Identifizierung und Untersuchung der antibakteriellen Aktivität eines antagonistischen endophytischen Bakteriums HJ-3 in Polygonatum sibiricum
Endophyten sind eine Art von Organismen, die gesundes Pflanzengewebe bewohnen und über einen langen Zeitraum der Evolution eine harmonische symbiotische Beziehung mit dem Pflanzenwirt eingehen. Die Forschung hat ergeben, dass endophytische Bakterien in Pflanzen ein großes Potenzial für die biologische Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten haben. Es gibt auch Studien, die darauf hinweisen, dass endophytische Bakterien in Pflanzen Metaboliten produzieren können, die denen des Wirts gleich oder ähnlich sind, insbesondere einige Metaboliten, die von medizinischen endophytischen Bakterien produziert werden und gute therapeutische Wirkungen auf menschliche Krankheiten haben. Sie wurden als Therapeutika für Krankheiten wie Krebs, Tumore sowie bakterielle und Pilzinfektionen beschrieben. Bos et al. berichteten beispielsweise, dass endophytische Extrakte, die aus der traditionellen kanadischen Heilpflanze Heraclium maximum isoliert wurden, eine antimykobakterielle Wirkung haben und als natürliche Krebsmittel untersucht werden können; Seo et al. fanden heraus, dass endophytische Bakterien in Rettich eine antibakterielle Wirkung gegen Krankheitserreger haben und unter anderem als biologische Bekämpfungsmittel gegen menschliche und pflanzliche Krankheitserreger eingesetzt werden können.

Polygonatum cyrtonema, eine Pflanze aus der Familie der Liliengewächse, besteht hauptsächlich aus steroidalen Saponinen und Polygonatum-Polysacchariden. Sie hat wichtige pharmakologische Wirkungen bei der Stärkung der Immunität, Antitumor, hypoglykämische und antibakterielle Eigenschaften. Als Heil- und Nahrungspflanze findet sie breite Anwendung in der Medizin, in der Ernährung, in der Kosmetik usw. Die meisten Produkte befinden sich jedoch noch in der Anfangsphase der Verarbeitung, und es sind weitere Forschungen zu den Wirkstoffen von Polygonatum sibiricum erforderlich, um tiefer verarbeitete Polygonatum sibiricum-Produkte zu entwickeln. Es gibt nur wenige Berichte über endophytische Pilze von Polygonatum sibiricum, zum Beispiel isolierte Li endophytische Pilze mit antibakterieller Aktivität aus Polygonatum sibiricum vom Berg Taishan; Wang isolierte endophytische Pilze aus Zhejiang Polygonatum sibiricum und untersuchte ihre antibakteriellen Metaboliten. Und endophytische Bakterien in Pflanzen unterscheiden sich in ihren Wirtspflanzenregionen, Wachstumsstadien, Gewebelagen und Arten. Bai, Zhai und andere untersuchten endophytische Stämme von Bacillus subtilis und Bacillus subtilis aus Anhui Polygonatum sibiricum und führten Studien zur antibakteriellen Aktivität durch. In dieser Studie wurde ein weiterer endophytischer Stamm HJ-3 mit antagonistischer Wirkung aus Polygonatum sibiricum in der Provinz Anhui isoliert. Er wurde klassifiziert, identifiziert, auf seine Aktivität untersucht und auf Metaboliten analysiert, um die Grundlage für die Anreicherung der endophytischen bakteriellen Ressourcen von Polygonatum sibiricum und deren Entwicklung und Nutzung zu schaffen.

Endophytische Bakterien produzieren während der Symbiose mit ihren Wirten viele bioaktive Substanzen mit medizinischem Wert, die bei der Vorbeugung und Bekämpfung menschlicher Krankheiten wie Krebs, antibakteriell und antioxidativ sowie im Bereich der landwirtschaftlichen Schädlingsbekämpfung von Nutzen sein können. Es gibt viele Forschungsberichte über endophytische Bakterien sowohl im Inland als auch international. Halim et al. isolierten beispielsweise zwei endophytische Bakterien, BCA3 und BCA12, aus den Wurzeln und Blättern von Reisfeldern und stellten fest, dass sie eine positive antagonistische Aktivität gegen die bakterielle Blattfäule (BLB) haben; Botrytis cinerea ist einer der wichtigsten pilzlichen Krankheitserreger nach der Ernte. Chao et al. untersuchten endophytische Bakterien aus verschiedenen Pflanzen und stellten fest, dass sie eine biokontrollierende Wirkung auf Botrytis cinerea in Tomaten haben. Die Studie über den endophytischen Pilz HJ-3, die im Rahmen dieses Projekts durchgeführt wurde, ergab, dass er antagonistische Wirkungen auf pflanzenpathogene Pilze hat und ein breites Spektrum antagonistischer Aktivität aufweist. Zhang et al. isolierten ein antagonistisches Breitspektrum-Bakterium XS-2 aus Weizendähren und stellten fest, dass es eine hemmende Wirkung auf sechs Pflanzenpathogene hat, darunter Fusarium graminearum, den Erreger der Kraut- und Knollenfäule (Fusarium head blight, FHB), und Fusarium oxysporum, den Erreger der Baumwolle. Die Hemmzone liegt zwischen 10-29,58 mm, was sie zu einer wertvollen biologischen Ressource für die Entwicklung von Biokontrollmitteln macht. Das in dieser Studie gewonnene endophytische Bakterium HJ-3 hat die gleiche hemmende Wirkung auf pflanzenpathogene Pilze wie Fusarium graminearum und Fusarium graminearum. Der Unterschied besteht darin, dass das endophytische Bakterium nicht aus Nutzpflanzen isoliert wurde, sondern aus der Heilpflanze Polygonatum sibiricum. Wissenschaftler haben gezeigt, dass die Isolierung von endophytischen Bakterien aus Pflanzen, insbesondere aus einigen Heilpflanzen, das Wachstum von pathogenen Bakterien und Pilzen hemmen kann. Dies könnte auf die Produktion von Stoffwechselprodukten während des symbiotischen Prozesses zwischen endophytischen Bakterien und Heilpflanzen zurückzuführen sein, die eine hemmende Wirkung auf Schädlinge, Krankheiten oder Krankheitserreger haben. Bai et al. isolierten die endophytischen Stämme HJ-1 und HJ-2 aus der Heilpflanze Polygonatum sibiricum und stellten fest, dass ihre Fermentationsprodukte eine gute hemmende Wirkung auf pathogene Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa und Staphylococcus aureus haben. In dieser Studie wurde der endophytische Stamm HJ-3 aus der Heilpflanze Polygonatum sibiricum isoliert, der ebenfalls weit verbreitete antibakterielle Wirkungen auf gängige pathogene Bakterien zeigte. Der Schwerpunkt dieser Studie lag jedoch auf der Erforschung der antagonistischen Wirkung endophytischer Bakterien auf pflanzenpathogene Pilze, wodurch der potenzielle Anwendungswert endophytischer Bakterien in Polygonatum sibiricum erweitert wurde. Vorhandene Daten zeigen, dass das Screening endophytischer Bakterien aus Heilpflanzen für die Produktion bioaktiver Verbindungen mit medizinischem Wert, insbesondere aus endophytischen Bakterien gefährdeter Wirtspflanzen, eine wichtige Quelle für bioaktive Verbindungen für die Entwicklung neuer Medikamente geworden ist.

