vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/achb.898CQBTMAvuzbiochemi-1179Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYПротатраны – биостимуляторы роста энтомопатогенных бактерий Bacillus thuringiensisProtatrans – growth biostimulants for centomopathogenic bacteria Bacillus thuringiensishttps://orcid.org/0000-0003-1276-924XАдамовичС. Н.AdamovichS. N.

Адамович Сергей Николаевич, д.х.н., ведущий научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

Sergei N. Adamovich, Dr. Sci. (Chemistry), Leading Researcher

1, Favorsky St., Irkutsk, 664033

   

mir@irioch.irk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2205-1971ВятчинаО. Ф.VyatchinaO. F.

Вятчина Ольга Федоровна, к.б.н., доцент, заведующий кафедрой

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1

Olga F. Vyatchina, Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

1, Karl Marx St., Irkutsk, 664003

olgairk3@rambler.ruhttps://orcid.org/0009-0002-9886-7472РубаненкоН. А.RubanenkoN. A.

Рубаненко Никита Андреевич, лаборант

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1

Nikita A. Rubanenko, Laboratory Assistant,

1, Karl Marx St., Irkutsk, 664003

   

rubanenko@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4770-3403ОборинаЕ. Н.OborinaE. N.

Оборина Елизавета Николаевна, к.х.н., старший научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

Elizaveta N. Oborina, Cand. Sci. (Chemistry), Senior Researcher

1, Favorsky St., Irkutsk, 664033

   

oborina@irioch.irk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2468-8036КатериничМ. Д.KaterinichM. D.

Катеринич Максим Дмитриевич, аспирант, младший научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

Maxim D. Katerinich, Postgraduate Student, Junior Researcher

1, Favorsky St., Irkutsk, 664033

   

maks.katerinich.1997@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0007-7837-6584ГриценкоИ. М.GritsenkoI. M.

Гриценко Иван Михайлович, инженер

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

Ivan M. Gritsenko, Engineer

1, Favorsky St., Irkutsk, 664033

   

ivan.gritsenko.67@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5410-5113ДжиоевЮ. П.DzhioevYu. P.

Джиоев Юрий Павлович, к.б.н., ведущий научный сотрудник

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1

Yurii P. Dzhioev, Cand. Sci. (Biology), Leading Researcher

1, Krasnogo Vosstaniya, St., Irkutsk, 664003

alanir07@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0176-1699УшаковИ. А.UshakovI. A.

Ушаков Игорь Алексеевич, к.х.н., ведущий научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1

Igor A. Ushakov, Cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher

 

   

ushakov@irioch.irk.ruhttps://orcid.org/0009-0005-4636-0903ГригорьеваА. С.GrigorievaA. S.

Григорьева Анастасия Сергеевна, лаборант

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1

Anastasia S. Grigorieva, Laboratory Assistant

1, Karl Marx St., Irkutsk, 664003

   

nastuscha2011@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0008-2139-1553БугдаеваБ. А.BugdaevaB. A.

Бугдаева Баира Андреевна, лаборант

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1

Baira A. Bugdaeva, Laboratory Assistant

1, Karl Marx St., Irkutsk, 664003

   

bugdaeva2011@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0008-2972-3647ЗалуцкаяК. М.ZalutskayaK. M.

Залуцкая Ксения Михайловна, лаборант

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1

Kseniya M. Zalutskaya, Laboratory Assistant

1, Karl Marx St., Irkutsk, 664003

   

kseniazaluckaa2839@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5792-7283СтепаненкоЛ. А.StepanenkoL. A.

Степаненко Лилия Александровна, к.м.н., старший научный сотрудник

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1

Liliya A. Stepanenko, Cand. Sci. (Medicine), Senior Researcher

1, Krasnogo Vosstaniya, St., Irkutsk, 664003

   

steplia@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2222-4518АрефьеваН. А.ArefievaN. A. 

Арефьева Надежда Александровна, лаборант

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1

Nadezhda A. Arefieva, Laboratory Assistant

1, Karl Marx St., Irkutsk, 664003

arefieva.n4@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3693-9058СаловароваВ. П.SalovarovaV. P.

Саловарова Валентина Петровна, д.б.н., профессор, заведующий кафедрой

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1

Valentina P. Salovarova, Dr. Sci. (Biology), Professorr, Head of the Department

1, Karl Marx St., Irkutsk, 664003

vsalovarova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0164-5113ЗлобинВ. И.ZlobinV. I.

