نقش اگزوپلی ساکاریدهای سیانوباکتریایی در کمپلکس میکروبی Mat و بیوفیلم های فتوتروفیک

Role of Cyanobacterial Exopolysaccharides in Phototrophic Biofilms and in Complex Microbial Mats

چکیده

1.مقدمه

1.1- EPS های سیانوباکتریایی: ویژگی های شیمیایی و فیزیکی

1.2 عوامل موثر بر سنتز EPS در سیانوباکتری ها

2. نقش EPS های سیانوباکتریایی در Mat های میکروبی

2.1 نقش EPS ها در چسبیدن سیانوباکتری به ذرات و سطوح جامد

2.2 نقش EPS ها در پهنه های زیستی خاک

2.3 نقش EPS ها در تحمل به تنش آب و اشعه ماوراء بنفش

2.4. نقش EPS ها در فرایندهای Bio-Weathering

2.5. نقش EPS ها در حرکات خرامیدن سیانوباکتریایی

6- EPS های سیانوباکتریایی به عنوان یک منبع C

3. نتیجه گیری

چکیده

اگزوپلی ساکاریدها (EPSs) یک رده ی مهم از پلیمرهای زیستی با اهمیت اکولوژیکی زیاد هستند. در محیط طبیعی، یک ویژگی معمول از بیوفیلم های میکروبی هستند و نقش کلیدی محافظتی و ساختاری ایفا می کنند. سيانوباکتري ها به عنوان کلنی کننده های اصلی محيط های محدود، مانند خاک های بيابانی و بسترهای سنگی و بدون پوشش، اولين مشارکت کنندگان در سنتز EPSs هستند که ماتريکس پليمری خارج سلولی تشکيل می-دهند که باعث تشکيل تجمع های ميکروبی با سطوح مختلف پيچيدگی ها به نام بيوفيلم می شوند. کلونیزاسیون سیانوباکتریایی اولین مرحله برای تشکیل بیوفیلم ها با سطوح مختلف پیچیدگی است. در تمام سیستم های ممکن که در آن سینوباکتری ها دخیل هستند، سنتز EPSs در ایجاد یک ریزمحیط هیدراته با استحکام ساختاری و همچنین حفاظت شیمیایی/فیزیکی در برابر عوامل تنش زای زنده و غیرزنده مشارکت می کند. با وجود نقش های مهم EPS های سیانوباکتریایی، بسیاری از جنبه های مربوط به نقش آن ها و ارتباط آن ها با عوامل زنده و غیر زنده، هنوز مشخص نشده است. هدف از این بررسی، مشخص کردن وضعیت جدید اهمیت عصاره EPS سیانوباکتریایی، هم برای سلول های تولید کننده و هم برای تجمع های میکروبی است که در آن سیانوباکتری ها به عنوان یک جزء کلیدی هستند.

3. نتیجه گیری
از یافته های تجربی یافته شده فوق، به نظر می رسد است که EPM نقش مهمی در محافظت جمعیت میکروبی ساکن در BSC یا در بیوفیلم ها، از عوامل محیطی مضر دارد. با این حال، به رغم تعداد زیاد مطالعات صورت گرفته که این نقش را تأیید می کنند، تنها برخی از آن ها مکانیسم های مولکولی که منجر به سنتز و انتشار EPS ها در شرایط تنش محیطی می شوند، را به طور مستقیم بررسی کرده اند. برای مشخص کردن مسیری که در آن عوامل محیطی، باعث فعال شدن ماشین های بیوسنتزی و سنتز EPS می شود و برای تشریح تفاوت های مشاهده شده در واکنش سیانو باکتری های تولید کننده EPS به تنش های مشابه، به بررسی های بیشتر در این راستا نیاز است.
موضوع دیگری که تا کنون تقریبا به طور کامل نادیده گرفته شده است، مربوط به درک تفاوت های موجود در عملکرد محافظتی EPS ها به دلیل ترکیبات یا اندازه های مولکولی مختلف است. در واقع، این امکان وجود دارد که پلی ساکاریدها با ابعاد مولکولی و ساختار مختلف یا ترکیب مختلف مونوساکاریدها با خواص مشخص (به عنوان مثال، خاصیت آب دوستی یا آب گریزی، بار منفی و غیره)، به مقدار متفاوت باعث محافظت از سلول ها از شرایط محیطی مضر می شوند. بنابراین، سیانوباکتری هایی که قادر به تعدیل این خصوصیات هستند، ممکن است مزیت اکولوژیکی داشته و در محیط های خشن بهتر عمل می کنند.

