Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol
A promising direction today is the creation of integrated technologies for obtaining complex microbial preparations for crop production. The ability of Nocardia vaccinii IMV B-7405 to simultaneously synthesize surfactants with antimicrobial activity and stimulating phytohormones (auxins, cytokines,...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2025
|
| Онлайн доступ: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/313 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Microbiological Journal |
Репозитарії
Microbiological Journal| id |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-313 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Microbiological Journal |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-06-20T14:08:50Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic_facet |
phytohormones biosynthesis precursor surfactants antimicrobial activity destruction of biofilms phytopathogenic bacteria фітогормони, попередник біосинтезу поверхнево-активні речовини антимікробна активність руйнування біоплівок фітопатогенні бактерії |
| format |
Article |
| author |
Pirog, T.P. Leonova, N.O. Piatetska, D.V. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Леонова, Н.О. П’ятецька, Д.В. Шевчук, Т.А. |
| spellingShingle |
Pirog, T.P. Leonova, N.O. Piatetska, D.V. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Леонова, Н.О. П’ятецька, Д.В. Шевчук, Т.А. Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol |
| author_facet |
Pirog, T.P. Leonova, N.O. Piatetska, D.V. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Леонова, Н.О. П’ятецька, Д.В. Шевчук, Т.А. |
| author_sort |
Pirog, T.P. |
| title |
Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol |
| title_short |
Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol |
| title_full |
Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol |
| title_fullStr |
Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol |
| title_full_unstemmed |
Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol |
| title_sort |
synthesis of biologically active gibberellins and surface-active substances by nocardia vaccinii imv b-7405 in the presence of erythritol |
| title_alt |
Синтез біологічно активних гіберелінів і поверхнево-активних речовин Nocardia vaccinii ІМВ В-7405 за наявності еритритолу |
| description |
A promising direction today is the creation of integrated technologies for obtaining complex microbial preparations for crop production. The ability of Nocardia vaccinii IMV B-7405 to simultaneously synthesize surfactants with antimicrobial activity and stimulating phytohormones (auxins, cytokines, gibberellins) was previously established. However, the concentration of synthesized gibberellins was low. One of the approaches to the intensification of the target metabolites synthesis is the introduction of a precursor of their biosynthesis into the cultivation medium. Since in most bacteria gibberellins are formed in the methyl-erythritol-4-phosphate pathway, it was assumed that erythritol could be the precursor of the synthesis of these phytohormones. In addition, surfactants are secondary metabolites, the biological activity of which can vary depending on the cultivation conditions. The aim of the work is to investigate the possibility of increasing the synthesis of gibberellic phytohormones by the surfactant producer N. vaccinii IMV B-7405 in the presence of exogenous erythritol in the culture medium and to determine the effect of erythritol on the biological properties of surfactants synthesized under such conditions. Methods. Cultivation of N. vaccinii IMV B-7405 was carried out in a medium with refined or waste oil (2%, volume fraction) containing 100–500 mg/L erythritol. The concentration of gibberellins was determined by the method of high-performance liquid chromatography, while the concentration of surfactants - by the weight method after extraction and modification with a mixture of chloroform and methanol. The antimicrobial activity of surfactants against phytopathogenic bacteria was analyzed by the indicator of the minimum inhibitory concentration, and the degree of destruction of biofilms – by the spectrophotometric method. Results. It was established that the introduction of 300–400 mg/L erythritol into the culture medium of N. vaccinii IMV B-7405 was accompanied by the 2–14 times increase in the concentration of biologically active gibberellins GA3 and GA4 compared to the indicators of synthesis in the medium without the precursor. Data on the formation of gibberellins by N. vaccinii IMV B-7405 were correlated with the activity of one of the key enzymes of their biosynthesis: in the presence of erythritol, the activity of 2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate-cytidyltransferase was 3–12 times higher than in cells of the IMV B-7405 strain grown without a precursor. In the presence of erythritol, the formation of surfactants with high antimicrobial activity against phytopathogenic bacteria and the ability to destroy their biofilms were observed. The minimum inhibitory concentrations of surfactants synthesized by the addition of erythritol at the end of the exponential growth phase of the IMV B-7405 strain on waste oil for the pathogens of tomato bacteriosis were 0.8–25 μg/mL, that is, lower than the indicators established for surfactants formed without erythritol (3.13−100 μg/mL). Destruction of biofilms of phytopathogenic bacteria under the influence