Marine Pseudoalteromonas species are associated with higher organisms and produce biologically active extracellular agents

Abstract

The newly established genus Pseudoalteromonas contains numerous marine species which synthesize biologically active molecules. 様々な標的生物に対して活性な化合物の範囲の生産は、この属のユニークな特徴であると思われ、栄養と表面の植民地化のための彼らの競争の中でPseudoalteromonas細胞 Pseudoalteromonasの種は海洋の真核生物と関連付けて一般にあり、抗菌性、bacteriolytic、agarolyticおよびalgicidal活動を表示します。 さらに、いくつかのPseudoalteromonas分離株は、一般的な汚染生物の定着を特異的に防止する。 広範囲の阻害性細胞外物質が産生される一方で、Pseudoalteromonas種の近くに住む他の海洋生物の生存を促進する化合物も発見されている。

1はじめに

海洋から容易に単離された細菌は従属栄養グラム陰性の鞭毛細菌であり、炭水化物を発酵させる能力に応じて二つのサブグループに分けることができる。 非発酵グループ内では、Alteromonasと命名された属は、Gauthierらによって行われた系統学的比較に基づいて改訂された。 1995年。 彼らの改訂は、alteromonas属をAlteromonas属（現在は一つの種のみを含む）と新しい属Pseudoalteromonas属に分けるべきであることを示唆した（図。 図1は、現在Pseudoalteromonas属に割り当てられている異なる種の系統樹を示しています）。 この新たに作成された属は、二つの理由のために重要な関心を集めています。 まず，Ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ種は海洋環境において真核生物宿主と関連して頻繁に発見され，そのような関連の研究は微生物-宿主相互作用において重要なメカニズムを解明する。 第二に、種の多くは、生物の範囲を標的とする生物学的に活性な代謝産物を産生する。 Pseudoalteromonas種によって表示される異なる細胞外生物学的活性は、表1に記載されている。 このレビューの目的は、属Pseudoalteromonasに関連する新たな情報のいくつかを要約し、そのメンバー種の多くによって発現されている生物学的に活性な化合物の生態学的

2 Pseudoalteromonas種の単離

細菌の分類では、海洋および非海洋動植物の間に存在する明確な区別は適用されません。 現在、ほとんどの培養可能な細菌属の代表者は、陸上および海洋環境の両方から単離することができる。 しかし、現在では、Pseudoalteromonas属には海水のみに由来する種が含まれており、メンバーは世界中の海洋の場所から単離されていることが確立されています。 興味深いことに、Pseudoalteromonas種の大部分は真核生物の宿主と関連しているようです。 種はムール貝、フグ、tunicatesおよび海綿のようなさまざまな動物から、また海洋植物の範囲から隔離されました。 様々な生息地におけるそれらの存在とその世界的な広がりは、Pseudoalteromonas種によって表現された適応戦略と生存戦略が多様で効率的であり、基礎研究と応用研究の両方に大きな関心を持っていることを示唆している。

3PseudoalteromonasおよびAlteromonas種によって発現される生物学的活性

近年、Pseudoalteromonas属のメンバーによる生物学的に活性な代謝産物の産生およびこれらの細菌と異なる宿主生物 特に、多くのPseudoalteromonas種は宿主のそれらを含む表面の植民地化のそれらを助けるようである抗菌性プロダクトを作り出すために示されました。 多くのPseudoalteromonas種によるagarases、毒素、bacteriolytic物質および他の酵素の生産は栄養素およびスペースのための競争の、また表面で放牧する捕食者に対する保護の細菌の細胞を助 固体表面における細菌の生態は複雑であり、二次代謝産物および他の分泌産物の産生以外にも多くの追加の要因が細菌応答に影響を及ぼす。 例えば、Ｉｖａｎｏｖａ ｅ ｔ ａ ｌ． 基層の疎水性の程度が抗細菌代謝産物の産生に影響することを実証した。 付着したＰｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ細胞が疎水性表面でより豊富であるにもかかわらず，親水性表面で最も高い抗微生物活性が起こることが分かった。 この知見は、細胞の即時環境に存在する変動および刺激に応じて、抗菌活性の発現がオンおよびオフに切り替わることを示唆している可能性があ

