DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-57145-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40253449
تاريخ النشر: 2025-04-19
المؤلف: Xiuting Wei وآخرون
الموضوع الرئيسي: الكيمياء الحيوية للنباتات والتخليق الحيوي
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام تقنيات مختلفة من الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، بما في ذلك \( ^1H \)، \( ^{13}C \)، وطرق NMR ثنائية الأبعاد مثل \( ^1H-^{13}C \) HSQC، \( ^1H-^1H \) COSY، \( ^1H-^{13}C \) HMBC، و\( ^1H-^1H \) NOESY، لتحليل العينات المذابة في CDCl\(_3\) أو C\(_6\)D\(_6\). تم معايرة جميع الانزياحات الكيميائية ضد قمم المذيبات المتبقية أو التتراميثيلسيلان (Si(CH\(_3\))\(_4\)) كمعيار داخلي. تم مراقبة إنتاج التربينات باستخدام الكروماتوغرافيا على الطبقة الرقيقة (TLC) والكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، حيث استخدمت TLC ألواح هلام السيليكا وتمت رؤيتها تحت ضوء UV أو تم تطويرها باليود (I\(_2\)) أو برمنغنات البوتاسيوم (KMnO\(_4\)).
بالنسبة لـ HPLC، تم استخدام نظام Agilent 1260 Infinity LC مزود بعمود Restek Roc-C18، بينما تم إجراء HPLC التحضيري على عمود Agilent Eclipse XDB-C18. تم إجراء تحليل الكروماتوغرافيا الغازية-مطيافية الكتلة (GC-MS) باستخدام مطياف Thermo Scientific Orbitrap Exploris مع عمود Rxi-5MS. تضمنت تقنيات التوصيف الإضافية قياسات الدوران البصري باستخدام مقياس قطبية JASCO P-2000، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء (IR) باستخدام مطياف PerkinElmer Spectrum Two FT-IR، وجمع بيانات التشتت الدائري الاهتزازي (VCD) على مطياف BioTools ChiralIR 2X Dual PEM FT-VCD.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد الدراسة، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية. علاوة على ذلك، كشفت التحليلات أن دقة النموذج التنبؤية تحسنت عند دمج متغيرات إضافية، كما يتضح من زيادة قيمة R-squared.
بالإضافة إلى النتائج الكمية، تم ملاحظة ملاحظات نوعية، مما يوفر سياقًا للبيانات الرقمية. تشير هذه الرؤى إلى أن الآليات الأساسية التي تحرك العلاقات الملاحظة تستحق المزيد من الاستكشاف. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية العوامل المدروسة وآثارها على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بإجراء جهد شامل لاستكشاف الجينوم لاستكشاف تنوع إنزيمات التربين البكتيرية (TSs)، مع التركيز على الديتيربينات. وقد حددوا 152 إنزيم TS من النوع الأول، مع أغلبية كبيرة (78%) من شعبة Actinomycetota، و27 فقط مرتبطة بمنتجات طبيعية معروفة. من خلال استخدام أدوات المعلوماتية الحيوية، قاموا بتقليص العدد إلى 5802 إنزيم TS محتمل عبر 13 شعبة بكتيرية، مع تركيز ملحوظ في Actinomycetota. اختار الباحثون 334 إنزيم TS للتحليل الوظيفي، مما أدى إلى تحديد 125 نتيجة إيجابية في فحص أولي، ومن ثم عزل 28 ديتيربين، بما في ذلك ثلاثة هياكل لم يتم الإبلاغ عنها سابقًا.
