Genes de Sphingobium involucrados en la degradación de saponinas
Las saponinas son un grupo de compuestos exudados por las plantas, las cuales pueden ser de tipo esteroide u oleanano dependiendo de si el precursor es colesterol o ß-amirina, respectivamente. Estas moléculas son tóxicas para algunos microorganismos, sin embargsaponinaso; en la rizósfera pueden ser degradadas por bacterias presentes en el suelo, lo cual podría estar relacionao con la colonización de la planta. En este trabajo, se identificaron enzimas presentes en el género Sphingobium involucradas en la degradación de saponinas de tipo esteroide.
Se evauló la capacidad de una cepa de Sphingobium aislada de raíces de tomate (RC1) para degradar saponinas de tipo esteroide (rojo) y tipo oleanano (azul). Este aislado tuvo fue capas de degradar mayormente aquellas moleculas derivadas del colesterol
Utilizando el genoma de RC1, se buscaron enzimas involucradas en la degradación de las saponinas: glucosidasas que eliminan la cadena de carbohidratos unida al esqueleto de colesterol y deshidrogenasas que continuan oxidando la molécula. Utilizando secuencias provenientes de Novosphingobium, se encontraron seis posibles glucosidasas: SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-3, SpGH3-1, SpGH106-1, y SpGH78-1. Del mismo modo se encontraron dos candidatos de 3β-hydroxiesteroide deshidrogenasa (3βHSD), las cuales fueron llamadas Sp3βHSD1 y Sp3βHSD2. Adicionalmente se un candidato de 3-cetoesteroide-Δ4-deshidrogenasa (3KSΔ4DH) denominado Sp3KSΔ4DH1.
Las secuencias de las enzimas encontradas fueron expresadas en E. coli para evaluar su actividad en presencia de tomatina y tomatidina utilizando HPLC acoplada a espectrometría de masas para evaluar los productos de las reacciones. Las glucósido hidrolasas SpGH3-4, SpGH39-1 y SPGH3-1/SPGH3-3 actuaron en conjunto para remover gradualmente los residuos de azúcares de la tomatina.
La actividad de las deshidrogenasas fue evaluada de una misma manera. Utilizando tomatidina como sustrado, se observó la oxidacion del grupo hidroxilo en el carbono C3 por parte de Sp3ßHSD1 y Sp3ßHSD2. La degradación de las saponinas continúa con la deshidrogenación del enlace entre los carbonos C5 y C6, lo cual es llevado a cabo por la 3-cetoesteroide-Δ4-deshidrogenasa (3KSΔ4DH). Al incubar tomatina junto con Sp3KSΔ4DH1 y Sp3ßHSD1 o Sp3ßHSD2, se formó un nuevo pico (d y e), consistente con tomatid-4-en-3-ona, indicando la acción de Sp3KSΔ4DH1 como el siguiente paso en la degradación de las saponinas.
Utilizando cepas de Sphingobium aisladas de suelos tratados con tomatina y de raíces de tomate, así como genomas disponibles en bases de datos, se analizó la distribución filogenética de los genes identificados en RC1 que están involucrados en la degradación de las saponinas y de glucósido hidrolasas (GH) que convierten a las saponinas en sus respectivas sapogeninas para su posterior degradación. Aquellos genomas que no provienen de suelos tratados con tomatina o de raíces de tomate carecen de la mayoría de las enzimas involucradas en la degradación de saponinas
Para determinar si la presencia de los genes permite la degradación de saponinas, se incubaron células de RC1 y de NBRC16415 (GCF 002080435.1 ASM208043v1) y JCM17233 (GCF 001563285.1 ASM156328v1) en presencia de tomatina. NBRC16415 cuenta con un conjunto de genes similar a RC1 comparado con JCM17233 que carece de la mayor parte de los genes involucrados en la degradación de saponinas. De este modo, JCM17233 no tuvo actividad sobre la tomatina, mientras que NBRC16415 no pudo degradar completamente el mismo compuesto, probablemente debido a la ausencia de 3KSΔ4DH.
Estos resultados indican el inicio de la ruta a través de la cual miembros del género Sphingobium degradan saponinas. Es necesario describir los pasos subsecuentes para entender cómo las bacterias utiizan moléculas obtenidas por las plantas.
Referencia
Nakayasu, M., Takamatsu, K., Kanai, K., Masuda, S., Yamazaki, S., Aoki, Y., Shibata, A., Suda, W., Shirasu, K., Yazaki, K., & Sugiyama, A. (2023). Tomato root-associated Sphingobium harbors genes for catabolizing toxic steroidal glycoalkaloids. mBio, 14(5), e00599-23. https://doi.org/10.1128/mbio.00599-23
