Some perspectives of use metabolites of the genus Trichoderma

Cover Page

Abstract


The article provides an overview of studies that focus on some perspectives of using the metabolites of the genus Trichoderma . These metabolites can be used in the creation of protection products in the fight against plant diseases viral or bacterial origin. In the article presents the work of Russian and foreign researchers. Special attention is given to research the products of metabolism multifunctional strain of Trichoderma harzianum Rifai F-180, which are carried out over a number of years in the Medical Institute of the Peoples' Friendship University of Russia at the department of Biochemistry, the use of the culture fluid of the saprophytic fungus and enzyme L-lysine-a-oxidase as an inhibitor of a number of highly dangerous human diseases and of highly dangerous plant diseases that have bacterial and viral origin.

В настоящее время одним из наиболее изучаемых грибов является род Trichoderma. Это единственный род, каждый вид которого представлен в Генетическом Банке одним геном, а многие виды представлены последовательностью двух или более генов. Такой повышенный интерес к этому роду обусловлен его практической значимостью [1]. В процессе своей жизнедеятельности грибы Trichoderma выделяют в почву свои метаболиты, которые, благодаря своей полифункциональности, обеспечивают лидирующее положение среди других почвенных микроорганизмов. В нашей стране созданы биопрепараты на основе грибов рода Trichoderma. Известно, что для борьбы с возбудителями вертицилезного увядания хлопчатника - Verticillium dahilae, склеротиниоза огурца - Sclerotinia sclerotiorum, ризоктиниоза картофеля - Rhizoctonia solani [2-5] используют биопрепарат триходермин (триходермин - 1, 2, 3, 4). По результатам опытов, проведенных в ряде хозяйств нашей страны, применение триходермина снижало поражение огурцов белой гнилью почти в три раза и повышало урожай на 34,54%. В Швеции запатентован биопрепарат, представляющий собой таблетированную биомассу Trichoderma viride. В США разработан гранулированный биопрепарат на основе Trichoderma harzianum. В Англии запатентован микрофунгицидный продукт, содержащий споры и мицелий Trichoderma viride. Многочисленные литературные данные свидетельствуют о высокой эффективности препаратов на основе гриба Trichoderma, применяющихся для борьбы с болезнями различных сельскохозяйственных культур [1; 6]. В сельском хозяйстве применяется не только препарат триходермин, но и сам продуцент в виде порошка, состоящего из спор и мицелия гриба. По практическому применению рода Trichoderma большинство исследований связано с заболеванием сельскохозяйственных культур, с использованием этого рода в борьбе с фитопатогенами либо с использованием вторичных метаболитов, в частности фитогормонов, для стимуляции роста растений [1; 7]. В настоящее время еще существует проблема дефицита белка. Внимание исследователей направлено на поиски белковых источников, как растительного, так и животного происхождения. Благодаря хорошему аминокислотному составу, весьма низкому содержанию нуклеиновых кислот, способности утилизировать сложные растительные субстраты некоторые исследователи рекомендуют использовать грибы рода Trichoderma в качестве источника белка. Микробиологическое производство белковых препаратов в нашей стране и за рубежом базируется в основном на углеводном сырье - гидролизатах древесины, отходах пищевой промышленности, сельского хозяйства и других. Однако, как считают отдельные авторы, более