Злобин Владимир Игоревич, д.м.н., профессор, академик РАН, профессор; главный научный сотрудник

664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1

123098, г. Москва, ул. Гамалеи, 18

Vladimir I. Zlobin, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Full Member of RAS, Professor; Chief Researcher

18, Gamaleya St., Moscow, 123098

1, Krasnogo Vosstaniya, St., Irkutsk, 664003

vizlobin@mail.ruИркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАНРоссияA.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RASRussian FederationИркутский государственный университетРоссияIrkutsk State UniversityRussian FederationИркутский государственный медицинский университетРоссияIrkutsk State Medical UniversityRussian FederationИркутский государственный медицинский университет; Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. ГамалеиРоссияIrkutsk State Medical University; National Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. GamaleyaRussian Federation20242703202414155–64Copyright © Адамович С.Н., Вятчина О.Ф., Рубаненко Н.А., Оборина Е.Н., Катеринич М.Д., Гриценко И.М., Джиоев Ю.П., Ушаков И.А., Григорьева А.С., Бугдаева Б.А., Залуцкая К.М., Степаненко Л.А., Арефьева Н.А., Саловарова В.П., Злобин В.И., 20242024Адамович С.Н., Вятчина О.Ф., Рубаненко Н.А., Оборина Е.Н., Катеринич М.Д., Гриценко И.М., Джиоев Ю.П., Ушаков И.А., Григорьева А.С., Бугдаева Б.А., Залуцкая К.М., Степаненко Л.А., Арефьева Н.А., Саловарова В.П., Злобин В.И.Adamovich S.N., Vyatchina O.F., Rubanenko N.A., Oborina E.N., Katerinich M.D., Gritsenko I.M., Dzhioev Y.P., Ushakov I.A., Grigorieva A.S., Bugdaeva B.A., Zalutskaya K.M., Stepanenko L.A., Arefieva N.A., Salovarova V.P., Zlobin V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1179

Цель работы заключалась в исследовании соединений ряда «протатранов» в качестве стимуляторов роста бактерий Bacillus thuringiensis, которые широко применяются в качестве продуцентов биопестицидов. Культивирование штамма Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki проводили в жидкой среде LB. В среду добавляли протатраны (2-Me-C6H4OCH2COO- . НN+(CH2СН2ОН)3 (1), 4-Cl-C6H4 -SCH2COO- . НN+(CH2СН2ОН)3 (2) и 4-Cl-C6H4SO2CH2COO- . НN+(CH2СН2ОН)3 (3) в концентрациях от 1×10-4 до 1×10-8% масс. Контролем служила среда LB без добавления соединений 1–3. Посевы инкубировали при температуре 30 °С в течение 24 ч. Количество клеток Bacillus thuringiensis определяли методом серийных разведений. Наибольший рост отмечали в среде, содержащей 1×10-4% масс. протатрана 3. При этом количество клеток было почти в 10 раз (на 966,7%) выше по сравнению с контролем. В средах с 1×10-5, 1×10-6, 1×10-7 и 1×10-8% масс. соединения 3 численность клеток была больше, чем в контроле, в 4–7 раз (на 371,7–666,7%). Протатраны 1 и 2 также оказывали положительное влияние на Bacillus thuringiensis (количество клеток было выше, чем в контроле, на 83–292%). Таким образом, впервые показано, что коммерчески доступные нетоксичные протатраны в микроконцентрациях являются мощными стимуляторами роста энтомопатогенных бактерий Bacillus thuringiensis. Этот факт указывает на возможность значительного усовершенствования и удешевления биотехнологии производства бактериальных инсектицидов на основе Bacillus thuringiensis, используемых в сельском, лесном и личных приусадебных хозяйствах для борьбы с вредными насекомыми.