3.1抗菌活性

Pseudoalteromonas種は幅広い抗生物質効果を示しています。 Ｐ．ａｕｒａｎｔｉａ，ｐ．ｌｕｔｅｏｖｉｏｌａｃｅａおよびＰ．ｒｕｂｒａの三種が高分子量の抗菌化合物を産生することが実証されている。 P.の異なった緊張によって表示される抗菌性の活動。 luteoviolaceaは特に興味深く、混合物の2つのクラスが原因であるために提案されました。 まず，培養培地中で部分的に拡散性のある細胞結合ポリアニオン高分子は酸性多糖類であると考えられた。 McCarthyらによる後の研究。 これらの高分子化合物がタンパク質と関連していることを実証した。 P.luteoviolaceusによって産生される抗生物質の第二のグループは、細胞に結合し、培地に拡散しない小さな臭素化化合物を含む。 これらの臭素化化合物は、強力な殺菌効果を有することが知られている。 異なった抗生物質の生産では、異なったP.luteoviolaceusの緊張間の異質性は示されました。 異なる株は、多糖類分子または小さな臭素化代謝産物、またはその両方のいずれかを合成することが見出されている。 抗菌剤の産生におけるこれらの変化は、P.luteoviolaceus株は、もともと異なる宿主生物または生息地を選択し、時間とともに発散化合物を生成するために別々に進化したことを示唆している可能性がある。 Pにおいても自己阻害が観察されている。 luteoviolaceus細胞は高分子抗生物質の混合物によって仲介されるために提案され。 これらのポリアニオン性炭水化物はまた、固体表面への細菌の付着において重要であることが実証されており、細菌が宿主生物のコロニー形成において非常に競争力があることを可能にする。 自己阻害はPseudoalteromonas種のために観察されるが、我々はそれが他の海洋細菌で広く発生している現象ではないことを示した。 水相における化合物の希釈は、おそらく細胞近傍の細胞外化合物の濃度を低く保つことを考えると、海洋生態系におけるこの活性の重要性が疑問視されている。 しかし、細菌集団における自己阻害性化合物の産生は、マイクロハビタット内の微生物の多様性を維持するために重要である可能性がある。 細胞外自己誘導化合物が多くの細菌集団において重要であるという最近の知見を考えると、自己阻害分子の役割も想定することができる。

ポリアニオン性抗生物質分子によって媒介される抗生物質活性は、種P.citreaについても実証されている。 また、P.rubraとP.luteoviolaceaの抗生物質活性を仲介するこれらの多価アニオンは、細菌呼吸を阻害することが見出されています。 興味深いことに，いくつかのＰｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ種におけるこのような化合物の産生は培地依存性であることが示された。 血液含有培地で増殖させた場合，細胞は抗細菌活性を発現せず，栄養寒天および塩を含むトリプシン大豆寒天培地で増殖させた場合，活性化合物の発現は非常に低かった。 細菌が細胞外の生物学的に活性な化合物を発現するためには特定の栄養条件が必要であることを考えると、海洋環境におけるいくつかの細菌-ホス