рациональна прямая конверсия целлюлозосодержащих отходов в белок путем выращивания микроскопических грибов. Изучены условия глубинного культивирования грибов рода Trichoderma на лигноцеллюлозных отходах сельского хозяйства - соломе, с целью получения белковой биомассы [8]. Известно, что колонизация корней растений видами Trichoderma вызывает изменения в метаболизме растений, которые в дальнейшем могут привести к усилению развития корневой системы, увеличению урожая и повышению сопротивления к абиотическим и биотическим факторам [9]. Грибы данного рода способны продуцировать антибиотики (виридин, глиотоксин и др.) в борьбе за пространство и субстрат, а также целый ряд ферментов, способных разрушать различные полисахариды (целлюлозу, гемицеллюлозу) и некоторые другие полимеры [10]. Доказано, что грибы рода Trichoderma способны улучшать плодородие и структуру почвы [10; 11]. Штаммы этих грибов гетерогенны по устойчивости к низким температурам. Во многих странах отобраны холодостойкие антагонистические штаммы, которые используют для защиты овощей и плодов от гнилей при температуре хранения +2-4 °С [12]. Некоторые российские и зарубежные биопрепараты на основе грибов рода Trichoderma, применяемые в сельском хозяйстве, приведены в табл. 1. Таблица 1 Некоторые российские и зарубежные биопрепараты на основе грибов рода Trichoderma, применяемые в сельском хозяйстве Продуцент, ссылка автор.* Название препарата Препаративная форма Патогенный микроорганизм Страна производитель Tr. harzianum штамм 18 (56) [13] Глиокладин Таблетки Жидкость Суспензионный концентрат Смачивающийся порошок Fusarium sp., Pythium sp., Rhizoctonia sp. Verticillium dahlia Phytophthora infestans Россия, АБТ-групп Tr. harzianum ВКМ-4099D [13] Стернифаг Смачивающийся порошок Fusarium sp. Pythium sp., Rhizoctonia sp. Россия, АгроБиоТехнология Окончание таблицы 1 Продуцент, ссылка автор.* Название препарата Препаративная форма Патогенный микроорганизм Страна производитель Tr. harzianum [14] Ecotrich Смачивающийся порошок Aspergillus sp. Cladosporium sp. Sclerotinia sclerotiorum Бразилия, Ballagro Agro Tecnologia Tr. harzianum T-22 [15] Trianum-G Гранулы Регулятор роста Нидерланды Koppert B.V. Tr. harzianum, T-22 [16] RootShield Смачивающийся порошок Pythium sp. Rhizoctionia sp. Fusarium sp., Thielaviopsis Cylindrocladium США, BioWorks Tr. harzianum T-39 [17] Trichodex Смачивающийся порошок Botrytis sp. Китай, Makhteshim Agan Industries Ltd Tr. harzianum (ATTC 20476) и + Tr. polysporum (ATTC 20475) [15] Binab T Смачивающийся порошок Гранулы Chondrostereum purpureum, Fusarium sp. Botrytis sp. Rhizoctonia sp. Sclerotium sp. Sclerotinia sp. Чили, AgroConnexion Tr. harzianum T-35 + Tr. harzianum T-315 [15] ROOT PRO Порошок Pythium sp., Sclerotium rolfsi, Fusarium sp., Rhizoctonia solani. Израиль, Agriance Tr. Viride [15] Trieco Смачивающийся порошок Fusarium sp., Pythium sp., Rhizoctonia sp. Индия, Ecosense Labs Особый интерес к роду Trichoderma был проявлен после сообщения японских исследователей о биосинтезе фермента L-лизин-a-оксидаза из Т. viride Y-244-2. Испытания в опытах in vitro показали перспективность использования его в онкологии [18]. На кафедре биохимии медицинского факультета под руководством академика Т.