Abstract

Exopolysaccharides (EPSs) are an important class of biopolymers with great ecological importance. In natural environments, they are a common feature of microbial biofilms, where they play key protective and structural roles. As the primary colonizers of constrained environments, such as desert soils and lithic and exposed substrates, cyanobacteria are the first contributors to the synthesis of the EPSs constituting the extracellular polymeric matrix that favors the formation of microbial associations with varying levels of complexity called biofilms. Cyanobacterial colonization represents the first step for the formation of biofilms with different levels of complexity. In all of the possible systems in which cyanobacteria are involved, the synthesis of EPSs contributes a structurally-stable and hydrated microenvironment, as well as chemical/physical protection against biotic and abiotic stress factors. Notwithstanding the important roles of cyanobacterial EPSs, many aspects related to their roles and the relative elicited biotic and abiotic factors have still to be clarified. The aim of this survey is to outline the state-of-the-art of the importance of the cyanobacterial EPS excretion, both for the producing cells and for the microbial associations in which cyanobacteria are a key component.

3. Conclusions

From the above reported experimental findings, it appears evident that the EPM plays an essential role in protecting from harmful environmental factors the microbial community residing in BSCs or in biofilms. However, in spite of the large number of studies claiming this role, only a few of them directly investigated the molecular mechanisms leading to the synthesis and release of EPSs under environmental stress conditions. Further studies in this direction are needed in order to clarify the way in which environmental factors activate the biosynthetic machinery leading to the synthesis of the EPSs and to explain the differences observed in the reaction of EPS-producing cyanobacteria to stresses of the same nature. Another topic that has been almost completely neglected until now is related to the understanding of the possible differences in the protective functions of EPSs having different compositions or molecular sizes. Indeed, it is conceivable that polysaccharides with different molecular dimensions and structure or composed of monosaccharides with specific properties (e.g., hydrophobicity or hydrophilicity; negative charge, etc.) protect to different extents the cells from harmful environmental conditions. Therefore, the cyanobacterium able to modulate these characteristics may have an ecological advantage and might be able to better thrive in harsh environments.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

نقش اگزوپلی ساکاریدهای سیانوباکتریایی در کمپلکس میکروبی Mat و بیوفیلم های فتوتروفیک

Role of Cyanobacterial Exopolysaccharides in Phototrophic Biofilms and in Complex Microbial Mats

شیمی، توکسیکولوژی و ژنتیک توکسین های سیانوباکتریایی، میکروسیستین، نودولارین، ساکسی توکسین و سلیندروسپرمپسین

On the Chemistry, Toxicology and Genetics of the Cyanobacterial Toxins, Microcystin, Nodularin, Saxitoxin and Cylindrospermopsin

چکیده

1 میکروسیستین

1.1 مقدمه

1.2 شیمی

1.3 سم شناسی

1.4 بیوسنتز و ژنتیک

2 نودولارین

2.1 مقدمه

2.2 شیمی

2.3 سم شناسی

2.4 بیوسنتز و ژنتیک

3 ساکسیتوکسین

3.1 مقدمه

3.2 شیمی

3.3 سم شناسی

3.4 بیوسنتز و ژنتیک

4 سیلیندروسپرمپسین

4.1 مقدمه

4.2 شیمی

4.3 سم شناسی

4.4 بیوسنتز و ژنتیک

چکیده

سیانوباکترها یا “جلبک های سبز آبی”، همان طور که معمولا نامیده می شوند، شامل گروه متنوعی از باکتری های فتوسنتزی اکسیژنی هستند که در گستره وسیعی از محیط های آبی و خشکی زندگی کرده و تنوع مورفولوژیکی باور نکردنی را نشان می دهند. بسیاری از گونه های آبزی تولیدکننده ی سیانوباکتر قادر به تولید متابولیت های ثانویه فعال بیولوژیکی هستند که برای انسان و سایر حیوانات بسیار سمی هستند. از دیدگاه سم شناسی، سیانوتوکسین ها به چهار دسته اصلی تقسیم می شوند: نوروتوکسین ها، هپاتوتوکسین ها، سیتوتوکسین ها و درماتوکسین ها (سموم تحریک کننده). با این حال، ساختار آن ها کاملا متنوع است. طی دهه گذشته، مسیرهای بیوسنتز چهار سیانوتوکسین اصلی یعنی میکروسیستین، ندولارین، ساکسی توکسین و سلیندروسپرمپسین، از نظر ژنتیکی و بیوشیمیایی روشن شده است. این مقاله مروری، یک مرور کلی از این مسیرهای بیوسنتز را فراهم کرده و علاوه بر این به بررسی شیمی و سم شناسی این متابولیت های ثانویه قابل توجه می پردازد.

