Microbiologie in hapklare porties
Botanische tango: Sage van Jasmonzuur & Streptomyces
We leven in een onderling verbonden wereld, en dat geldt ook voor microben en de planten waarmee ze interageren. Of deze interactie nu positief of negatief is, deze twee wezens worden hoe dan ook beïnvloed door elkaar en de omgeving waarin ze leven.
Veranderingen in het milieu veroorzaken stressreacties bij planten. Het moduleren van de abiotische en biotische stressfactoren wordt gedaan door jasmonzuur, één van de niet-klassieke plantenhormonen. Dit signaalmolecuul is bovendien betrokken bij fysiologische processen van de plant, zoals verdediging tegen roofdieren (microbiële pathogenen en herbivore insecten), hormoonbalans van de plant en wondrespons.
Recent onderzoek onthult hoe het jasmonzuur Streptomyces beïnvloedt – van groei tot antibioticaproductie.
Streptomyces?
Streptomyces maken deel uit van de microbiële groep actinobacteriën. Ze zijn Gram-positief, veelzijdig en kunnen worden aangetroffen op verschillende locaties, waaronder grond, zoet water en zoute omgevingen. Naast hun populariteit als producenten van antibiotica, staan ze ook bekend om hun rol in de verdediging van planten.
Plant-microbe interacties
Streptomyces bezetten de bodem en fyllosfeer van planten. Ze interageren met de laatste, beschermen ze en produceren gunstige metabolieten zoals antibiotica, sideroforen en plantenhormonen.
En de planten dan? Nou, ze stimuleren coöperatieve interacties met omringende microben. Sterker nog, hun immuunsysteem beïnvloedt de samenstelling en structuur van microben. Zo vertonen planten behandeld met methyljasmonaat een veranderde wortelmicrobiota, vooral de gunstige microbiële biofilms in de bodem.
Een dergelijke invloed van een plant op het omringende microbiële leven is bewonderenswaardig. Onderzoekers van deze studie spitsten zich toe op de invloed van jasmonzuur (het plantenhormoon hierna aangeduid als JA) op voornamelijk 2 Streptomyces-stammen waarvan ze wisten dat deze reageerden op het plantenhormoon: S. coelicolor en S.roseifaciens. En dit is wat ze ontdekten…
De bevindingen
Plant-geassocieerde Streptomyces hadden een gewijzigd metabolisme, met name wat betreft groei en antibioticaproductie, als reactie op het hormoon. De studie vond het volgende—
Effect op metabolisme
Bij lage niveaus (0,5 mM) van het plantenstresshormoon hadden de Streptomyces-isolaten een hogere antimicrobiële activiteit tegen Bacillus subtilis en werden ze zelf significant geremd bij hogere niveaus (5 mM) jasmonzuur. JA maakt B. subtilis niet direct gevoeliger, daarom werd deze observatie gekoppeld aan de actinobacteriën als de trigger.
S. coelicolor
S. coelicolor blootgesteld aan JA had versnelde ontwikkeling, vroegtijdige kieming en verbeterde antibioticainductie. Op minimaal medium + methyljasmonaat toont een blauwe kleur actinorhodine (antibioticum dat werkt tegen Gram-positieve bacteriën) aan, en later worden kolonies grijs met sporulatie. In broths met JA vertonen myceliummassa’s een verbeterde rode pigmentatie, die wordt beschouwd als prodiginine.
S. roseifaciens
S. roseifaciens vertoonde antimicrobiële activiteit op media met 0,5 mM JA, maar niet met methyljasmonaat. Rode pigmentatie die binnen 6 uur in minimaal medium met JA werd waargenomen, werd uiteindelijk vervangen door vergeling van kolonies in de loop van de tijd. Onder de lichtmicroscoop had de gele S. roseifaciens hyfen die kortere vertakte bundels produceerden dan het ouderlijk exemplaar. Kortom, S. roseifaciens paste zich uiteindelijk aan aan het hormoon door er ongevoelig voor te worden.
Zoals te zien is, varieerde de respons op het plantenhormoon en zijn derivaten onder verschillende Streptomyces. Voor ons betekent dit nieuwe onderzoeksgebieden in de toepassing van plantenhormonen om antibioticaproductie in Streptomyces te bevorderen.
Gecombineerd met aminozuren:
In planten conjugeert (combineerd) JA met aminozuren zoals Ile, Leu, Val, Ala, Tyr en Phe voor zijn signaalroute. Bijvoorbeeld, vluchtige organische verbindingen die als gevolg daarvan worden uitgescheiden, activeren verdedigingsmechanismen in naburige planten. Dit komt terug op de karakteristieke aard van jasmonzuur in plantenverdediging tegen pathogenese en herbivore geleedpotigen via cel-signaalroutes.
Voor de actinobacteriën is aminozuurconjugatie een beschermingsstrategie tegen het plantenhormoon. Deze overlevingsstrategie komt voort uit verminderde toxiciteit door aminozuurconjugatie met JA. Om dit te illustreren, bereidden onderzoekers JA-Gln (Jasmonzuur-Glutamine) via organische synthese en voegden het toe aan MM met 5 mM JA (concentratie die groei remt). Ze ontdekten dat glutamine-conjugatie verrassend genoeg de JA-toxiciteit omzeilde in S. roseifaciens.
Maar is bacteriële conjugatie van aminozuur inderdaad zo voordelig?
Om dit te testen, werden S. roseifaciens blootgesteld aan 0,5 mM JA en JA-Gln geanalyseerd op antibioticaproductie. JA-Gln slaagde er niet in de antibioticaproductie tegen B. subtilis te verbeteren, maar JA op zichzelf wel. Aminozuurconjugatie beïnvloedt hoogstwaarschijnlijk dus negatief het metabolisme van antibiotica-productie van de actinobacteriën.
De impact
Dit werk onthult veel bevindingen die verder gaan dan het laboratorium. Streptomyces als een krachtige antibiotica-producent is een waardevol bezit voor ons. Het begrijpen van zijn intieme reacties vergemakkelijkt de oogst van antibiotica.
Hoewel jasmonzuur de actinobacteriën op hogere niveaus hindert, vervalsen de laatste dit door te conjugeren met aminozuren. Het begrijpen van dit kat-en-muisspel tussen planten en Streptomyces toont de complexe onderling verbonden dynamiek tussen de 2 organismen. Dit werk kan verder worden toegepast voor plaagbestrijding en op gebieden van plantenziektekunde, het verbeteren van de gezondheid en verdediging van planten, en het bevorderen van algemene milieuvriendelijke duurzame landbouwpraktijken.
Link to the original post: van der Meij, A., Elsayed, S. S., Du, C., Willemse, J., Wood, T. M., Martin, N. I., … & van Wezel, G. P. (2023). The plant stress hormone jasmonic acid evokes defensive responses in streptomycetes. Applied and Environmental Microbiology, e01239-23. DOI: https://doi.org/10.1128/aem.01239-23
Featured image: Original image by Tejaswini Petkar (author) using wikipedia.org, biorender.com & craiyon.com.
Vertaald door: Mira Stas
micro-bites.org 