The study investigates the use of protatran compounds as growth stimulators for Bacillus thuringiensis bacteria, which are widely used as producers of biopesticides. Cultivation of the Bacillus thuringiensis strain subsp. kurstaki was carried out in a Luria-Bertani (LB) liquid medium. Protatrans (2-Me-C6H4OCH2COO- were added to the NN+(CH2CH2OH)3 (1), 4-Cl-C6H4 -SCH2COO-NN(CHCHOH) (2) and 4-Cl-CSOCHCOO NN+(CH2CH2OH)3 (3) media in concentrations of 1×10-4–1×10-8wt %. The LB medium without the addition of compounds 1–3 was used as a control. Cultures were incubated at a temperature of 30°C for 24 hours. The number of Bacillus thuringiensis cells was determined by serial dilution. The maximum growth was observed in a medium containing 1×10-4wt % of protatran 3. The number of cells was almost 10 times (966.7%) higher than in the control. In media with 1×10-5, 1×10-6, 1×10-7 and 1×10-8 wt % of compound 3, the number of cells was 4–7 times higher than in the control (by 371.7–666.7%). Protatrans 1 and 2 had a positive effect on Bacillus thuringiensis, increasing the number of cells by 83–292% compared to control. Therefore, it was demonstrated for the first time that commercially available non-toxic protatran compounds in microconcentrations are powerful growth stimulators for the entomopathogenic bacteria Bacillus thuringiensis. This indicates the potential for significant improvement and cost reduction of biotechnology for the production of bacterial insecticides based on Bacillus thuringiensis, used in agriculture, forestry and homesteads to control harmful insects.