4-4 بیوسنتز و ژنتیک
خوشه ژن بیوسنتز سیلیندروسپرمپسین (cyr) C. raciborskii AWT205 اخیرا توالی یابی شده است [161]. این خوشه 43 کیلوبازی است و شامل 15 ORF است که تمام عملکردهای مورد نیاز برای بیوسنتز، تنظیم و خارج کردن توکسین را کدگذاری می کند (شکل 10). بیوسنتز از طریق انتقال آمیدین به گلیسین و پس از آن گسترش 5 پلی کتید و کاهش های بعدی آغاز می شود، حلقه ها از طریق افزودن Michael به روش مرحله به مرحله ساخته می شوند. حلقه اوراسیل به وسیله یک مکانیسم جدید بیوسنتز پیریمیدین و واکنش دوخت، شامل سولفاسیون و هیدروکسیلاسیون تشکیل می شود که بیوسنتز را کامل می کند (شکل 11).
اولین گام در تشکیل اسکلت کربن سیلیندروسپرمپسین، سنتز گوانیدینواستات از طریق ترانس آمیداسیون گلایسین است [162-164]. یک آمیدینوترانسفراز کد شده توسط cyrA باعث انتقال یک گروه گوانیدین از آرژینین [163]، به گلیسین می شود و به دنبال آن گوانیدینواستات تشکیل می شود. تصور می شود که یک NRPS-PKS مخلوط کد شده توسط cyrB باعث فعال سازی گوانیدینواستات می شود، که سپس از طریق تاب خوردن بازوی پروتئین حامل پپتیدیل ( PCP) به دامین KS منتقل می شود. دامین AT در CyrB باعث فعال-سازی مالونیل-CoA و اتصال آن به ACP می شود. پس از آن واکنش متراکم شدن بین گوانیدین استات فعال شده و مالونیل-CoA در دامین KS اتفاق می افتد.

Abstract

The cyanobacteria or “blue-green algae”, as they are commonly termed, comprise a diverse group of oxygenic photosynthetic bacteria that inhabit a wide range of aquatic and terrestrial environments, and display incredible morphological diversity. Many aquatic, bloom-forming species of cyanobacteria are capable of producing biologically active secondary metabolites, which are highly toxic to humans and other animals. From a toxicological viewpoint, the cyanotoxins span four major classes: the neurotoxins, hepatotoxins, cytotoxins, and dermatoxins (irritant toxins). However, structurally they are quite diverse. Over the past decade, the biosynthesis pathways of the four major cyanotoxins: microcystin, nodularin, saxitoxin and cylindrospermopsin, have been genetically and biochemically elucidated. This review provides an overview of these biosynthesis pathways and additionally summarizes the chemistry and toxicology of these remarkable secondary metabolites.

4-4 Biosynthesis and Genetics

The cylindrospermopsin biosynthesis (cyr) gene cluster from C. raciborskii AWT205 was recently sequenced [161] The cluster spans 43 kb and contains 15 ORFs, which encode all the functions required for the biosynthesis, regulation and export of the toxin (Figure 10). Biosynthesis is initiated via an amidinotransfer onto glycine followed by five polyketide extensions and subsequent reductions, rings are formed via Michael additions in a step-wise manner. The uracil ring is formed by a novel pyrimidine biosynthesis mechanism and tailoring reactions, including sulfation and hydroxylation that complete biosynthesis (Figure 11).

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

شیمی، توکسیکولوژی و ژنتیک توکسین های سیانوباکتریایی، میکروسیستین، نودولارین، ساکسی توکسین و سلیندروسپرمپسین

On the Chemistry, Toxicology and Genetics of the Cyanobacterial Toxins, Microcystin, Nodularin, Saxitoxin and Cylindrospermopsin

