Az oxidatív stressz és az atfA deléció hatása a szekunder anyagcserére

Az A. nidulans genomjában több mint 60 szekunder metabolit génklaszter található (Inglis és munkatársai 2013). Néhány esetben ismert a klaszterhez tartozó termék: penicillinek (Brakhage 1998), szterigmatocisztin (Brown és munkatársai 1996), aszperfuranon (Chiang és munkatársai 2009), aszpertecin (Szewczyk és munkatársai 2008), aszpiridon (Bergmann és munkatársai 2007), ausztinol és dehidroausztinol (Lo és munkatársai 2012), emericellamid (Chiang és munkatársai 2008), monodiktifenon és származékai (Chiang és munkatársai 2010, Sanchez és munkatársai 2011), orzellinsav és származékai (Sanchez és munkatársai 2010), valamint a terrekinon A (Bok és munkatársai 2006). A legtöbb klaszter termékét azonban eddig még nem azonosították, így e klaszterek működése is csak transzkripciós szinten vizsgálható.

Az oxidatív stressz számos mikotoxin képződését befolyásolja („oxidative stress theory of mycotoxin biosynthesis”; Reverberi és munkatársai 2010a). A legtöbb adat az A.

parasiticus és az A. flavus aflatoxin (aflatoxin B1, aflatoxin G1), az A. ochraceus ochratoxin (ochratoxin A), illetve Fusarium fajok trichotecén (nivalenol, deoxinivalenol, 15-acetil-deoxinivalenol) és fumonizin (fumonizin B1) termeléséről áll rendelkezésre. Ezen esetekben igazolták, hogy az oxidatív stressz indukálja a mikotoxin termelést, míg a gomba antioxidáns aktivitásának növelése, vagy antioxidáns molekulák adagolása gátolja azt (Beekrum és munkatársai 2003, Torres és munkatársai 2003, Fanelli és munkatársai 2004, Reverberi és munkatársai 2005, Ponts és munkatársai 2006, 2007, Reverberi és munkatársai 2010a, 2010b).

A részletesebb vizsgálatok számos transzkripciós faktorról mutatták ki, hogy azok az oxidatív stresszválaszt és a mikotoxin termelést is szabályozzák (Hong és munkatársai 2013a).

Említést érdemel a NapA/YapA (A. nidulans, A. parasiticus, A. ochraceus; Reverberi és munkatársai 2007, 2012, Yin és munkatársai 2013), az MsnA (A. parasiticus, A. flavus, Chang és munkatársai 2011), valamint az Atf1 (AtfA) (Botrytis cinerea, Fusarium graminearum, Temme és munkatársai 2012, Van Nguyen és munkatársai 2013) és az AtfB is (A. parasiticus, Hong és munkatársai 2013a). Az A. nidulans AtfA és AtfB transzkripciós faktorairól szintén feltételezhető, hogy részt vesznek mind a szekunder anyagcsere, mind az oxidatív stresszválasz szabályozásában (Lara-Rojas és munkatársai 2011).

Kísérleteinkben 5 szekunder metabolit génklaszter (AN7884 klaszter, dba-F9775 hibrid klaszter 2, AN1680 klaszter, AN6236 klaszter és AN10486 klaszter) indukcióját figyeltük meg az MSB, a tBOOH, illetve a diamid által okozott oxidatív stressz alatt, de valamennyi kezelésben (beleértve a sóstresszkezelést is) találtunk indukálódott szekunder metabolit klasztergéneket, illetve kulcsgéneket (5. táblázat, 4. melléklet).

MSB l-H₂O₂ h-H₂O₂ tBOOH Diamid NaCl Összesen transzkripciójára a THS30.3 (kontroll), illetve TNJ92.4 (∆atfA) törzsek tenyészeteiben

1 – Azon gének, ahol a transzkripciós változás (FC) legalább kétszeres volt a kezeletlen tenyészetekhez képest. │log2FC│ > 1; FC = Ikezelt/Ikezeletlen; I: normalizált jelintenzitás; log2FC > 1 – indukció („up-regulation”), log2FC < -1 – represszió (down-reguláció), illetve azon klaszterek száma ahol a gének legalább fele és köztük legalább egy kulcsgén is indukálódott/represszálódott. ² – Az Inglis és munkatársai (2013) közleményében szereplő, kísérletesen igazolt, vagy manuálisan azonosított, transzkipciós faktort, nem riboszómális peptid szintázt, poliketid szintázt, terpén szintázt, vagy preniltranszferázt kódoló szekunder metabolit klasztergének (összesen 94 gén). ³ – Az Inglis és munkatársai (2013) közleményében szereplő, kísérletesen igazolt, vagy manuálisan azonosított szekunder metabolit klasztergének (összesen 467 gén). ⁴ – Az Inglis és munkatársai (2013) közleményében szereplő, kísérletesen igazolt, vagy manuálisan azonosított szekunder metabolit gén klaszterek (összesen 66 klaszter). ⁵ – Szignifikáns eltérés (Fisher-féle egzakt teszt; p < 0.05) a stresszre reagáló gének/kulcs gének/klaszterek arányában a kontroll törzs és a ∆atfA mutáns között. ⁶ – Szignifikáns eltérés (Fisher-féle egzakt teszt; p < 0.05) az indukálódó, vagy a represszálódó gének/kulcs gének/klaszterek arányában egy törzsön belül. ⁷– Szignifikáns eltérés (Fisher-féle egzakt teszt; p < 0.05) a stresszre reagáló gének/kulcs gének/klaszterek arányában egy soron belül az MSB-tal, a tBOOH-del és a diamiddal kezelt tenyészetektől.