Bacillus thuringiensissubspkurstakiпротатраныкультивированиеростостимуляцияBacillus thuringiensissubspkurstakiprototranscultivationgrowth stimulationСинтез, физико-химические и спектроскопические исследования протатранов проведены на оборудовании Байкальского аналитического центра коллективного пользования СО РАН. Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда и Правительства Иркутской области (проект № 23-26-10007).Synthesis, physicochemical and spectroscopic studies of protatranes were carried out on the equipment of the Baikal Analytical Center for Collective Use of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. Funding. Russian Science Foundation and the Government of the Irkutsk region (project no. 23-26-10007) supported this work.ReferencesIbrahim M.A., Griko N., Junker M., Bulla L.A. Bacillus thuringiensis: a genomics and proteomics perspective // Bioengineered Bugs. 2010. Vol. 1, no. 1. Р. 31–50. https://doi.org/10.4161/bbug.1.1.10519.Ibrahim M.A., Griko N., Junker M., Bulla L.A. Bacillus thuringiensis: a genomics and proteomics perspective. Bioengineered Bugs. 2010;1(1):31-50. DOI: 10.4161/bbug.1.1.10519.Sánchez–Yáñez J.M., Rico J.L., Ulíbarri G. Bacillus thuringiensis (Bt) is more than a special agent for biological control of pests // Journal of Applied Biotechnology & Bioengineering. 2022. Vol. 9, no. 2. P. 33–39. DOI: 10.15406/jabb.2022.09.00282.Sánchez–Yáñez J.M., Rico J.L., Ulíbarri G. Bacillus thuringiensis (Bt) is more than a special agent for biological control of pests. Journal of Applied Biotechnology & Bioengineering. 2022;9(2):33-39. DOI: 10.15406/jabb.2022.09.00282.Palma L., Muñoz D., Berry C., Murillo J., Caballero P. Bacillus thuringiensis toxins: an overview of their biocidal activity // Toxins. 2014. Vol. 6, no. 12. P. 3296–3325. DOI: 10.3390/toxins6123296.Palma L., Muñoz D., Berry C., Murillo J., Caballero P. Bacillus thuringiensis toxins: an overview of their biocidal activity. Toxins. 2014;6(12):3296-3325. DOI: 10.3390/toxins6123296.Kondo S., Mizuki E., Akao T., Ohba M. Antitrichomonal strains of Bacillus thuringiensis // Parasitology Research. 2002. Vol. 88. P. 1090–1092. DOI: 10.1007/s00436-002-0692-6.Kondo S., Mizuki E., Akao T., Ohba M. Antitrichomonal strains of Bacillus thuringiensis. Parasitology Research. 2002;88:1090-1092. DOI: 10.1007/s00436-002-0692-6.Hu Y., Nguyen T.-T., Lee A.C.Y., Urban Jr. J.F., Miller M.M., Zhan B., et al. Bacillus thuringiensis Cry5B protein as a new pan-hookworm cure // International Journal for Parasitology: Drugs and Drug Resistance. 2018. Vol. 8, no. 2. P. 287–294. DOI: 10.1016/j.ijpddr.2018.05.001.Hu Y., Nguyen T.-T., Lee A.C.Y., Urban Jr. J.F., Miller M.M., Zhan B., et al. Bacillus thuringiensis Cry5B protein as a new pan-hookworm cure. International Journal for Parasitology: Drugs and Drug Resistance. 2018;8(2):287-294. DOI: 10.1016/j.ijpddr.2018.05.001.Mai L.T., Minh V.V., Tuan V.Ch., My P.T., Ha D.T., Trang L.V.Kh. Selection of Bacillus thuringiensis against pathogenic nematodes attacking pepper tree // Biotekhnologiya. 2020. Vol. 36, no. 3. Р. 57–62. DOI: 10.21519/0234-2758-2020-36-3-57-62. EDN: NLUHZT.Mai L.T., Minh V.V., Tuan V.Ch., My P.T., Ha D.T., Trang L.V.Kh. Selection of Bacillus thuringiensis against pathogenic nematodes attacking pepper tree. Biotekhnologiya. 2020;36(3):57-62. DOI: 10.21519/0234-27582020-36-3-57-62. EDN: NLUHZT.Ali B.A., Salem H.H., Wang X.M., Huang T.H., Xie Q.D., Zhang X.Y. Effect of Bacillus thuringiensis var. israelensis endotoxin on the intermediate snail host of Schistosoma japonicum // Current Research in Bacteriology. 2010. Vol. 3, no. 1. Р. 37–41. DOI: 10.3923/crb.2010.37.41.Ali B.A., Salem H.H., Wang X.M., Huang T.H., Xie Q.D., Zhang X.Y. Effect of Bacillus thuringiensis var. israelensis endotoxin on the intermediate snail host of Schistosoma japonicum. Current Research in Bacteriology. 2010;3(1):37-41. DOI: 10.3923/crb.2010.37.41.Genena M., Fatma А.М., Genena M. Impact of eight bacterial isolates of Bacillus thuringiensis against the two land snails, Monacha cantiana and Eobania vermiculata (Gastropoda: Helicidae) // Journal of Agricultural Sciences, Mansoura University. 2008. Vol. 33, no. 7. Р. 2853–2861. DOI: 10.21608/jppp.2008.217774.Genena M., Fatma А.М., Genena M. Impact of eight bacterial isolates of Bacillus thuringiensis against the two land snails, Monacha cantiana and Eobania vermiculata (Gastropoda: Helicidae). Journal of Agricultural Sciences, Mansoura University. 2008;33(7):2853-2861. DOI: 10.21608/jppp.2008.217774.Каменек Л.К., Каменек Д.В. Bacillus thuringiensis: механизм действия и пути использования: монография. Ульяновск: Изд-во УлГУ, 2015. 