Sự đa dạng của các cụm gen sinh tổng hợp chuyển hóa thứ cấp của vi khuẩn liên kết với hải miên biển Việt Nam

Các đánh giá gần đây đã cho thấy vi khuẩn liên kết với hải miên biển là một nguồn của các hợp chất thứ cấp đa dạng về cấu trúc và hoạt tính sinh học, trở thành nguồn tiềm năng của các loại thuốc mới. Tuy nhiên, việc tiếp cận với các hợp chất tiềm năng được sinh tổng hợp bởi các vi khuẩn này là rất khó khăn bởi vì việc nuôi cấy chúng trong phòng thí nghiệm là không khả thi. Do đó, việc sử dụng các phương pháp tiếp không phụ thuộc vào nuôi cấy có thể cho phép tiếp cận các cụm gen sinh tổng hợp chất chuyển hóa thứ cấp “chưa được kích hoạt” và “tiềm ẩn” từ vi khuẩn chưa thể nuôi cấy.

Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi đã nghiên cứu sự đa dạng của các cụm gen sinh tổng hợp chất chuyển hóa thứ cấp (BGC) từ metagenome của các cộng đồng vi khuẩn liên kết với ba loài hải miên biển: Clathria Reinwardti, Rhabdastrella globostellata và Spheciospongia sp. Kết quả cho thấy metagenome của các cộng đồng vi khuẩn liên kết với ba loài hải miên biển chứa số lượng lớn BGC dự đoán, từ 282 đến 463 BGC trên mỗi metagenome. Các loại BGC rất đa dạng và đại diện cho 12 loại BGC khác nhau. Các cụm gen liên quan đến quá trình sinh tổng hợp của các axit béo và các polyketide (PKS) là các loại BGC chiếm ưu thế nhất, tiếp theo là các cụm gen mã hóa quá trình sinh tổng hợp các hợp chất thuộc nhóm terpenes và bacteriocin.

Dựa trên phân tích tương đồng trình tự BGC, 363 họ cụm gen (GCF) đã được xác định. Tuy nhiên không có GCF nào mã hóa cho quá trình sinh tổng hợp của các hợp chất đã biết, điều này cho thấy rằng các cụm được phát hiện có thể mã hóa cho quá trình sinh tổng hợp một số hợp chất mới. Phân tích cũng cho thấy trình tự KS có liên quan đến 12 ngành vi khuẩn với Actinobacteria, Proteobacteria và Firmicutes là chiếm ưu thế nhất. Ở cấp độ chi, các KS có liên quan nhiều nhất đến các KS được tìm thấy trong các chi Mycolicibacteria, Mycobacteria, Burkholderia và Streptomyces. Phân tích phát sinh gen của các trình tự KS đã dẫn đến việc phát hiện hai nhóm BGC “đặc trưng cho hải miên biển” đã biết, đó là SupA và SwfA, và một nhóm 'đặc trưng cho hải miên biển' mới liên quan đến quá trình sinh tổng hợp của các axit béo trong ngành Candidatus Poribacteria.

Hình. Cây phả hệ của các trình tự KS từ các BGC được xác định từ metagenome của các cộng đồng vi khuẩn liên kết với hải miên biển, bao gồm các trình tự KS từ cơ sở dữ liệu NaPDoS và NCBI GenBank (A) và các cây phả hệ phụ (B-D).

Kết quả nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Marine Drugs 2023, 21(1), 29; https://doi.org/10.3390/md21010029.

Nguồn: TS. Tôn Thất Hữu Đạt – Viện Nghiên cứu Khoa  học Miền Trung