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枯草菌は、真菌細胞の輸送、エネルギー代謝、浸透圧代謝を阻害するイトゥリンAを産生することで、アスペルギルス・カルボナリウスを阻害することが、トランスクリプトーム解析により明らかになりました
Bacillus subtilis inhibits Aspergillus carbonarius by producing iturin A, which disturbs the transport, energy metabolism, and osmotic pressure of fungal cells as revealed by transcriptomics analysis.
PMID: 32659523 DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2020.108783.
抄録
アスペルギルス・カルボナリウスの汚染は、農産物の減少や大きな腐敗を引き起こし、マイコトキシン、特にオクラトキシンAを産生することで、人や動物の健康を脅かす原因となっている。枯草菌の抗真菌活性を高め、それを用いた抗真菌剤の品質を管理するためには、枯草菌の主要な活性化合物と抗真菌作用のメカニズムを明らかにすることが不可欠である。本研究では、ブドウなどの果実に広く分布する真菌病原体であるアスペルギルス・カルボナリウスを阻害する主要な化合物がイトゥリンAであることを明らかにした。その結果，イトゥリンAはA.carbonariusの生育およびオクラトキシンA産生を有意に阻害し，最小阻害濃度（MIC）はそれぞれ10μg/mLおよび0.312μg/mLであった。形態学的観察から、イトゥリンAはMICが1/2の場合には真菌細胞の腫脹と細胞壁・膜の菲薄化を引き起こしたが、それ以上の濃度では真菌胞子の発芽を阻害し、ミトコンドリアの腫脹を引き起こすことが明らかになった。トランスクリプトーム解析の結果、イトゥリンAがA.カルボナリアスを阻害するメカニズムは、細胞膜、輸送、浸透圧、酸化還元過程、エネルギー代謝に関連する遺伝子の発現をダウンレギュレートすることが示唆された。ダウンレギュレーションされた遺伝子のうち、輸送能力に関連する遺伝子が最も顕著に影響を受けており、エネルギー関連の輸送経路が増加し、その他の経路が減少していた。また、タウリンや低タウリン代謝に関連する遺伝子も減少しており、イトゥリンAが真菌細胞やミトコンドリアの膨潤の内因となる浸透圧不均衡を引き起こす可能性が示唆された。以上の結果から、枯草菌が産生するイトゥリンAは、真菌細胞の構造を変化させ、真菌のエネルギー代謝、輸送、浸透圧代謝を阻害する重要な役割を果たしていることが明らかとなった。この結果は、リポペプチドのメカニズムに関する研究の新たな方向性を示すものであり、農業や生物医学にとって重要な、より効率的な抗真菌剤の開発に有用な情報を提供するものであった。
The contamination of Aspergillus carbonarius causes decreases and great decay of agricultural products, and threatens the human and animal health by producing mycotoxins, especially ochratoxin A. Bacillus subtilis has been proved to efficiently inhibit the growth of A. carbonarius. Revealing the major active compound and the mechanisms for the antifungal of B. subtilis are essential to enhance its antifungal activity and control the quality of antifungal products made of it. In this study, we determined that iturin A is the major compound that inhibits Aspergillus carbonarius, a widespread fungal pathogen of grape and other fruits. Iturin A significantly inhibited growth and ochratoxin A production of A. carbonarius with minimal inhibitory concentrations (MICs) of 10 μg/mL and 0.312 μg/mL, respectively. Morphological observations revealed that iturin A caused swelling of the fungal cells and thinning of the cell wall and membrane at 1/2 MIC, whereas it inhibited fungal spore germination and caused mitochondrial swelling at higher concentrations. A differential transcriptomic analysis indicated that the mechanisms used by iturin A to inhibit A. carbonarius were to downregulate the expression of genes related to cell membrane, transport, osmotic pressure, oxidation-reduction processes, and energy metabolism. Among the down-regulated genes, those related to the transport capacity were most significantly influenced, including the increase of energy-related transport pathways and decrease of other pathways. Notably, the genes related to taurine and hypotaurine metabolism were also decreased, indicating iturin A potentially cause the occurrence of osmotic imbalance in A. carbonarius, which may be the intrinsic cause for the swelling of fungal cells and mitochondria. Overall, iturin A produced by B. subtilis played important roles to inhibit A. carbonarius via changing the fungal cell structure and causing perturbations to energy, transport and osmotic pressure metabolisms in fungi. The results indicated a new direction for researches on the mechanisms for lipopeptides and provided useful information to develop more efficient antifungal agents, which are important to agriculture and biomedicine.
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