كشفت الدراسة أن البكتيريا يمكن أن تنتج هياكل ديتيربين كانت تُعتقد سابقًا أنها حصرية لكائنات أخرى. على سبيل المثال، قاموا بتوصيف التترايزوكينين، سالبيرينول، وشيتيينو-2،5(6)،9(10)-تريين، كل منها يظهر ميزات هيكلية فريدة وتكوينات تم تحديدها من خلال تقنيات طيفية متقدمة. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد عدة هياكل ديتيربين معروفة في البكتيريا لأول مرة، مثل البيسونوسين وclavulara-1(15)،17-diene، مما يبرز إمكانية أن تسهم المتعايشات البكتيرية في مجموعة التربينويد في الأنظمة حقيقية النواة. تؤكد النتائج على التنوع الواسع وغير المستكشف إلى حد كبير في التربينوم البكتيري، مما يشير إلى أن العديد من إنزيمات TS لا تزال بحاجة إلى توصيف، مما قد يعزز فهمنا لعملية تخليق التربينويد وأدوارها البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-57145-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40253449
Publication Date: 2025-04-19
Author(s): Xiuting Wei et al.
Primary Topic: Plant biochemistry and biosynthesis
Methods
In this study, various nuclear magnetic resonance (NMR) techniques, including \( ^1H \), \( ^{13}C \), and two-dimensional NMR methods such as \( ^1H-^{13}C \) HSQC, \( ^1H-^1H \) COSY, \( ^1H-^{13}C \) HMBC, and \( ^1H-^1H \) NOESY, were employed to analyze samples dissolved in CDCl\(_3\) or C\(_6\)D\(_6\). All chemical shifts were calibrated against residual solvent peaks or tetramethylsilane (Si(CH\(_3\))\(_4\)) as an internal standard. The production of terpenes was monitored using thin-layer chromatography (TLC) and high-performance liquid chromatography (HPLC), with TLC utilizing silica gel plates and visualized under UV light or developed with iodine (I\(_2\)) or potassium permanganate (KMnO\(_4\)).
For HPLC, an Agilent 1260 Infinity LC system equipped with a Restek Roc-C18 column was used, while preparative HPLC was conducted on an Agilent Eclipse XDB-C18 column. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis was performed using a Thermo Scientific Orbitrap Exploris spectrometer with an Rxi-5MS column. Additional characterization techniques included optical rotation measurements with a JASCO P-2000 polarimeter, infrared (IR) spectroscopy using a PerkinElmer Spectrum Two FT-IR spectrometer, and vibrational circular dichroism (VCD) data collection on a BioTools ChiralIR 2X Dual PEM FT-VCD spectrometer.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values less than 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Furthermore, the analysis revealed that the model’s predictive accuracy improved when incorporating additional variables, as indicated by an increase in the R-squared value.
In addition to the quantitative findings, qualitative observations were noted, providing context to the numerical data. These insights suggest that the underlying mechanisms driving the observed relationships warrant further exploration. Overall, the results underscore the importance of the studied factors and their implications for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, the authors conducted a comprehensive genome mining effort to explore the diversity of bacterial terpene synthases (TSs), focusing on diterpenes. They identified 152 characterized type I TSs, with a significant majority (78%) from the Actinomycetota phylum, and only 27 associated with known natural products. By utilizing bioinformatics tools, they narrowed down to 5802 putative TSs across 13 bacterial phyla, with a notable concentration in Actinomycetota. The researchers selected 334 TSs for functional analysis, leading to the identification of 125 positive hits in a preliminary screening, and subsequently isolating 28 diterpenes, including three previously unreported skeletons.
The study revealed that bacteria can produce diterpene skeletons previously thought to be exclusive to other organisms. For instance, they characterized tetraisoquinene, salbirenol, and chitino-2,5(6),9(10)-triene, each exhibiting unique structural features and configurations determined through advanced spectroscopic techniques. Additionally, several known diterpene skeletons were identified in bacteria for the first time, such as peysonnosene and clavulara-1(15),17-diene, highlighting the potential for bacterial symbionts to contribute to the terpenoid repertoire in eukaryotic systems. The findings underscore the vast and largely unexplored bacterial terpenome, suggesting that many TSs remain to be characterized, which could enhance our understanding of terpenoid biosynthesis and its ecological roles.