16SrRNA شناسايي شدند. PCR ژن NRPS با استفاده از تكنيكهاي مولكولي به منظور آناليز فيلوژنتيك ژنهاي مسئول براي توليد متابوليتهاي ثانويه انجام شد. به منظور پيشگويي تركيب پپتيدي، اسيد آمينه فعال شده و توالي هاي امضاي مودول آدنيليشن NRPS از نرم افزارهاي بيوانفورماتيك استفاده گرديد. آزمايشات غربال گري آنتي بيوگرام با استفاده از روش ديسك انجام گرديد. نتايج: نتايج نشان داد كه ژنهاي NRPS در همه سويه هاي مطالعه شده موجودند. به علاوه، نتايج حاصل از تجزيه و تحليل هاي بيوانفورماتيك، نوع تركيب طبيعي، توالي هاي امضا و پيشگويي اسيد آمينه فعال شده را نشان داد. خوشه بندي توالي هاي پروتئيني NRPS نشان داد كه هيچ همبستگي فيلوژنتيكي مشخصي بين دمين هاي آدنيليشن و نوع اسيد آمينه فعال شده وجود ندارد و اين نشان از تنوع بالا درون دمين هاي آدنيليشن است. علاوه بر آن، نتايج حاصل از آزمايشات آنتي بيوگرام، همبستگي مثبتي بين حضور اين ژنها و فعاليت آنتي ميكروبي را نشان داد. بحث و نتيجه گيري: آناليز توالي ها نشان داد كه آنزيم هاي رمزگزاري كننده اين ژن ها احتمالا مسئول توليد متالبوليتهاي ثانويه جديد مانند آنتي بيوتيكها هستند. نتايج حاصل از مطالعه حاضر نشان مي دهد كه سيانوباكتري هاي آب شيرين ايران، منبع قابل قبولي براي توليد تركيبات دارويي هستند.

Introduction: Cyanobacteria are regarded as good candidates for natural pruduct discovery, with applications in pharmaceuticals industry. The majority of bioactive metabolites have either been polyketides, non-ribosomal peptides, or a hybrid of the two. Despite of several worldwide studies on prevalence of NRPSs, none of them included Iranian cyanobacteria of Lavasan Lake. Therefore, the aim of this study was to show that the presence of these genes correlates with natural product synthesis. Materials and methods: In this study, ten cultured fresh water cyanobacteria strains of the Lavasan Lake were identified based on the sequence of 16SrRNA gene. In order to phylogenetic analysis the genes responsible for the production of secondary metabolites, a NRPS PCR was conducted. Bioinformatics software tools were used in order to prediction of peptide compound, amino acid activated and the signature sequences by a specific unknown NRPS A module. Antibiogram bioassays were conducted to detect the presence of antimicrobial effects. Lastly, studied strains have been deposited at the Cyanobacteria Culture Collection (CCC) of herbarium ALBORZ at the Science and Research Branch, Islamic Azad University, Teheran. Results: the results showed that NRPS genes are presence in all strains. Morover bioinformatics analysis confirmed the type of natural compound, signature sequences and predicted amino acid. In clusterimg of NRPS protein sequences, there was no clear phylogenetic correlation between adenylation domains and activated amino acid and this result emphasize the variety of adenylation domains. Morover the results of antibiogram bioassays showed that there are positive correlation between the presents of those genes and antimicrobial activity. Discussion and conclusion: Sequence analysis indicates the enzymes encoded by these genes may be responsible for the production of different secondary metabolites, such as antibiotics. The presented results prove that fresh water cyanobacterial of Iran are a promising source to yield chemical and pharmaceutical interesting compounds.