Т. Берёзова в течении многих лет проводились работы по поиску продуцента фермента L-лизин-a-оксидазы из триходермы. Был найден активный продуцент Trichoderma harzianum Rifai F-180. Впервые в 1986 г. доказана возможность использования иммобилизованной L-лизин-a-оксидазы из этого штамма в создании ферментного анализатора ПЛАГ-1 для определения концентрации аминокислоты L-лизина при промышленном получении этой аминокислоты (аминокислота используется в качестве добавки в корм животных для повышения мясной продуктивности) [19]. Многочисленными исследованиями показана перспектива использования L-лизин-a-оксидазы (ЛО) из Trichoderma harzianum Rifai F-180 для лечения ряда онкологических и вирусных заболеваний [20]. Так, полученная субстанция ЛО обладала выраженным тормозящим влиянием на синтез ДНК, РНК и белка в культивируемых клетках карциномы яичника человека (Са Оv) и лимфомы Беркитта (РЗ Нrj) в опытах in vitro. Показательно, что клетки лимфомы Беркитта обладают большей чувствительностью к действию ЛО, чем клетки Са Оv. Перспективность использования исследуемой субстанции в энзимотерапии опухолей была подтверждена и другими экспериментами. Противоопухолевый эффект L-лизин-α-оксидазы выражался в значительном торможении роста аденокарциномы молочной железы Са-755 и опухоли Льюис (3LL), в увеличении продолжительности жизни мышей с перевиваемыми лейкозами и излечении мышей с асцитной гепатомой 22А [21]. Исследования роговицы глаз кролика, пораженного герпесом, при лечении L-лизин-a-оксидазой из Trichoderma harzianum Rifai F-180 в концентрации 70 мкг/мл через сутки после заражения ВГП-1 (Вирус герпеса простого 1 типа) показало его высокую эффективность при лечении офтальмогерпеса: глаза кролика спустя 3-4 суток были практически здоровы при сопоставлении с глазами здорового кролика [22]. В последнее время исследования этого штамма доказали антимикоплазменную активность культуральной жидкости Trichoderma harzianum Rifai F-180, способность ингибировать рост Mycoplasma hominis. Степень подавления роста зависила от посевной дозы микоплазм и используемой концентрации культуральной жидкости триходермы [23]. Весьма важные исследования были проведены совместно с д.б.н. В.Ф. Ларичевым (ФГБУ «ФНИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи», «Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского» Минздравa России, Москва) с гомогенным препаратом L-лизин-a-оксидазы из Trichoderma harzianum Rifai F-180 в опытах in vitro на моделях вирусов Синдбис, клещевого энцефалита, Западного Нила, Тягиня и Дхори. В опытах in vitro установлена высокая активность L-лизин-a-оксидазы из триходермы на модели вируса клещевого энцефалита и отсутствие активности в отношении вирусов Синдбис, Западного Нила, Тягиня и Дхори [24]. Особое направление получило исследование использования продуктов метаболизма штамма и гомогенного фермента L-лизин-α-оксидазы из Trichoderma harzianum Rifai F-180 в агрономии. Нами впервые была показана новая возможность использования продуктов метаболизма и фермента L-лизин-a-оксидазы из Trichoderma harzianum Rifai F-180 в качестве ингибитора некоторых особо опасных вирусных заболеваний растений. Были выбраны наиболее экономически значимые и особо опасные для растений вирусы: тосповирус некротической пятнистости бальзамина (Impatiens necrotic spot tospovirus) и неповирус кольцевой пятнистости табака (Tobacco ringspot nepovirus). В ходе исследований была разработана тест-система с использованием ПЦР для выявления антивирусного действия L-лизин-a-оксидазы на объектах растительного происхождения. Впервые установлена антивирусная активность культуральной жидкости Trichoderma harzianum Rifai штамм F-180 продуцента фермента L-лизин-a-оксидазы с активностью 2 Ед/мл по отношению к тосповирусу некротической пятнистости бальзамина и с активностью 1 Ед/мл по отношению