Im Rahmen des Projekts soll ein endophytischer Stamm HJ-3 aus dem authentischen Anhui-Heilkraut Polygonatum sibiricum untersucht werden. Nach vorläufiger morphologischer Identifizierung und molekularbiologischer 16S rRNA-Sequenzierung wurde der Stamm als Bacillus velezensis identifiziert. Bacillus thuringiensis wird aufgrund seines breiten Spektrums an antibakterieller Aktivität, der Förderung des Pflanzenwachstums und seines Potenzials als Biotensid in der Industrie, der Landwirtschaft und im Umweltschutz eingesetzt. Sie kann auch als mikrobielles Futtermittel verwendet werden und wird voraussichtlich eine wichtigere Rolle im Gesundheitswesen spielen. Aber verschiedene Stämme der gleichen Spezies B. Velezensis haben funktionelle Unterschiede, so dass eine weitere Erforschung von B. in der Natur erforderlich ist, um neue funktionelle Stämme von B. Velezensis zu entwickeln und zu nutzen. Chi et al. isolierten auch den Bacillus velezensis-Stamm ZJKU-3 aus Polygonatum multiflorum und untersuchten die antagonistische Aktivität der endophytischen Bakterien und ihrer Metaboliten gegen Fusarium oxysporum. Der in dieser Studie abgetrennte B. velezensis-Stamm HJ-3 hemmt neben Fusarium oxysporum auch pflanzenpathogene Pilze wie Fusarium oxysporum, Fusarium oxysporum, Fusarium graminearum, Fusarium oxysporum, Fusarium graminearum und Fusarium oxysporum. Besonders stark hemmt es Fusarium oxysporum, gefolgt von Fusarium oxysporum, Fusarium oxysporum, Fusarium oxysporum, Fusarium oxysporum und Fusarium oxysporum. Es zeigt sich, dass das endophytische Bakterium HJ-3, das in dieser Studie gewonnen wurde, ein breites Spektrum antagonistischer Aktivität gegen gängige pflanzenpathogene Pilze aufweist, und die Forschungsergebnisse haben eine gewisse richtungsweisende Bedeutung für die biologische Bekämpfung von landwirtschaftlichen Schädlingen und Krankheiten. Darüber hinaus hat die Forschung ergeben, dass die Fermentationsprodukte des endophytischen Stammes HJ-3 weitreichende antibakterielle Wirkungen auf gängige Bakterien aufweisen, insbesondere auf Staphylococcus aureus, der die stärkste antibakterielle Wirkung hat. Staphylococcus aureus ist ein weit verbreiteter klinischer Krankheitserreger und seine Antibiotikaresistenz ist weit verbreitet. Daher ist die Suche nach wirksamen antibakteriellen Arzneimitteln, insbesondere nach neuen Arten von antibakteriellen Arzneimitteln aus Naturprodukten, von großer Bedeutung für die Vorbeugung und Behandlung von bakteriellen Krankheiten und ist auch eine der Methoden zur Lösung des Problems der bakteriellen Resistenz.

Die obige Untersuchung zeigt, dass der endophytische Stamm HJ-3, der aus der traditionellen chinesischen Medizin Huangjing ausgewählt wurde, eine signifikante antagonistische Wirkung auf verschiedene pflanzenpathogene Pilze hat, und seine Fermentationsprodukte können das Wachstum von gewöhnlichen Bakterien wie Escherichia coli hemmen. Durch UPLC-MS/MS wurden 5,5'-Methylenbis-(2-tert-Butyl-4-methylphenol)-Phenolverbindungen in den Fermentationsprodukten der endophytischen Bakterien nachgewiesen, und es wurden drei Verbindungen der gleichen Serie erhalten. Die in dieser Studie gewonnenen Daten bilden die Grundlage für die weitere Erforschung der Wirkstoffe in den Fermentationsprodukten der Endophyten von Polygonatum sibiricum und stellen eine Basis für die breite Anwendung von pflanzlichen endophytischen Arzneimitteln dar.