锰的作用^{2 +}辐射电阻和兼容溶质的嗜热细菌和古生菌

文摘

防辐射的细菌引起了大量的关注从科学家寻求公开机制难以置信的生存能力。最近的分析表明,抗电离辐射archaeon (IR)Halobacterium salinarum取决于Mn-antioxidant复合物负责清除活性氧(ROS)生成的辐射。我们检查了兼容的溶质海藻糖的作用,mannosylglycerate,di-myo-inositol磷酸盐在有氧和无氧嗜热菌的辐射抗性。我们发现红外嗜热细菌的耐药性Rubrobacter xylanophilus和Rubrobacter radiotolerans是高度相关的积累高细胞内海藻糖的浓度与锰、支持Mn的模型吗^{2 +}在需氧菌端依赖ROS清除。相比之下,hyperthermophilic古生菌Thermococcus gammatolerans和海床furiosus不包含大量的胞内Mn,我们没有发现显著的抗氧化活性mannosylglycerate和di -myo磷酸肌醇在体外。我们因此提出,低水平的生成活性氧在厌氧条件下结合高度持续表达解毒系统辐射电阻和规避这些厌氧菌关键需要Mn-antioxidant复合物在细胞内的积累。

1。介绍

电离辐射生物学(IR)是特别感兴趣的,因为它暴露导致严重的氧化应激细胞的大分子。绝大多数细胞侮辱水条件下造成的间接影响,通过活性氧簇(ROS)的作用而形成的水辐解和生成羟基自由基(HO)^•),过氧化物(O₂^•−)和过氧化氢(H₂O₂)[1]。DNA-associated水分子进行辐解成为核酸的直接威胁,产生氧化DNA碱基和糖,半个步行不能的网站,链断裂,使交联蛋白(1,2]。蛋白质是由活性氧攻击引入羰基残留物,氨基酸激进的链式反应,交联,并最终导致蛋白质失活和变性3,4]。蛋白质与[4 fe-4s]集群尤其容易受到O₂^•−和H₂O₂攻击,导致亚铁离子的释放和HO的形成^•通过芬顿反应(5]。因此预防ROS-mediated细胞损伤的关键幸存的红外曝光。

虽然被认为DNA损伤,特别是DNA双链断裂(双边带),最红外暴露所造成的细胞毒性损伤,最近发现关于红外的DNA损伤的修复和IR-sensitive和IR-resistant生物遭受相同数量的DNA双边带等效剂量的红外(~ 0.01双边带/ Gy / Mbp)强烈离开这教条6,7]。现在证实蛋白质是辐射损伤的主要目标,防止蛋白质氧化为生存是一个重要的过程从红外暴露8,9]。

关于机制红外阻力,与嗜盐archaeon最近的研究Halobacterium salinarum显示所发挥的关键作用非酶的抗氧化过程在这个生物的抗辐射性10,11]。h . salinarum除了适应高盐,也展示高层抗干燥,高压,紫外线辐射和红外(11- - - - - -14]。它的辐射剂量的灰色(Gy)降低了人口的生存90%,是5 kGy的(13]。的测量h . salinarum细胞内部显示高锰/铁(Mn / Fe)比类似的极其耐辐射的细菌耐辐射球菌(12 kGy的)和其他红外耐药微生物(9,10]。进一步的工作耐辐射奇球菌的优雅建立锰所扮演的角色的关键^{2 +}这种细菌肽复合物的辐射电阻(15]在酵母,在活的有机体内研究显示Mn-orthophosphate复合体的重要功能在氧化应激(16]。在芽孢杆菌、锰^{2 +}-dipicolinic复合物与压力抗性表型孢子,干态和湿态包括红外热(17],蓝藻,极耐红外干燥,Mn积累^{2 +}和mycosporine-like氨基酸(18]。在h . salinarumenzyme-free细胞提取物富含锰、磷酸、氨基酸和肽酶提供了高水平的保护,在体外红外的有害影响,潜在的重要作用Mn抗氧化复合物在辐射电阻也延伸到古生菌(11]。细胞积累Mn与各种各样的有机和无机配体可能是一个广泛的幸存的氧化应激的机制,也有证据表明,这可能延伸到简单的动物,如轮虫(19]。

发现了许多极端微生物抗红外,表明辐射电阻是一个偶然的结果对其他环境压力(20.]。从研究耐辐射奇球菌的和环境隔离,一个强大的连接之间建立了干燥和红外电阻(21,22]。这两种类型的压力产生活性氧和造成严重的氧化损伤细胞的大分子(23]。然而,没有直接脱水耐性和辐射电阻之间的相关性被发现(超)嗜热古菌(20.,24]。的分布极其IR-resistant生物体在生命的种系发生树并不局限于原核生物。最近的研究揭示了几个真核生物的高水平的红外阻力包括担子菌类真菌黑粉菌属maydis(25,淡水无脊椎动物Philodina红疹(26),水熊Milnesium tardigradum(27),和蛔虫秀丽隐杆线虫(28]。大量的嗜热古菌和细菌还发现了抗红外,包括硫酸盐还原Archaeoglobus fulgidus产甲烷菌,如Methanocaldococcus jannaschii,超嗜热菌p . furiosus Thermococcus radiotolerans,和Thermococcus gammatolerans(20.,29日- - - - - -31日),嗜热细菌Rubrobacter xylanophilus和Rubrobacter radiotolerans(32,33]。然而,尽管IR-resistant生物分布在生命的三个领域,该分布可能显著不同生物之间的同一家族,甚至物种之间(7]。