of surfactants obtained in the presence of erythritol in a medium with waste oil was 8–34% higher compared to destruction under the action of surface-active substances synthesized without this precursor. It was established that the introduction of erythritol into the culture medium of N. vaccinii IMV B-7405 was accompanied by a twofold increase in the activity of NADP+-dependent glutamate dehydrogenase (the key enzyme in the biosynthesis of aminolipids responsible for the antimicrobial activity of the surfactant complex). Conclusions. The obtained results are the basis for the development of a highly efficient integrated technology of biosynthesis of surface-active substances and phytohormones for crop production. The complex bacterial preparation can be used both to stimulate the growth of agricultural plants and to control the number of pathogens of their bacteriosis. |
| publisher |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/313 |
| work_keys_str_mv |
AT pirogtp synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT leonovano synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT piatetskadv synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT shevchukta synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT pirogtp synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT leonovano synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT pâtecʹkadv synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT ševčukta synthesisofbiologicallyactivegibberellinsandsurfaceactivesubstancesbynocardiavacciniiimvb7405inthepresenceoferythritol AT pirogtp sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu AT leonovano sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu AT piatetskadv sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu AT shevchukta sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu AT pirogtp sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu AT leonovano sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu AT pâtecʹkadv sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu AT ševčukta sintezbíologíčnoaktivnihgíberelínívípoverhnevoaktivnihrečovinnocardiavacciniiímvv7405zanaâvnostíeritritolu |
| first_indexed |
2025-07-17T12:22:04Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:22:04Z |
| _version_ |
1850410943033376768 |
| spelling |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-3132025-06-20T14:08:50Z Synthesis of Biologically Active Gibberellins and Surface-Active Substances by Nocardia vaccinii IMV B-7405 in the Presence of Erythritol Синтез біологічно активних гіберелінів і поверхнево-активних речовин Nocardia vaccinii ІМВ В-7405 за наявності еритритолу Pirog, T.P. Leonova, N.O. Piatetska, D.V. Shevchuk, T.A. Пирог, Т.П. Леонова, Н.О. П’ятецька, Д.В. Шевчук, Т.А. phytohormones biosynthesis precursor surfactants antimicrobial activity destruction of biofilms phytopathogenic bacteria фітогормони, попередник біосинтезу поверхнево-активні речовини антимікробна активність руйнування біоплівок фітопатогенні бактерії A promising direction today is the creation of integrated technologies for obtaining complex microbial preparations for crop production. The ability of Nocardia vaccinii IMV B-7405 to simultaneously synthesize surfactants with antimicrobial activity and stimulating phytohormones (auxins, cytokines, gibberellins) was previously established. However, the concentration of synthesized gibberellins was low. One of the approaches to the intensification of the target metabolites synthesis is the introduction of a precursor of their biosynthesis into the cultivation medium. Since in most bacteria gibberellins are formed in the methyl-erythritol-4-phosphate pathway, it was assumed that erythritol could be the precursor of the synthesis of these phytohormones. In addition, surfactants are secondary metabolites, the biological activity of which can vary depending on the cultivation conditions. The aim of the work is to investigate the possibility of increasing the synthesis of gibberellic phytohormones by the surfactant producer N. vaccinii IMV B-7405 in the presence of exogenous erythritol in the culture medium and to determine the effect of erythritol on the biological properties of surfactants synthesized under such conditions. Methods. Cultivation of N. vaccinii IMV B-7405 was carried out in a medium with refined or waste oil (2%, volume fraction) containing 100–500 mg/L erythritol. The concentration of gibberellins was determined by the method of high-performance liquid chromatography, while the concentration of surfactants - by the weight method after extraction and modification with a mixture of chloroform and methanol. The antimicrobial activity of surfactants against phytopathogenic bacteria was analyzed by the indicator of the minimum inhibitory concentration, and the degree of destruction of biofilms – by the spectrophotometric method. Results. It was established that the introduction of 300–400 mg/L erythritol into the culture medium of N. vaccinii IMV B-7405 was accompanied by the 2–14 times increase in the concentration of biologically active gibberellins GA3 and GA4 compared to the indicators of synthesis in the medium without the precursor. Data on the formation of gibberellins by N. vaccinii IMV B-7405 were correlated with the activity of one of the key enzymes of their biosynthesis: in the presence of erythritol, the activity of 2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate-cytidyltransferase was 3–12 times higher than in