к неповирусу кольцевой пятнистости табака [25]. Положительные результаты были получены при исследовании влияния продуктов метаболизма исследуемого штамма триходермы на особо опасные бактериальные заболевания растений: возбудителя бактериального ожога плодовых культур (Erwinia amylovora), возбудителя бактериальной пятнистости тыквенных культур (Acidovorax сitrulli). Можно рассматривать продукты метаболизма штамма F-180 Trichoderma harzianum Rifai как потенциальные субстанции для создания средств защиты против особо опасных заболеваний вирусного происхождения: тосповируса некротической пятнистости бальзамина (Impatiens necrotic spot tospovirus), неповируса кольцевой пятнистости табака (Tobacco ringspot nepovirus) и особо опасных заболеваний бактериального происхождения: возбудителя бактериального ожога плодовых культур (Erwinia amylovora) и возбудителя бактериальной пятнистости тыквенных культур (Acidovorax citrulli). Вполне очевидно, что в дальнейшем исследовании продуктов метаболизма триходермы раскроют нам новые возможности этого гриба в борьбе с особо опасными заболеваниями как человека, так и растений, что приведет к созданию средств защиты экологически чистых препаратов. © Смирнова И.П., Каримова Е.В., Шнейдер Ю.А., 2016 REFERENCES [1] Alimova F.K. Promyshlennoe primenenie gribov roda Trichoderma. Kazan', KGU, 2006. [2] Shaukat H. Effect of soil water pressures on population dynamics of Fusarium equiseti, Glocladium virens, Talaromyces flavus and Trichoderma viride, biocontrol agents of Verticillium dahliae in potatoes Oregon State University, 1994. [3] Hanson L.E. Reduction of Verticillium wilt symptoms in cotton following seed treatment with Trichoderma virens // The Journal of Cotton Science. 2000. Vol. 4. P. 224-231. [4] Sallam N., Abd Elrazik A.A., Hassan M., Koch E. Powder formulations of Bacillus subtilis, Trichoderma spp. and Coniothyrium minitans for biocontrol of Onion White Rot. Archives of Phytopathology and Plant Protection. 2009. Vol. 42 (2). P. 142-147. [5] Rawat R., Lakshmi Tewar. Transmission electron microscopic study of the cytological changes in Sclerotium rolfsii parasitized by a biocontrol fungus Trichoderma sp. Mycology. 2010. Vol. 1. No. 4. P. 237-241. [6] Babickaja V.G., Buhalo A.C., Kapich A.N., Buzuk O.V. Izuchenie uslovij glubinnogo kul'tivirovanija griba Trichoderma viride Rifai. Mikol. i fitopatol. 1981. T. 16. Vyp. 2. P. 115-120. [7] Kolombet L.V. Griby roda Trichoderma - producenty biopreparatov dlja rastenievodstva. Mikologija segodnja. Ed. Ju.T. D'jakova, Ju.V. Sergeeva. M.: Nacional'naja Akademija Mikologii. 2007. T. 1. S. 323-370. [8] Staheev I.V., Babickaja V.G., Kostina A.M., Vadeckii B.Ju. Biokonversija solomy micelial'nymi gribami. Mikol. i fitopatol. 1984. T. 28. Vyp. 5. S. 396-400. [9] Vinale F., Sivasithamparam K., Ghisalberti E.L., Marra R., Woo S.L., Lorito M. Trichoderma-plant-pathogen interactions. Soil Biology and Biochemistry. 2008. Vol. 40. P. 1-10. [10] Harman G.E., Howell C.R., Viterbo A., Chet I., Lorito M. Trichoderma species - opportunistic, avirulent plant symbionts. Nature Reviews Microbiology. 2004. Vol. 2. P. 43-56. [11] Wilson P.S., Ketola E.O., Ahvenniemi P.M., Lehtonen M.J., Valkonen J.P.T. Dynamics of soilborne Rhizoctonia solani in the presence of Trichoderma harzianum: effects on stem canker, black scurf and progeny tubers of potato. Plant Pathology. 2008. 57. P. 152-161. [12] Shternshis M.V., Dzhalilov F.S.