Sınırlandırılmış cevaptan sorumlu relA geninin Streptomyces coelicolor suşunda antibiyotik üretimine etkisi

Abstract

Antibiyotik direnci sorunu hızla popülerlik kazanmasına rağmen, antibiyotiklerin medikal ve biyoteknolojik önemi tartışılamaz. Ticari ve medikal amaçlı kullanılan antibiyotiklerin yaklaşık %75'ini üretebilme kapasitesine sahip olan Streptomycetes'ler, bu yetenekleri sayesinde en dikkat çeken mikroorganizmalar arasındadır. Bir Streptomyces türü olan Streptomyces coelicolor en az 5 farklı antibiyotiği sentezleyebilme yeteneğine sahip olup genetik çalışmalarda sıklıkla model organizma olarak kullanılmaktadır. Antibiyotik ve diğer ikincil metabolitlerin üretimi, besin kıtlığı gibi stres faktörleriyle aktive olan `sınırlandırılmış cevap` mekanizması üzerinden artırılabilir. Sınırlandırılmış cevap, ortamda yeterli besin bulunmaması durumunda, mikroorganizmaların alarmon (ppGpp ve pppGpp) üreterek metabolik durumlarının yeni koşullara adaptasyonu sağlayacak şekilde yeniden düzenlenmesini tetikler. RelA, hücresel (p)ppGpp seviyesinin artırılmasında görev alan faktörlerden birisidir. Bu çalışma kapsamında, ilgili gen çok kopyalı ve gliserolle uyarılabilir bir E. coli – Streptomyces mekik vektörüne (pSPG) klonlanarak yaban tip S. coelicolor A(3)2 hücresine aktarılmış ve rekombinant suşta antibiyotik üretimi ölçülerek relA'nın yüksek düzeyde ifadesinin ikincil metabolizma üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bilgimiz dahilinde bugüne kadar yapılmış relA genine ait ekpresyon çalışmaları bu genden yoksun mutant suşun komplementasyonunu baz alan çalışmalardır. Bu çalışmada elde edilen rekombinant suş, zengin besiyerinde yüksek düzeyde relA ifade edebilen ilk suş olması bakımından bilimsel literatür için değerli olacaktır. Aynı zamanda, RelA'nın ikincil metabolizmaya etkisinin daha detaylı çalışılacağı diğer araştırmalar için de materyal ve ön bulgular sağlaması çalışmanın önemini artırmaktadır.

The medical and biotechnological importance of antibiotics is indisputable despite of the rapid rice in popularity of antibiotic resistance crisis. Approximately 75% of commercially and medically useful antibiotics are sourced from the genus Streptomyces and they are among the most prominent microorganisms with their antibiotic-producing capacities. Streptomyces coelicolor, a member of the genus Streptomyces, can synthesize 5 or more different antibiotics and it is frequently used as the model organism in genetic researches. Production of seconder metabolites including antibiotics can be enhanced upon `stringent response` mechanism induced by stress factors like nutrient deprivation. With the lack of enough nutrient in the environment, stringent response prompts microorganisms to rearrange the cellular metabolic status by alormone (ppGpp ve pppGpp) production for adaption into this new condition. relA is one of the main factors responsible for alarmone accumulation. This gene was cloned into a multicopy, glycerol-inducible E. coli – Streptomyces shuttle vector (pSPG) and introduced into wild-type S. coelicolor A(3)2. Then the effect of relA overexpression on secondary metabolism was investigated by measuring antibiotic production in recombinant strain. To our knowledge, researches have focused on complementation of the mutant strain lacking relA gene so far. The recombinant strain obtained in this study will be valuable for scientific literature since it is the first example that overexpress relA gene in rich medium. Moreover, by providing materials and preliminary findings for the future studies regarding the effect of RelA on secondary metabolism increases the importance of this study.