カテゴリー: Technology

Department of Bioengineering and Biotechnology, Birla Institute of Technology, Mesra, Ranchi, Jharkhand, Indiaらのグループは、Enterobacter cloacae　ZNP-4と呼ばれる1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid（ACCD）を産生する植物成長促進根圏細菌（PGPR）が、NaClや金属（ZnSO₄））などの非生物的ストレス下でのコムギの成長に及ぼす影響について報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9075627/

根圏細菌の多くはACCDを生成します。ACCDは、ACCをアンモニアとα-ケト酪酸に分解することにより、植物の「エチレン・ストレス」のレベルを低下させ、それによってエチレン生成のための基質の利用可能性を最小限に抑えます。 ACCD活性が20nmol α-ketobutyrate mg^-1 h^-1を超える微生物は、ストレス条件下で植物の成長を促進するのに十分であることが既に分かっています。

他の多くの作物と同様に、小麦の種子の発芽と苗の成長は、塩分と金属のストレスによって世界中で深刻な影響を受けています。塩分ストレスを軽減するために様々な従来の方法が実際に行われていますが、それらのほとんどは費用がかかり、環境に有害であることが問題になっています。根圏細菌は、通常のストレス条件下で植物の成長促進に有効であることが示されていることから、本研究においては、非生物的ストレスの悪影響を軽減するための生物学的防御材としてのACCD産生細菌であるEnterobacter cloacae ZNP-4の有効性を調査することを目的としています。

結果として、ZNP-4菌の接種により、シュート長（41％）、根の長さ（31％）、生重量（28％）、乾燥重量（29％）、光合成色素クロロフィルa（62％）、およびクロロフィルb（34％）など、小麦の様々な成長パラメーターが大幅に改善されました。更に、この菌株は、150 mg kg^-1（処理T1）と250 mg kg^-1（処理T2）の異なるレベルのZnストレスを含むプランター実験で、植物の成長、バイオマス、および光合成色素を改善するという点で、金属ストレスを最小限に抑えるのに効率的であることも分かりました（処理T1=150 mM NaCl、処理T2=200 mM NaCl、は異なる塩分条件下での実験）。

更に、abiotic stress-induced reactive oxygen species (ROS)の生成に対する細菌接種の影響を、塩分および金属ストレス処理下で評価しています。PGPRのプラスの効果は、一般的に、過酸化水素（H₂O₂）やスーパーオキシド（O₂^–）といったROS物質の減少と同期しており、これらのROS物質は、脂質の過酸化、細胞膜の劣化、代謝機能障害を引き起こし、最終的に細胞死を引き起こします。ZNP-4菌の接種は、テストされた塩分ストレス下でH₂O₂レベルを大幅に減少させました。処理T1において43.2％という高い減少（p=0.05）が見られ、処理T2で32.5％の減少が見られました。塩分によって誘発されるO₂^–の生成も、処理T1および処理T2で52.7％（p=0.05）および49％（p=0.05）と大きく減少していました。

Department of Biology, University of York, UKらのグループは、青枯病菌（Ralstonia solanacearum）がシュードモナス属によって阻害されること、そして、その背後にある阻害メカニズム（二次代謝物）について報告しています。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mbo3.1283

本研究では、シュードモナス CHA0菌株が、青枯病菌に対する最も優れた生物的防除株であるとしています。

シュードモナス属からの二次代謝産物クラスターをantiSMASHを用いて分析し、11から17の代謝クラスターが8つのシュードモナス菌遺伝子のそれぞれで同定されました。 非リボソームペプチド合成酵素（NRPS）は、最も豊富な二次代謝産物クラスターでした。同様に、DAPG代謝物（T3PKSクラスターに属する）、およびピオベルジン・シデロホア（NRPSクラスター）代謝物クラスターがすべての菌株で検出されました。全体として、最も多くのクラスターがCHA0およびPf-5菌株で検出されました。これらの菌株は、ピオルテオリン抗菌剤をコードするT1PKS代謝クラスターや、未知の代謝物をコードするCDPSクラスターなど、幾つかのユニークな代謝物クラスターも持っていました。 CHA0とPf-5菌株におけるNRPSクラスターの数が最も多く、これらはオルファミドとして知られる環状リポペプチドを生産できる唯一の2つの菌株であり、オルファミド「A」のみがCHA0菌株で産生可能でした。

DAPGはすべての青枯病菌を濃度依存的に抑制し、テストしたすべての青枯病菌は最高濃度（500～1000μM）では増殖できませんでした。

シュードモナス CHA0菌株から分離されたオルファミド「A」および「B」を青枯病菌に対してテストした結果（抽出された化合物の量が限られているため、＃1および＃7青枯病菌のみにてテストしている）、オルファミドは、両方の青枯病菌を同様に抑制しました。