Az indukálódott szekunder metabolit klasztergének aránya (indukálódott klasztergének/összes klasztergén) a „gyengébb” (kevesebb gén transzkripcióját befolyásoló; 1. táblázat) stresszkezelések (H2O2 stressz, NaCl stressz) esetében szignifikánsan kisebb volt, mint az

„erősebb” kezeléseknél (MSB, tBOOH és diamid stressz) (5. táblázat). A stressz nemcsak indukált, de represszált is szekunder metabolit géneket, klasztereket (eas klaszter, AN2924

klaszter, wA klaszter, AN12331/AN7838 klaszter, mic klaszter és “No PKS/NRPS backbone”

4 klaszter)(5. táblázat, 4. melléklet). Egyedül a tBOOH-val kezelt tenyészetekben volt szignifikánsan nagyobb az indukálódott klasztergének aránya a represszálódottakénál; minden más esetben az indukció és a represszió mértéke hasonló volt (5. táblázat). Az indukció, illetve a represszió a kulcsgének és a klasztergének felét, a klaszterek mintegy ötödét érintette (5. táblázat). Összességében elmondható, hogy az (oxidatív) stressz hatással volt a szekunder metabolit klasztergének transzkripciójára, de ez a hatás klaszter specifikus: egyes klaszterekre az indukció, más klaszterekre a represszió volt jellemző és a klaszterek jelentős része nem reagált az adott kezelésre. Ez egyben azt is jelenti, hogy azok a stratégiák, amelyek a szekunder anyagcsere stressz-függő szabályozottságát használják ki a mikotoxin termelés visszaszorítására (pl. antioxidáns anyagok alkalmazása; Torres és munkatársai 2003) hatékonyak lehetnek egy, vagy több mikotoxin esetében is, de elő is segíthetik új, eddig nem ismert hatású szekunder metabolitok képződését. E nem kívánt hatás lehetőségét érdemes lehet minden új módszer kidolgozásánál figyelembe venni.

Az atfA gén deléciója jelentős változást okozott a szekunder anyagcserében (5.

táblázat, 4. melléklet). A l-H2O2 és a h-H2O2 kezelésekben nőtt az indukálódott, míg az MSB stressz esetében csökkent a represszálódott szekunder metabolit klasztergének (és klaszterek) száma (5. táblázat, 4. melléklet). A tBOOH, diamid és NaCl stresszek alatt ugyanakkor a represszálódott szekunder metabolit klasztergének (és klaszterek) száma növekedett meg (5.

táblázat, 4. melléklet). Stresszmentes körülmények között az atfA gén hiánya 43 klasztergén, köztük 11 kulcsgén és 4 klaszter (monodiktifenon, pkf, ivo klaszterek és a benzaldehid-F9775 hibrid klaszter 1) transzkripcióját indukálta, míg 22 klasztergén (5 kulcsgén) és nulla klaszter esetében okozott repressziót. A fentiek alapján az AtfA – más fajokhoz hasonlóan (Temme és munkatársai 2012, Van Nguyen és munkatársai 2013) – az A. nidulans gombában is befolyásolja nemcsak az oxidatív stressz toleranciát, de a szekunder anyagcserét is. RT-qPCR mérések alapján az oxidatív stresszválasz és a szekunder anyagcsere szabályozásában egyaránt fontos napA (Yin és munkatársai 2013), valamint a szekunder anyagcserét aktiváló hatású rsmA (Shaaban és munkatársai 2010, Yin és munkatársai 2013) oxidatív stressz alatt indukálódik és ezen indukció elmarad, vagy jelentősen mérséklődik AtfA hiányában (Emri és munkatársai 2015). Feltételezhető, hogy az AtfA ebben az esetben sem közvetlenül szabályozza a szekunder metabolit klaszterek aktivitását, hanem a jelátviteli hálózat működésének modulálásán keresztül befolyásolja a szekunder anyagcserét.

Az alvó („cryptic”) szekunder metabolit klaszterek aktiválása és termékük azonosítása az ipari kutatások fontos részét képezik. Számos stratégiát dolgoztak ki a klaszterek aktivitásának növelésére: A teljes génklaszter homológ/heterológ túltermeltetése, a

génklaszterben található transzkripciós faktor, vagy kulcsgén túltermeltetése, illetve a szekunder anyagcserét globálisan szabályozó fehérjék (legismertebb a LaeA, illetve az RsmA) túltermeltetése (Bok és munkatársai 2006, Bergmann és munkatársai 2007, Chiang és munkatársai 2009, Lim és munkatársai 2012, Nakazawa és munkatársai 2012, Chiang és munkatársai 2013). Vizsgálataink alapján az atfA deléciója önmagában, vagy oxidatív stresszel kombinálva szintén alkalmas lehet alvó szekunder metabolit klaszterek aktiválására.