Actinobacteria and Myxobacteria isolated from freshwater snails and other uncommon Iranian habitats, their taxonomy and secondary metabolism

Safaei, Nasim

doi:10.24355/dbbs.084-202105191528-0

Published

Actinobacteria and Myxobacteria isolated from freshwater snails and other uncommon Iranian habitats, their taxonomy and secondary metabolism

English
German

A dramatic reduction in the discovery of new antimicrobial compounds has led researchers to search for rare antibiotic-producing species in unexplored habitats. Two group of Actinobacteria and Myxobacteria are known as rich sources for bioactive secondary metabolites. In order to find rare and novel species of these two groups, some under-investigated habitats like the deserts, mangrove forests, beach sands, the soil of medicinal plants and freshwater snails were chosen as sources for isolation. Totally, 108 actinobacterial strains and 36 myxobacterial strains were isolated from soil samples (80 isolates of Actinobacteria, 32 isolates of Myxobacteria) and from different genera of freshwater snails (28 isolates of Actinobacteria, 4 isolates of Myxobacteria). Whole-genome sequencing identified six novel species of Actinobacteria belonging to the genera Kibdelosporangium (4NS15), Amycolatopsis (Q1), Pseudonocardia (Q2), Sanguibacter (NS44ZA), Agromyces (BA) and Streptomyces (7NS3). Analyses of the extracts from two isolates 4NS15 and 7NS3 showed good antibacterial activity. Strain 4NS15, isolated from desert
soil could produce a new family of compounds belonging to the class of terpenoids. The name Kibdelosporangium persicum sp. nov has been proposed for this new representative of the genus Kibdelosporangium. A metagenomic approach using cultivation‐independent high‐throughput sequencing revealed that the phylum Actinobacteria in the freshwater snail Physa acuta represented only 2% of the bacterial community. However, an isolated strain 7NS3 from this freshwater snail was detected as a novel Streptomyces species. Bioassay-guided high performance liquid chromatography (HPLC) and high-resolution electrospray ionization-mass spectrometry (HR-ESI-MS) analyses of its crude extract fractions resulted in the detection of a compound, which showed match characteristics with the already known compound emycin A, an angucycline aromatic polyketide. Our study demonstrates that with targeting unexplored habitats, we can still isolate novel species that potentially produce novel secondary metabolites.

Ein drastischer Rückgang bei der Entdeckung neuer antimikrobieller Substanzen veranlasste Forscher dazu, nach seltenen Antibiotika-produzierenden Arten in noch unerschlossenen Habitaten zu suchen. Zwei Gruppen von Actinobakterien und Myxobakterien sind als ergiebige Quellen für bioaktive Sekundärmetabolite bekannt. Um neue und seltene Spezies dieser zwei Gruppen zu finden, wurden einige bislang wenig untersuchte Lebensräume wie die Wüste, Mangrovenwälder, Strandsand, Heilpflanzen und Süßwasserschnecken als Quellen für die Identifizierung ausgewählt. Insgesamt wurden 108 Actinobakterienstämme und 36 Myxobakterienstämme aus Bodenproben (80 Isolate von Actinobakterien, 32 Isolate von Myxobakterien) und aus verschiedenen Gattungen von Süßwasserschnecken (28 Isolate von Actinobakterien, vier Isolate von Myxobakterien) isoliert. Durch vollständige Genomsequenzierung konnten sechs neue Spezies der Actinobakterien, welche zu den Gattungen Kibdelosporangium (4NS15), Amycolatopsis (Q1), Pseudonocardia (Q2), Sanguibacter (NS44ZA), Agromyces (BA) and Streptomyces (7NS3) gehören, identifiziert werden.
Die Analyse von Extrakten zweier dieser Isolate zeigte gute antibakterielle Aktivität. Stamm 4NS15, isoliert aus Wüstenboden, konnte eine neue Gruppe von Verbindungen produzieren, die zur Familie der Terpenoids gehören. Als Name für diesen neuen Vertreter der Gattung Kibdelosporangium wurde
Kibdelosporangium persicum sp. nov vorgeschlagen. Ein metagenomischer Ansatz mit kultivierungsunabhängiger Hochdurchsatzsequenzierung ergab, dass das Phylum Actinobacteria in der Süßwasserschnecke Physa acuta nur zwei Prozent der bakteriellen Population ausmacht. Jedoch wurde der aus dieser Süßwasserschnecke isolierte Stamm 7NS3 als neue Streptomyces-Spezies identifiziert. Wirkorientierte Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
(bioassay-guided high performance liquid chromatography, HPLC) und hochauflösende Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (HR-ESI-MS)-Analysen seiner Rohextraktfraktionen führten zum Nachweis einer Verbindung, die Übereinstimmungen mit der bereits bekannten Verbindung Emycin A, einem angucyclin-aromatischen Polyketid, aufwies. Unsere Studie zeigt, dass wir mit der gezielten Suche in unerforschten Habitaten immer noch neue Arten isolieren können, die möglicherweise neue Sekundärmetaboliten produzieren.