3.2細胞外酵素と毒素

寒天は紅藻の細胞壁に存在する多糖類である。 寒天の細菌分解は，酵素β-アガラーゼとα-アガラーゼの特異性に基づく二つの機構によって起こると考えられた。 多糖類鎖の切断は寒天軟化を引き起こし、紅藻と関連して生きている細菌によって発現されるアガラーゼ活性は、緑および褐藻の葉の細菌分解の場合と同様に、細菌が藻類から栄養素を容易に獲得するのを助けるかもしれない。 Vera et al. 寒天分解分離株、P.antarctica株N-1を同定し、その細胞外産アガラーゼがエンドβ-アガラーゼIであることを特徴とした。 Ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ属内の他のアガラーゼ分解株はＰ．ａｇａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ，Ｐ．ｓｐ． 株Ｃ−１、ｐ．ｃａｒｒａｇｅｅｎｏｖｏｒａ、ｐ．ａｔｌａｎｔｉｃａおよびＰ．ｃｉｔｒｅａ。 報告されている寒天分解性Ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ株のほとんどは細胞外β-アガラーゼを産生することが見出されているが，Ｐ．ａｇａｒｏｌｙｔｉｃｕｓ株はα-およびβ-アガラーゼの両方を産生することが報告されている。

海洋植物に対する生物学的活性を発現する他の細菌にはPが含まれる。 褐藻Ｌａｍｉｎａｒｉａｊａｐｏｎｉｃａから単離されたｂａｃｔｅｒｉｏｌｙｔｉｃａ株は，ｌ．ｊａｐｏｎｉｃａの赤斑病の原因物質であると考えられている。 これらの細菌分離株はまた、グラム陽性およびグラム陰性細菌の両方に対して細菌溶解活性を有することが見出されている。 Bacteriolytic活動が栄養混合物の解放によって生産者の緊張に提供する利点を与えられて、これは多分oligotrophic環境に住んでいる細菌のための重要な特性です。 細菌活性はまた、海洋環境における空間のための競争における生産株に利益をもたらす可能性があります。

栄養摂取および植民地化におけるPseudoalteromonasおよびAlteromonas細菌株の競争上の優位性は、植物プランクトンに対する殺藻活性のために提案されている。 この場合，殺藻活性の生態学的関連性は，ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓｓｐで示されたように，海洋環境における植物プランクトンの連続を制御することでもある可能性がある。 有害なマイクロ藻の花に対するひずみY。 この細菌は，Ｃｈａｔｏｎｅｌｌａ属，Ｇｙｍｎｏｄｉｎｉｕｍ属およびＨｅｔｅｒｏｓｉｇｍａ属内の種の急速な細胞溶解および死を引き起こすことが示された。 細菌Pseudoalteromonas sp. A28はまた、海洋藻類を溶解することが実証された。 活性成分はプロテアーゼであり，プロテアーゼの発現はアシル化ホモセリンラクトン調節系によって調節されていることが示唆された。

他のいくつかのPseudoalteromonas種も細胞外毒素を産生することが示されている（表1参照）。 これらにはPが含まれます。 神経毒を産生するテトラオドニス、フグ中毒の原因物質であるテトラドトキシン、および魚の死亡を引き起こす毒素を放出するP.piscicidia。 さらに，Ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓｔｕｎｉｃａｔａ細胞は無脊椎動物幼虫および藻類胞子に対して毒性であることが示されており，Ｐ．ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓは細菌細胞を殺し，高密度培養におけるさらなる成長を阻害する自己毒性物質を産生する。 有毒な混合物の生産は細菌が特定の無毒な細胞外の代理店によって引き起こされるmicrohabitatsのより限られた修正と対照をなして大規模プロセスを制御

3.3細胞外多糖類

上記の生物学的活性の範囲は、細菌の細胞外化合物の発現が他の生物とうまく競合することを可能にすることを示唆している。 しかし、細菌はまた、他の海洋生物の生存を助ける化合物を産生することができる。 例えば、外多糖類（EPS）の産生は、他の生物が特定の海洋生息地で生き残る可能性を高めることが実証されている。 この事実にもかかわらず、EPSの効果は少数の例でしか詳しく検査されなかった。

EPS産生細菌株は、Pseudoalteromonas属およびAlteromonas属内で一般的である。 興味深いことに、Alteromonas sp. チューブワームから単離された株HYD-1545は、重金属結合特性を有することが実証された酸性糖を含むEPSを生成する。 この細菌は、化学物質（例えば金属硫化物）への暴露が高い環境に生息する宿主生物の生存にとって重要であることが示唆されている。