-U., Andreeva I.V., Tomilova O.G. Biologicheskaja zashhita rastenij. M.: Kolos S, 2004. [13] Spisok pesticidov i agrohimikatov, razreshennyh k primeneniju na territorii Rossijskoj Federacii. Prilozhenie k zhurnalu «Zashhita i karantin rastenij» №4. Moskva, 2013. [14] Carvalho Daniel Diego Costa, Sueli Corrêa Marques de Mello, Murillo Lobo Júnior, Alaerson Maia Geraldine. Biocontrol of seed pathogens and growth promotion of common bean seedlings by Trichoderma harzianum. Pesquisa Agropecuária Brasileira. 2011. Vol. 46. No. 8. [15] Sheridan L. Woo, Ruocco M., Vinale F., Nigro M., Marra R., Lombardi N., Pascale A., Lanzuise S., Manganiello G., Lorito M. Trichoderma based Products and their Widespread Use in Agriculture. The Open Mycology Journal. 2014. 8 (Suppl. 1, M4). P. 71-126. [16] Kabaluk T., Gazdik K. Directory of Microbial Pesticides for Agricultural Crops in OECD Countries. Agriculture and Agri-Food. Canada, 2005. P. 242. [17] Abdel-Fattah G.M., Shabana Y.M., Ismail A.E., Younes M.R. Trichoderma harzianum: a biocontrol agent against Bipolaris oryzae. Mycopathologia. August 2007. Vol. 164. Iss. 2. P. 81-89. [18] Kusakabe H., Kodama K., Kuninaka A., Yoshino H., Soda K. Effect of L-lysine-a-oxydase on youth of mouse lencemic cells. Agr. Biol. Chem. 1980. Vol. 44. P. 387-393. [19] Beresov T.T., Denis C.Y., Smirnova I.P. Regulation of biosynthesis and application of L-lisine-a-oxidase in enzyme electrode. Intern. sympos. July 17-22, Paris. Biotechnology. 1988. P. 161. [20] Smirnova I.P., Alekseev S.B., Podboronov V.M. Izuchenija gelevoj formy L-lizin-a-oksidazy na razvitie oftal'mogerpesa i gerpeticheskih porazhenij kozhi. Antibiotiki i himioterapii. 2003. Vol. 48. Issue 11. P. 11-13. [21]Alekseev S.B., Selishheva A.A., Smirnova I.P., Podboronov V.M., Ivanova A.A. Perspektivy terapii onkologicheskih zabolevanij L-lizin-a-oksidazoj trihodermy. Tezisy Mezhdunarodogo kongressa po reabilitacii v medicine i immunoreabilitacii. Dubaj, 24-27 aprelja 2010 g. Vol. 12. No. 2. P. 164-165. [22] Selishheva A.A., Smirnova I.P., Alekseev S.B., Podboronov V.M. Jeffektivnost' antigerpeticheskogo dejstvija razlichnyh lekarstvennyh form L-lizin-a-oksidazy. Antibiotiki i himioterapija. 2003. Vol. 48. Issue 1. P. 9-12. [23] Smirnova I.P., Rakovskaja I.V. Issledovanie antimikoplazmennoj aktivnosti kul'tural'noj zhidkosti Trichoderma harzianum Rifai F-180-producenta protivoopuholevogo i antivirusnogo fermenta L-lizin-a-oksidazy. Antibiotiki i himioterapija. 2014. Vol. 59. No. 11-12. P. 10-12. [24] Smirnova I.P., Larichev V.F., Shnejder Ju.A. Issledovanie aktivnosti L-lizin-a-oksidazy v opytah in vitro na modeljah virusov Sindbis, kleshhevogo jencefalita, Zapadnogo Nila, Tjaginja i Dhori. Antibiotiki i himioterapija. 2015. Vol. 60. No. 3-4. P. 3-5. [25] Smirnova I.P., Shneider Yu.A., Karimova E.V. Trichoderma L-Lysine-a-ozidase Producer Strain Culture Fluid Inhibits Impatiens Necrotic Spot Virus. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2016. Vol. 160. No. 3, January. VIROLOGY. P. 357-359.

I P Smirnova

Peoples' Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: smir-ip@yandex.ru
Miklucho-Maklay str., 8/9, Moscow, Russia, 117198

E V Karimova

Peoples' Friendship University of Russia

Email: elenavkar@mail.ru
Miklucho-Maklay str., 8/9, Moscow, Russia, 117198

Yu A Schneider

Peoples' Friendship University of Russia

Email: doc_0586@mail.ru
Miklucho-Maklay str., 8/9, Moscow, Russia, 117198

Views

Abstract - 124

PDF (Russian) - 51

PlumX


Copyright (c) 2016 Смирнова И.П., Каримова Е.В., Шнейдер Ю.А.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.