cells of the IMV B-7405 strain grown without a precursor. In the presence of erythritol, the formation of surfactants with high antimicrobial activity against phytopathogenic bacteria and the ability to destroy their biofilms were observed. The minimum inhibitory concentrations of surfactants synthesized by the addition of erythritol at the end of the exponential growth phase of the IMV B-7405 strain on waste oil for the pathogens of tomato bacteriosis were 0.8–25 μg/mL, that is, lower than the indicators established for surfactants formed without erythritol (3.13−100 μg/mL). Destruction of biofilms of phytopathogenic bacteria under the influence of surfactants obtained in the presence of erythritol in a medium with waste oil was 8–34% higher compared to destruction under the action of surface-active substances synthesized without this precursor. It was established that the introduction of erythritol into the culture medium of N. vaccinii IMV B-7405 was accompanied by a twofold increase in the activity of NADP+-dependent glutamate dehydrogenase (the key enzyme in the biosynthesis of aminolipids responsible for the antimicrobial activity of the surfactant complex). Conclusions. The obtained results are the basis for the development of a highly efficient integrated technology of biosynthesis of surface-active substances and phytohormones for crop production. The complex bacterial preparation can be used both to stimulate the growth of agricultural plants and to control the number of pathogens of their bacteriosis. Перспективним напрямом сьогодення є створення інтегрованих технологій одержання комплексних мікробних препаратів для рослинництва. Раніше було встановлено здатність Nocardia vaccinii ІМВ В-7405 до одночасного синтезу поверхнево-активних речовин (ПАР) з антимікробною активністю та фітогормонів стимулювальної дії (ауксини, цитокіни, гібереліни). Однак концентрація синтезованих гіберелінів була невисокою. Одним з підходів до інтенсифікації синтезу цільових метаболітів є внесення в середовище культивування продуцента попередника їх біосинтезу. Оскільки у більшості бактерій гібереліни утворюються метил-еритритол-4-фосфатним шляхом, припустили, що попередником синтезу цих фітогормонів може бути еритритол. Крім того, ПАР є вторинними метаболітами, біологічна активність яких може змінюватися залежно від умов культивування. Мета роботи – дослідити можливість підвищення синтезу фітогормонів гіберелової природи продуцентом ПАР N. vaccinii ІМВ В-7405 за наявності екзогенного еритритолу в середовищі культивування та визначити вплив еритритолу на біологічні властивості синтезованих за таких умов ПАР. Методи. Культивування N. vaccinii ІМВ В-7405 здійснювали в середовищі з рафінованою або відпрацьованою олією (2 об.%), що містило 100–500 мг/л еритритолу. Концентрацію гіберелінів визначали методом високоефективної рідинної хроматографії, ПАР – ваговим методом після екстракції модифікованою сумішшю хлороформу і метанолу. Антимікробну активність ПАР щодо фітопатогенних бактерій аналізували за показником мінімальної інгібуючої концентрації, ступінь деструкції біоплівок – спектрофотометричним методом. Результати. Встановлено, що внесення 300–400 мг/л еритритолу в середовище культивування N. vaccinii ІМВ В-7405 супроводжувалося підвищенням у 2–14 разів концентрації біологічно активних гіберелінів ГК3 і ГК4 порівняно з показниками синтезу в середовищі без попередника. Дані щодо утворення гіберелінів N. vaccinii ІМВ В-7405 корелювали з активністю одного з ключових ферментів їх біосинтезу: за наявності еритритолу активність 2-С-метил-D-еритритол-4-фосфат-цитиділтрансферази була в 3−12 разів вищою, ніж у клітинах штаму ІМВ В-7405, вирощеного без попередника. За наявності еритритолу спостерігали утворення ПАР з високою щодо фітопатогенних бактерій антимікробною активністю та здатністю до руйнування їхніх біоплівок. Мінімальні інгібуючі концентрації щодо збудників бактеріозів томатів ПАР, синтезованих за додавання еритритолу в кінці експоненційної фази росту штаму ІМВ В-7405 на відпрацьованій олії, становили 0,8−25 мкг/мл і були нижчими, ніж показники, встановлені для ПАР, утворених без еритритолу (3.13−100 мкг/мл). Деструкція біоплівок фітопатогенних бактерій під впливом ПАР, одержаних за наявності еритритолу в середовищі з відпрацьованою олією була на 8–34 % вищою порівняно з руйнуванням за дії ПАР, синтезованих без цього попередника. Встановлено, що внесення еритритолу в середовище культивування N. vaccinii ІМВ В-7405 супроводжувалося підвищенням у два рази активності НАДФ+-залежної глутаматдегідрогенази (ключового ферменту біосинтезу аміноліпідів, відповідальних за антимікробну активність комплексу ПАР). Висновки. Одержані результати є основою для розробки високоефективної інтегрованої технології біосинтезу ПАР і фітогормонів для рослинництва. Комплексний бактеріальний препарат може бути використаний як для стимуляції росту сільськогосподарських рослин, так і для контролю чисельності збудників їхніх бактеріозів. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2025-05-03 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/313 10.15407/microbiolj87.02.034 Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 87 No. 2 (2025): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 34-46 Мікробіологічний журнал; Том 87 № 2 (2025): Мікробіологічний журнал; 34-46 2616-9258 1028-0987 10.15407/microbiolj87.02 en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/313/115 Copyright (c) 2025 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |