Выделение, характеристика и молекулярно-генетическая идентификация нового штамма бактерий Paenibacillus species

Из зерна пшеницы, контаминированного образующей полисахарид микрофлорой, выделена и охарактеризована культура бактерий ПС-К-17. Установлено, что изолят на агаризованных средах и в глубинной культуре со специфическими субстратами синтезирует бета-галактозидазу, амилазу, протеазу, пектиназу, целлюлазу, бета- глюканазу, липазу (эстеразу), альгиназу, а также внеклеточные полисахариды и пигменты, возможно, каротиноиды. На основании культурально-морфологических и физиолого-биохимических особенностей, а также филогенетического анализа нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК (код доступа MF443394 в GenBank) бактериальная культура идентифицирована как Paenibacillus species ПС-К-17. Исследуемый изолят образует одну филогенетическую ветвь с типовыми штаммами Paenibacillus nicotianae (98,3 %), Paenibacillus hordei (98,2 %), Paenibacillus kyungheensis (97,9 %), в пределах которой занимает обособленное положение. Штамм Paenibacillus sp. ПС-К-17 может найти применение в биотехнологии как продуцент внеклеточных полисахаридов и ферментов, расщепляющих растительные полимеры, а также как компонент микробного консорциума в составе новой кормовой добавки комплексного действия.

бактерии, выделение, внеклеточные ферменты, полисахариды, биосинтез, физиолого-биохимические особенности, нуклеотидные последовательности, ген 16S рРНК, идентификация, Paenibacillus species

1. Ash, C. Molecular identification of rRNA group 3 bacilli (Ash, Farrow, Wallbanks and Collins) using a PCR probe test. Proposal for the creation of a new genus Paenibacillus / C. Ash, F. G. Priest, M. D. Collins // Antonie van Leeuwenhoek. – 1993. – Vol. 64, N 3–4. – P. 253–260. https://doi.org/10.1007/bf00873085

2. Transfer of Bacillus alginolyticus, Bacillus chondroitinus, Bacillus curdlanolyticus, Bacillus glucanolyticus, Bacillus kobensis, and Bacillus thiaminolyticus to the genus Paenibacillus and emended description of the genus Paenibacillus / O. Shida [et al.] // Int. J. Syst. Bacteriol. – 1997. – Vol. 47, N 2. – P. 289–298. https://doi.org/10.1099/00207713-47-2-289

3. Current knowledge and perspectives of Paenibacillus: a review / E. N. Grady [et al.] // Microb. Cell Fact. – 2016. – Vol. 15, N 1. – P. 203. https://doi.org/10.1186/s12934-016-0603-7

4. Paenibacillus hordei sp. nov., isolated from naked barley in Korea / J. M. Kim [et al.] // Antonie Van Leeuwenhoek. – 2013. – Vol. 103, N 1. – P. 3–9. https://doi.org/10.1007/s10482-012-9775-2

5. Paenibacillus nicotianae sp. nov., isolated from a tobacco sample / Q. Q. Li [et al.] // Antonie Van Leeuwenhoek. – 2014. – Vol. 106, N 6. – P. 1199–1205. https://doi.org/10.1007/s10482-014-0289-y

6. Paenibacillus kyungheensis sp. nov., isolated from flowers of magnolia / M. Z. Siddiqi [et al.] // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. – 2015. – Vol. 65, N 11. – P. 3959–3964. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.000521

7. Liang, T.-W. Recent advances in exopolysaccharides from Paenibacillus spp.: production, isolation, structure, and bioactivities / T.-W. Liang, S.-L. Wang // Mar. Drugs. – 2015. – Vol. 13, N 4. – P. 1847–1863. https://doi.org/10.3390/md13041847

8. BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) [Electronic resource]. – Mode of access: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi. – Date of access: 12.02.2018.

9. MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0 / K. Tamura [et al.] // Mol. Biol. Evol. – 2007. – Vol. 24, N 8. – P. 1596–1599. https://doi.org/10.1093/molbev/msm092

10. A process for complete biodegradation of shrimp waste by a novel marine isolate Paenibacillus sp. AD with simultaneous production of chitinase and chitin oligosaccharides / A. Kumar [et al.] // Int. J. Biol. Macromol. – 2018. – Vol. 109. – P. 263–272. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.12.024

11. Gene cloning, functional expression and characterisation of a novel type I pullulanase from Paenibacillus barengoltzii and its application in resistant starch production / J. Liu [et al.] // Protein Expr. Purif. – 2016. – Vol. 121. – P. 22–30. https://doi.org/10.1016/j.pep.2015.12.020

12. Purification and characterization of a novel β-agarase of Paenibacillus sp. SSG-1 isolated from soil / T. Song [et al.] // J. Biosci. Bioeng. – 2014. – Vol. 118, N 2. – P. 125–129. https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2014.02.008

13. Cloning, overexpression, and characterization of a novel organic solvent-tolerant lipase from Paenibacillus pasadenensis CS0611 / J. Gao [et al.] // Chinese J. Catal. – 2018. – Vol. 39, N 5. – P. 937–945. https://doi.org/10.1016/s1872-2067(18)63033-5

14. The family 22 carbohydrate-binding module of bifunctional xylanase/β-glucanase Xyn10E from Paenibacillus curdlanolyticus B-6 has an important role in lignocellulose degradation / J. Sermsathanaswadi [et al.] // Enzyme Microb. Technol. – 2017. – Vol. 96. – P. 75–84. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2016.09.015

15. Biochemical characterization of a novel β-galactosidase from Paenibacillus barengoltzii suitable for lactose hydrolysis and galactooligosaccharides synthesis / Y. Liu [et al.] // Int. J. Biol. Macromol. – 2017. – Vol. 104, pt. A. – P. 1055–1063. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.06.073

16. Purification and characterization of a novel intracellular α-amylase with a wide variety of substrates hydrolysis and transglycosylation activity from Paenibacillus sp. SSG-1 / Q. Xu [et al.] // Protein Expr. Purif. – 2018. – Vol. 144. – P. 62–70. https://doi.org/10.1016/j.pep.2016.04.007

17. Identification and characterization of a pectinolytic enzyme from Paenibacilus xylanolyticus / S. Giacobbe [et al.] // BioResour. – 2014. – Vol. 9, N 3. – P. 4873–4887. https://doi.org/10.15376/biores.9.3.4873-4887