無脊椎動物の幼虫の定着について、細菌によるEPS産生が生物に及ぼすさらなる有益な効果が実証されている。 例えば、Ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ ｓ ｐ． ひずみS9は、成長の静止相の間に液体培養中および表面上の両方でEPSを生成する。 ＥＰＳの放出を欠損した野生型およびトランスポゾン生成変異体をチュニック幼虫の沈降に対して試験し，野生型は変異株に比べて幼虫の沈降およびその後の変態および発達の程度が高いことを示した。

Pseudoalteromonas sp.によるEPS生産の役割 細菌細胞付着プロセスにおける株S9は、いくつかの詳細に研究されました。 Wrangstadh et al. 飢餓条件下でのＥＰＳ産生の増加は，細胞表面の疎水性と無生物表面への細胞の接着の両方の減少と相関していることを示した。 細菌細胞表面におけるＥＰＳ量の増加はさらに細胞剥離の増加と相関した。 これらの応答は飢餓によって誘発され、細胞が栄養枯渇した環境から脱出するのを助けると仮定された。 剥離後、自由生きた細菌細胞は、それらの増殖のためのより適切な条件を提供し得る他の表面を植民地化するために「探索」することができる。

細菌Epsは、抗菌成分として働き、細菌の付着を制御し、宿主および生産株の近くに住む他の生物の両方の生存に利益をもたらすことができるように さらに、Ｅｐｓは、抗生物質に対する防御障壁、原虫による捕食に対する防御障壁として作用し、栄養摂取のための増強剤として機能し、細胞への、および細胞からのいくつかの物質の拡散を減少させることができる。 多くのPseudoalteromonas種はEPSの生産を採用し、この特性は、細胞の生存戦略の範囲を提供する可能性があります。

3.4P.tunicata

Pseudoalteromonas属内でよく研究されている細菌はP.tunicata（以前はD2と指定されていた）です。 この株は、10mの深さで収集された成体のチュニックの表面からスウェーデンの沿岸海域で単離された。 その後の研究では、オーストラリア水域の緑色藻類Ulva lactucaにP.tunicata様の株が存在することが示された。 P.tunicataは暗緑色の色素性細菌であり、少なくとも5つの細胞外化合物を産生することが見出されており、他の生物がバイオフォウリングコミュニティで自 2). この化合物は、無脊椎動物の幼虫および藻類の胞子の沈降、細菌および真菌の増殖および珪藻による表面の植民地化を阻害する。 抗幼虫成分は、サイズが500Da未満の熱安定極性分子である。 抗細菌分子は、少なくとも二つのサブユニット（サイズが80と60kDa）からなる新規な大きなタンパク質（190kDa）です。 蛋白質は海洋および陸生環境から隔離されるほとんどのグラム陰性およびグラム陽性の細菌の成長を禁じます。 P.tunicata細胞はまた、自己阻害を発現し、成長の指数関数的段階における細胞は、このタンパク質に敏感である。 しかし、細胞がタンパク質が産生される生理学的状態である静止期に達すると、それらは抵抗性になる。 表面のP.tunicataの植民地化におけるこの抗菌タンパク質の生態学的役割は、現在、サブユニット遺伝子で変異した株を用いて研究されている。 抗胞子成分は、約3kDaの大きさのペプチドである。 最近の研究は、抗真菌分子が細胞結合長鎖脂肪酸誘導体であり得ることを示している（未発表のデータ）。 抗珪藻化合物はまだ特徴付けられていない。

P.tunicataのユニークな特徴は、生成される防汚および阻害化合物の多様性と、各代謝産物が特定の生物群を標的とすることが実証されているという事実に関 2). この現象は他の細菌では報告されておらず、そのような特徴を示す細菌は海洋環境では一般的ではないことを示唆しているかもしれないが、P. ｔｕｎｉｃａｔａ株は，スウェーデン西海岸とシドニー周辺の両方の水域の高等生物の表面から単離されている。 しかし、そのような細菌および特性に関する報告が不足していることは、実験室が一般的に広範なバイオアッセイにアクセスできないことを反映している可能性がある。

