ИСТИНА

Цианобактерии способны синтезировать цианотоксины, представляющие собой молекулы различной природы. Функциональное значение этих молекул еще недостаточно изучено. Предполагают, что цианотоксины способны оказывать воздействие на природное окружение цианобактерий – представителей фитопланктона, зоопланктона, сопутствующих бактерий в рамках антагонизма, защиты и возможной передачи сигналов. Вероятно посредством цианотоксинов цианобактерии способны контролировать численность собственной популяции. Есть предположения о том, что эти соединения могут участвовать в регуляции внутриклеточных процессов. Одним из цианотоксинов, продуцируемых цианобактериями, является нейротоксичная небелковая аминокислота ВМАА (бета-метиламино-L-аланин). Накапливаясь в цепях питания и попадая в организм человека, ВМАА приводит к тяжелым нейродегенеративным заболеваниям, вызывая поражение мотонейронов. Роль и значение этой аминокислоты в метаболизме самих цианобактерий остается неясной. В работе Downing S. с соавторами (2011) на примере двух не диазотрофных бактерий Microcystis PCC 7806 и Synechocystis J341 было показано, что клеточный синтез ВМАА происходит в условиях азотного голодания и что предположительная физиологическая роль этого соединения заключается в адаптации этих цианобактерий к нехватке азота в среде. С целью изучения функции ВМАА в метаболизме диазотрофных цианобактерий мы использовали модельный штамм нитчатой цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120. В ходе проведенного нами исследования было показано, что различные концентрации ВМАА приводят к подавлению активности фермента нитрогеназы в уже сформированных гетероцистах культуры Nostoc sp. PCC 7120, растущей в условиях азотфиксации, что согласуется с данными шведских ученых о действии 50 мкМ ВМАА на нитрогеназную активность этой цианобактерии. С помощью методов флуоресцентной микроскопии нами впервые показано, что добавление экзогенного ВМАА приводит к ингибированию формирования гетероцист в условиях голодания по азоту в культуре дикого типа цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120. Мы обнаружиди, что в условиях роста в присутствии нитрата или аммония, препятствующих образованию гетероцист, добавление ВМАА к клеткам цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120, вызывает дерепрессию гетероцист, а именно образование гетероцисто-подобных клеток. С помощью метода восстановления ацетилена мы определили, что эти клетки не обладают нитрогеназной активностью. Таким образом, экзогенно добавленный ВМАА в низких концентрациях (20-100 мкМ) приводит к изменениям в процессе клеточной дифференцировки нитчатой цианобактерии Nostoc sp. PCC 7120. Мы провели сравнительный анализ действия ВМАА на клетки Nostoc sp. PCC 7120 относительно действия других известных аналогов аминокислот (L-метионинсульфоксимина, 7-азатриптофана, β-2-тиенил-D,L-аланина), индуцирующих дерепрессию гетероцист в культурах азотфиксирующих цианобактерий. Анализ показал, что эффект ВМАА обусловлен, вероятно, уникальным механизмом, отличающимся от механизмов действия этих агентов. Для понимания регуляторного эффекта ВМАА на клеточные процессы азотфиксирующих цианобактерий проводятся исследования экспрессии генов, контролирующих клеточную дифференцировку и активность нитрогеназы, а также новые эксперименты с привлечением методов ТЕМ и протеомики. Работа поддержана грантом РФФИ № 14-04-00656.