198 с. EDN: XDTOSR.Kamenek L.К., Kamenek D.V. Bacillus thuringiensis: mechanism of action and uses. Ulyanovsk: Ulyanovsk State University; 2015, 198 р. (In Russian). EDN: XDTOSR.Ohba M., Mizuki E., Uemori A. Parasporin, a new anticancer protein group from Bacillus thuringiensis // Anticancer Research. 2009. Vol. 29, no. 1. P. 427–433.Ohba M., Mizuki E., Uemori A. Parasporin, a new anticancer protein group from Bacillus thuringiensis. Anticancer Research. 2009;29(1):427-433.Soberón M., López-Díaz J.A., Bravo A. Cyt toxins produced by Bacillus thuringiensis: a protein fold conserved in several pathogenic microorganisms // Peptides. 2013. Vol. 41. P. 87–93. DOI: 10.1016/j.peptides.2012.05.023.Soberón M., López-Díaz J.A., Bravo A. Cyt toxins produced by Bacillus thuringiensis: a protein fold conserved in several pathogenic microorganisms. Peptides. 2013;41:87-93. DOI: 10.1016/j.peptides.2012.05.023.Mendoza-Almanza G., Esparza-Ibarra E.L., Ayala-Luján J.L., Mercado-Reyes M., Godina-González S., Hernández-Barrales M., et al. The cytocidal spectrum of Bacillus thuringiensis toxins: from insects to human cancer cells // Toxins. 2020. Vol. 12, no. 5. P. 301. DOI: 10.3390/toxins12050301.Mendoza-Almanza G., Esparza-Ibarra E.L., Ayala-Luján J.L., Mercado-Reyes M., Godina-González S., Hernández-Barrales M., et al. The cytocidal spectrum of Bacillus thuringiensis toxins: from insects to human cancer cells. Toxins. 2020;12(5):301. DOI: 10.3390/toxins12050301.Воронков М.Г., Барышок В.П. Атраны – новое поколение биологически активных веществ // Вестник Российской академии наук. 2010. Т. 80. N 11. С. 985– 992. EDN: NUGTPB.Voronkov M.G., Baryshok V.P. Atranes as a new generation of biologically active substances. Vestnik Rossiiskoi akademii nauk. 2010;80(11):985-992. (In Russian). EDN: NUGTPB.Adamovich S.N. New atranes and similar ionic complexes. Synthesis, structure, properties // Applied Organometallic Chemistry. 2019. Vol. 33, no. 7. P. e4940. DOI: 10.1002/aoc.4940.Adamovich S.N. New atranes and similar ionic complexes. Synthesis, structure, properties. Applied Organometallic Chemistry. 2019;33(7):e4940. DOI: 10.1002/aoc.4940.Adamovich S.N., Ushakov I.A., Oborina E.N., Vashchenko A.V. Silatrane-sulfonamide hybrids: synthesis, characterization, and evaluation of biological activity // Journal Organometallic Chemistry. 2022. Vol. 957. P. 122150. DOI: 10.1016/j.jorganchem.2021.122150.Adamovich S.N., Ushakov I.A., Oborina E.N., Vashchenko A.V. Silatrane-sulfonamide hybrids: synthesis, characterization, and evaluation of biological activity. Journal Organometallic Chemistry. 2022;957:122150. DOI: 10.1016/j.jorganchem.2021.122150.Adamovich S.N., Ushakov I.A., Oborina E.N., Vashchenko A.V., Rozentsveig I.B., Verpoort F. Synthesis, structure and biological activity of hydrometallatranes // Journal of Molecular Liquids. 2022. Vol. 358. P. 119213. DOI: 10.1016/j.molliq.2022.119213.Adamovich S.N., Ushakov I.A., Oborina E.N., Vashchenko A.V., Rozentsveig I.B., Verpoort F. Synthesis, structure and biological activity of hydrometallatranes. Journal of Molecular Liquids. 2022;358:119213. DOI: 10.1016/j.molliq.2022.119213.Pavlova O.N., Adamovich S.N., Novikova A.S., Gorshkov A.G., Izosimova O.N., Ushakov I.A., et al. Protatranes, effective growth biostimulants of hydrocarbon-oxidizing bacteria from Lake Baikal, Russia // Biotechnology Reports. 2019. Vol. 24. P. e00371. DOI: 10.1016/j.btre.2019.e00371.Pavlova O.N., Adamovich S.N., Novikova A.S., Gorshkov A.G., Izosimova O.N., Ushakov I.A., et al. Protatranes, effective growth biostimulants of hydrocarbon-oxidizing bacteria from Lake Baikal, Russia. Biotechnology Reports. 2019;24:e00371. DOI: 10.1016/j.btre.2019.e00371.Вятчина О.Ф. Штаммы Bacillus thuringiensis, выделенные при эпизоотии лиственничной мухи (Hylemyia laricicola) в Камчатской области // Сибирский экологический журнал. 2004. Т. 11. N 4. С. 501–506. EDN: OWCCSB.Vyatchina O.F. Strain Bacillus thuringiensis isolated during larch fly (Hylemyia laricicola Karl) epizootic in the Kamchatka district. Sibirskii ekologicheskii zhurnal. 2004;11(4):501-506. (In Russian). EDN: OWCCSB.Rojas-Ruiz N.E., Sansinenea-Royano E., Cedillo-Ramirez M.L., Marsch-Moreno R., Sanchez-Alonso P., Vazquez-Cruz C. AnalysisRojas-Ruiz N.E., Sansinenea-Royano E., Cedillo-Ramirez M.L., Marsch-Moreno R., Sanchez-Alonso P., Vazquez-Cruz C. Analysis of Bacillus thuringiensis population dynamics and its interaction with Pseudomonas fluorescens in soil. Jundishapur Journal of Microbiology. 2015;8(9):e27953. https://doi.org/10.5812/jjm.27953.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.