これらの結果は、DAPGやオルファミドなどのシュードモナス属からの二次代謝産物が、青枯病菌に対する病原体抑制物質である可能性が非常に高い、ということを示しています。

Division of Plant Biology, Bose Institute, P/12 C.I.T. Scheme VII(M), Kolkata, 700054, Indiaらのグループは、水仙タゼッタの球根から抽出された新しいレクチン（NTL-125：マンノース結合型）がSARS-CoV-2の優れた阻害剤になり得るということをVero-E6細胞を用いたin vitroのアッセイで示しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8988448/

NTL-125と名付けられた水仙タゼッタの球根から抽出されたユニークなマンノース結合植物レクチンは、Vero-E6細胞を用いたin vitroアッセイにおいて、SARS-CoV-2の感染を有効に阻害できる可能性があります。 Vero-E6細胞を使用したSARS-CoV-2ウイルス侵入を50％減少させる阻害濃度（IC₅₀）は、約0.8 µg/mL（50 nM）であり、Vero-E6細胞に対するNLE-125の細胞毒性のアッセイは、5 µg/mLで95％以上、10 µg/mLの濃度で85％以上の生存率を示しました。

分子ドッキング法により、RBDの36残基とNTL-125の44残基が結合状態で互いに5Åの距離内にあるのに対し、ACE-2の27残基はRBDの32残基に近接していることが明らかになりました。ACE-2とNTL-125の両方に相互作用するRBDの17の残基数は17個でありました。これらすべての残基の中で、RBDとNTL-125複合体の場合には、RBDの10個とNTL-125の11個が結合状態で3Åの距離内にあり、RBDとACE-2複合体の場合には、RBDの9残基とACE-2の9残基が3Åの距離内にありました。NTL-125は、ACE2が通常結合するSpikeタンパク質のRBMとまったく同じ領域を占めています。 結果として、NTL125-Spikeタンパク質相互作用の結合自由エネルギー変化は、-13.3 kcal/mol、kd ~0.41nMとなり、ACE2-Spikeタンパク質の結合自由エネルギー変化（-11.2 kcal/mol、kd ~12 nM）よりも大きく、従って前者が後者よりも安定していることが明確に示されました。

更に、分子ドッキング法により、NTL-125-Spikeタンパク質間の相互作用は、Spikeタンパク質のAsn165に結合している糖鎖がNTL-125のIle137およびThr138と相互作用することによっても媒介されることが確認されました。即ち、NTL-125-Spikeタンパク質間の相互作用は、アミノ酸残基だけでなく、糖鎖部分も介して行われているのです。

Faculty of Science and Engineering, Swansea University, Singleton Park, Swansea SA2 8PP, Wales, UKらのグループは、昆虫病原性糸状菌によって産生される天然の抗菌性揮発性有機化合物は、植物の天然バイオ農薬として使用できる可能性があると報告しています。
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9025432/

昆虫病原性真菌は植物と共生関係を築き、植物の成長と生産性を向上させます。 Metarhizium brunneumやBeauveria bassianaなどの昆虫病性真菌種で処理された植物は、通常、未処理の植物よりも根系が大きく広がり、バイオマスも増え、収穫量が多くなります。

本研究では、これらの昆虫病原性真菌によって産生される真菌抗菌性揮発性有機化合物の抗菌特性を、次の土壌微生物を用いて評価しています。
グラム陰性バクテリア (Escherichia coli, Pantoea agglomerans, Pseudomonas aeruginosa)、
グラム陽性バクテリア (Micrococcus luteus, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, B. megaterium, B. thuringiensis)、
酵母 (Candida albicans, Candida glabrata)、そして
植物病原性真菌 (Pythium ultimum, Botrytis cinerea, Fusarium graminearum)。

最も強力な抗菌剤はisovaleric acidと1-octen-3-olであり、バクテリア、酵母、糸状菌、卵菌らの成長を阻害したり殺傷しました。また、isoamyl formate、3-octenone、cedrene、farneseneらも強力ではありますが、土壌微生物に対する特異性がより制限されていました。一部の微生物は、他の微生物よりも明らかにM. brunneumが産生する抗菌性揮発性有機化合物に敏感でした。感度の順に並べると、F. graminearumは、他のどの試験微生物よりもはるかに多くの化合物によって阻害され、次にB. cinerea、次にP.ultimumとなりました。試験微生物のうち、B. megateriumが最も感受性が高く、B. thuringiensisがそれに続く結果となりました。

本研究で特定された天然の抗菌性揮発性有機化合物は、植物の天然バイオ農薬として使用できる可能性があります。