سموم تولید شده در شکوفایی آبی سیانوباکتر ها – سمیت و خطرات

Toxins produced in cyanobacterial water blooms – toxicity and risks

چکیده

شکوفایی آبی سیانوباکتر های سمی

خطرات بهداشتی سیانوتوکسین ها

سموم سیانوباکتریایی- سیانوتوکسین ها

هپتاپپتید های هپاتوکسیک – میکروسیستین ها

سمیت حاد میکروسیستین ها

سمیت مزمن و زیرمزمن، پیشرفت تومور

سم شناسی اکولوژیکی میکروسيستين ها

سایر سیانوتوکسین ها و ترکیبات زیست فعال

نتیجه گیری

چکیده

شکوفایی سیانوباکتریایی در آب های شیرین نشان دهنده یک مشکل مهم اکولوژیکی و بهداشتی انسان در سراسر جهان است. این مقاله به طور خلاصه اطلاعاتی را در مورد توکسین های سیانوباکتریایی مهم (هپاتوتوکسین ها، نوروتوکسین ها و غیره)، با توجه ویژه به میکروسیستین ها – هپتاپپتیدهای حلقه ای با سمیت شدید حاد و مزمن، ارائه می دهد. علاوه بر بحث در مورد خطرات بهداشت انسان، اکوتوکسیکولوژی میکروسيستين و خطرات بعدی اکولوژیکی آن نيز مطرح شده است. با وجودی تحقیقات قابل توجه پیشین در مورد میکروسیستین ها، سیانوباکتری ها طیف وسیعی از سموم تاکنون شناخته نشده را تولید می کنند که به تحقیقات بیشتر نیاز دارند. تحقیقات بیشتری باید در مورد اثرات افزودنی، سینرژیک یا آنتاگونیستی بین رده های مختلف متابولیت های سیانوباکتریایی و نیز برهمکنش با سایر عوامل استرس زای سمی مانند فلزات و آلاینده های آلی پایدار، مورد توجه قرار گیرد.

نتیجه گیری
از بین رفتن اکوسیستم های آبی از ظریق آلودگی مواد مغذی که سبب تشکیل شکوفایی آبی سیانوباکتریایی عظیم می شود، یک مشکل جهانی است که منجر به ایجاد خطر جدی برای سلامتی و اکوسیستم ها می شود. اگرچه در تعداد قابل توجهی از پژوهش ها، سیانوتوکسین های انتخاب شده (اکثرا میکروسیستین ها) مورد توجه قرار گرفته اند، در حال حاضر مشخص شده است که سیانوباکترها ممکن است طیف وسیعی از سموم ناشناخته را تولید کنند. نتایج آزمایشات، که نشان دهنده ی اثرات سمی بوده اما هیچ ترکیب علی را تاکنون شناسایی نکرده اند، اهمیت بالای اکوتوکسیکولوژیکی و سم شناسی ترکیبات شناخته نشده یا تاکنون شناسایی نشده را نشان می دهند. تحقیقات بیشتر در زمینه ی اثرات افزایشی، هم افزایی یا آنتاگونیستی چند دسته متابولیت زیست فعال سیانوباکتریایی یا مطالعه برهمکنش های بین سیانوتوکسین ها و دیگر عوامل استرس زا مانند سمومی مثل فلزات و آلاینده های آلی پایدار برای انسان ها ضروری است (Codd et al., 2005a).

Abstract

Cyanobacterial blooms in freshwaters represent a major ecological and human health problem worldwide. This paper briefly summarizes information on major cyanobacterial toxins (hepatotoxins, neurotoxins etc.) with special attention to microcystins – cyclic heptapeptides with high acute and chronic toxicities. Besides discussion of human health risks, microcystin ecotoxicology and consequent ecological risks are also highlighted. Although significant research attention has been paid to microcystins, cyanobacteria produce a wide range of currently unknown toxins, which will require research attention. Further research should also address possible additive, synergistic or antagonistic effects among different classes of cyanobacterial metabolites, as well as interactions with other toxic stressors such as metals or persistent organic pollutants.

Conclusions

Degradation of aquatic ecosystems by nutrient pollution resulting in massive cyanobacterial water blooms is a global problem representing serious health and ecosystem risks. Although significant research attention has been paid to selected cyanotoxins (mostly microcystins), it is nowadays recognized that cyanobacteria may produce wide range of currently unknown toxins. The results of experiments, where have been observed toxic effects but no causative compound has been identified so far, are showing great ecotoxicological or toxicological significance of unidentified or as-yet-unknown substances. Further research is also needed on possible additive, synergistic or antagonistic effects to multiple classes of cyanobacterial bioactive metabolites, or studies of interactions between the cyanotoxins and other stressors, e.g., anthropogenic toxicants such as metals or persistent organic pollutants (Codd et al., 2005a).

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سموم تولید شده در شکوفایی آبی سیانوباکتر ها – سمیت و خطرات

Toxins produced in cyanobacterial water blooms – toxicity and risks

مرور کلی از خواص سمی مولکول های زیست فعال سیانوباکتر

Cyanobacterial bioactive molecules–an overview of their toxic properties

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مرور کلی از خواص سمی مولکول های زیست فعال سیانوباکتر

Cyanobacterial bioactive molecules–an overview of their toxic properties

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.