4Pseudoalteromonas種の生物学的制御および商業的使用

Biocontrolは、微生物および細菌と高等生物との間の拮抗的相互作用に基づいています。 行為のモードは汚染のmacroorganismsを撃退するbiofilmの細菌によって表示されるように無毒、特定であるかもしれません。 しかし、より多くの場合、微生物生物制御は、一般に微生物疾患を引き起こす生物の制御の場合のように毒性に基づいている。 Pseudoalteromonas種が生物学的活性の広い範囲を表現することを考えると、この属は、水産養殖、防汚技術と毒性藻類の花の制御で使用するための貴重な生物防除株を含 実際、これらの提案はいくつかの研究プログラムで検討されています。 Ｐ．ｔｕｎｉｃａｔａ細胞をポリアクリルアミドゲルとポリビニルアルコールゲルに固定化する方法を開発した。 この方法を用いて，ゲルマトリックス表面コーティングに細胞を閉じ込め，生きておくことにより，防汚成分の流出を可能にした。 生存可能な固定化された細胞は、実験室で海洋水域で2ヶ月以上後に実証された。 そのような”生きているペンキ”の概念は現在の有毒な海洋の反foulantsに新しく環境に優しい代わりを提供するかもしれません。

魚、アワビ、カキなどの生物を培養する際に病原性微生物の数を減らすために用いられる方法には、水のろ過、オゾン化、紫外線暴露、抗生物質を含む人工 しかしながら、これらの方法のどれも微生物疾患を制御するのに有効であることが証明されておらず、代替方法を導入する明らかな必要性がある。 前田他 抗微生物産生Ｐｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓｕｎｄｉｎａ株を生物防除剤として使用することを検討し，この生物が有害細菌およびウイルスの増殖を抑制し，養殖魚および甲殻類の増殖を改善することに成功したことを実証した。 さらに，多くのＰｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓ種がポリマーを分解し，表面に付着する能力を，アルテミアｎａｕｐｌｉｉ幼虫のふ化場食の凍結乾燥Ulｖａ葉状体の分解に適用した。 葉状体へのＰｓｅｕｄｏａｌｔｅｒｏｍｏｎａｓｅｓｐｅｊｉａｎａの添加は微細藻類様形態への変換を促進することを示した。 これらの粒子はまた、滅菌条件下で処理された粒子と比較して、細菌のバイオフィルムの結果として、タンパク質の量の二倍を含んでいた。 この技術は、動物性食品の生成のための他のプロセスに適用可能であり得る。

5海洋環境におけるPseudoalteromonas種による汚染制御

様々な代謝産物またはその他の環境刺激に応答して、細菌細胞は、適切な海洋生息地における生産者株および/または宿主生物に利益をもたらす化合物を産生することができる。 例としては、宿主生物が細菌によって生成された化合物を、緑藻Ulva lactucaおよびEnteromorpha intestinalisおよびtunicate Ciona intestinalisのような汚れた生物に対する独自の化学的防御のために使用することができる場所が挙げられる。 これらの生物は、汚れに対する保護のための二次代謝産物を産生しないことが知られているが、防汚生産Pseudoalteromonas種を運ぶことが報告されている。 我々は、フィールドに汚れていないままにすることの成功は、関連する防汚細菌によるものであると仮定します。

謝辞

著者の研究室での研究は、ニューサウスウェールズ大学の副学長のポスドク研究フェローシップであるAustralian Research CouncilとUNSWの海洋生物汚染とバイオイノベー Sally James、Suhelen Egan、Ashley Franks、Torsten Thomas、Harriet Baillieの支援と貴重な議論に感謝したいと思います。