آنالیز ژنتیکی ژنهای پپتید سنتتاز (‏nrpss‏) در بیوسنتز محصولات طبیعی سیانوباکتری های دریاچه ‏لواسان

مقدمه‎:‎‏ سیانوباکتری ها، کاندیدای خوبی برای کشف محصولات طبیعی با کاربرد در صنایع داروسازی هستند. امروزه، عمده ‏متابولیتهای بیواکتیو جدا شده از سیانوباکتری ها به صورت پلی کتیدی ، پپتیدهای غیر ریبوزومی و یا هیبریدی از این دو ‏هستند. به رغم مطالعات بسیار در زمینه پراکنش ژنهای ‏nrps، هیچکدام از آنها در زمینه سویه های سیانوباکتریایی دریاچه ‏لواسان نبوده است. بنابراین، هدف از این مطالعه بررسی همبستگی بین حضور این ژنها با سنتز ترکیبات طبیعی است.‏مواد و روش ها: در این مطالعه، ده سیانوباکتری آب شیرین از دریاچه لواسان بر اساس توالی ژن ‏‎16srrna‎‏ شناسایی شدند. ‏pcr‏ ژن ‏nrps‏ با استفاده از تکنیکهای مولکولی به منظور آنالیز فیلوژنتیک ژنهای مسئول برای تولید متابولیتهای ثانویه انجام ‏شد. به منظور پیشگویی ترکیب پپتیدی، اسید آمینه فعال شده و توالی های امضای مودول آدنیلیشن ‏nrps‏ از نرم افزارهای ‏بیوانفورماتیک استفاده گردید. آزمایشات غربال گری آنتی بیوگرام با استفاده از روش دیسک انجام گردید. نتایج: نتایج نشان داد که ژنهای ‏nrps‏ در همه سویه های مطالعه شده موجودند. به علاوه، نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل های ‏بیوانفورماتیک، نوع ترکیب طبیعی، توالی های امضا و پیشگویی اسید آمینه فعال شده را نشان داد. خوشه بندی توالی های ‏پروتئینی ‏nrps‏ نشان داد که هیچ همبستگی فیلوژنتیکی مشخصی بین دمین های آدنیلیشن و نوع اسید آمینه فعال شده وجود ‏ندارد و این نشان از تنوع بالا درون دمین های آدنیلیشن است. علاوه بر آن، نتایج حاصل از آزمایشات آنتی بیوگرام، همبستگی ‏مثبتی بین حضور این ژنها و فعالیت آنتی میکروبی را نشان داد. ‏بحث‎ ‎و‎ ‎نتیجه‎ ‎گیری‎:‎‏ آنالیز توالی ها نشان داد که آنزیم های رمزگزاری کننده این ژن ها احتمالا مسئول تولید متالبولیتهای ثانویه ‏جدید مانند آنتی بیوتیکها هستند. نتایج حاصل از مطالعه حاضر نشان می دهد که سیانوباکتری های آب شیرین ایران، منبع ‏قابل قبولی برای تولید ترکیبات دارویی هستند. ‏

Genetic analysis of nonribosomal peptide synthesis genes (NRPSs) in natural ‎product biosynthesis of the cyanobacterial strains of Lavasan Lake

Introduction: Cyanobacteria are regarded as good candidates for natural pruduct discovery, with applications in ‎pharmaceuticals industry. The majority of bioactive metabolites have either been polyketides, nonribosomal ‎peptides, or a hybrid of the two. Despite of several worldwide studies on prevalence of NRPSs, none of them ‎included Iranian cyanobacteria of Lavasan Lake. Therefore, the aim of this study was to show that the presence of ‎these genes correlates with natural product synthesis. ‎Materials and methods:‎‏ ‏In this study, ten cultured fresh water cyanobacteria strains of the Lavasan Lake were ‎identified based on the sequence of 16SrRNA gene. In order to phylogenetic analysis the genes responsible for the ‎production of secondary metabolites, a NRPS PCR was conducted. Bioinformatics software tools were used in ‎order to prediction of peptide compound, amino acid activated and the signature sequences by a specific unknown ‎NRPS A module. Antibiogram bioassays were conducted to detect the presence of antimicrobial effects. Lastly, ‎studied strains have been deposited at the Cyanobacteria Culture Collection (CCC) of herbarium ALBORZ at the ‎Science and Research Branch, Islamic Azad University, Teheran.‎Results: the results showed that NRPS genes are presence in all strains. Morover bioinformatics analysis confirmed ‎the type of natural compound, signature sequences and predicted amino acid. In clusterimg of NRPS protein ‎sequences, there was no clear phylogenetic correlation between adenylation domains and activated amino acid and ‎this result emphasize the variety of adenylation domains. Morover the results of antibiogram bioassays showed ‎that there are positive correlation between the presents of those genes and antimicrobial activity.‎Discussion and conclusion: Sequence analysis indicates the enzymes encoded by these genes may be responsible ‎for the production of different secondary metabolites, such as antibiotics. The presented results prove that fresh ‎water cyanobacterial of Iran are a promising source to yield chemical and pharmaceutical interesting compounds.‎