嗜热细菌和古生菌不同的居住环境和生存多个压力包括干燥、辐射、压力,pH值一起极端高温(20.,34,35]。的嗜热微生物生长能力以上的温度超过50°C (36),要求其大分子抵抗不仅热量的热变性作用,而且随之而来的负担的高氧化应激引起的代谢过程。许多嗜热微生物也halotolerant [37,38,总的来说,这些生物的特点是氨基酸的积累,糖,多元醇,和衍生品(兼容的溶质)[39]。兼容的溶质积累通常归因于保护细胞免受渗透压力和热休克和已被证明稳定蛋白质在体外(38,40]。Mannosylglycerate (MG)是嗜热菌中广泛分布,和细胞浓度的MG已经被证明可以有效应对盐胁迫(38]。Di -myo磷酸肌醇(浸)、嗜热微生物中的一种溶质完全兼容,积累在细胞对热应力38,41]。MG和研究了倾斜保护蛋白质的能力在体外对热应力和冷冻干燥(42- - - - - -45]。

在这项研究中,我们调查了兼容的溶质在两所扮演的角色IR-resistant嗜热细菌,r . xylanophilus(6 kGy的),r . radiotolerans(10 kGy的),和两个IR-resistant hyperthermophilic古生菌,p . furiosus(3 kGy的),t . gammatolerans(6 kGy的)。我们表明,在有氧条件下,兼容溶质积累由嗜热细菌授予红外抗酶在体外辐射防护是减轻的海藻糖和锰^{2 +}。关于hyperthermophilic古生菌、厌氧环境有助于他们的红外阻力,这是保护酶的最重要因素在体外。

2。材料和方法

2.1。生长条件

Rubrobacterradiotolerans5868年(DSM)Thermococcus gammatolerans15229年(DSM)从DSMZ获得。Rubrobacter xylanophilus(DSMZ 9941)是Gaidamakova博士的礼物。Rubrobacter种虫害是生长在TM中包含1 g / L胰蛋白胨,1 g / L酵母提取物,0.7 g / L NaNO₃,0.1 g / L Na₂HPO₄,0.1 g / L次氮基三乙酸,0.1 g / L MgSO₄h·7₂啊,0.1 g / L KNO₃卡索,60 mg / L₄h·2₂啊,8 mg / L氯化钠,2.2 mg / L MnSO₄·H₂啊,0.5 mg / L ZnSO₄h·7₂啊,0.5 mg / L H₃薄₃,25g / L CuSO₄5·h2o, 25岁g / L Na₂MoO₄h·2₂O, 46岁g / L CoCl₂h·6₂O, FeCl 10毫升/ L 0.17毫米₃h·6₂啊,最后的pH值8.2。文化是在48°Cr . radiotolerans和60°Cr . xylanophilus,用颤抖的在220 rpm Gyromax 737瓶(Amerex仪器,拉斐特CA)。海床furiosus应变(DSMZ 3638)是生长在没有硫与100年Na₂我们₄和0.5% (wt /卷)麦芽糖Pf中包含24 g / L氯化钠,4 g / L Na₂所以₄,0.7 g / L氯化钾,0.2 g / L NaHCO₃,0.1 g / L KBr, 0.03 g / L H₃薄₃,10.8 g / L MgCl₂h·6₂啊,1.5 / Lg CaCl₂h·2₂啊,0.025 g / L SrCl₂h·6₂啊,0.08%的钠₂S·9 h₂啊,5 g / L胰蛋白胨,1 g / L酵母提取物,1毫升/ L刃天青(0.2 g L⁻¹解决方案),最后pH值6.8,100毫升血清瓶或1 L瓶在95°C在厌氧条件下46]。Thermococcus gammatolerans是生长在ASW-YTP介质包含38 g / L氯化钠,14.5 g / L MgCl吗₂h·6₂啊,5 g / L胰蛋白胨,5 g / L酵母提取物、5 g / L丙酮酸钠,5.6 g / L MgSO₄h·7₂啊,2.5 g / L CaCl₂h·2₂啊,2.6 g / L Na₂所以₄,1 g / L氯化钾,80 mg / L Na₂有限公司₃,80 mg / L NaBr, 64 mg / L KBr, 58毫克/ L SrCl₂h·6₂啊,42 g / L H₃薄₃8.1 mg / L Na₂HPO₄2.4 mg / L氟化钠0.4 mg / L NaSiO₄,50g / L KI, 0.08% Na₂S·9 h₂啊,1毫升/ L刃天青(0.2 g L⁻¹解决方案),最后pH值6.8,100毫升血清瓶或1 L瓶在厌氧条件下在88°C。

2.2。制备Enzyme-Free细胞提取物

文化是生长在适当的媒体和条件0.4和细胞离心收获的8000×g(10分钟、4°C)。Rubrobacter种虫害细胞被洗两次TM-BSS (TM媒体缺乏胰蛋白胨和酵母提取物,最后pH值8.2),p . furiosus细胞与Pf-BSS (Pf中缺乏碳源、钨和Na₂S·9 h₂啊,最后的pH值6.8),t . gammatolerans细胞与ASW-BSS (ASW-YTP中缺乏碳源和Na₂S·9 h₂啊,最后的pH值6.8)。颗粒在蒸馏和去离子水(ddH resuspended₂O, Sigma-Aldrich)和通过一个Emulsiflex均质器(Avestin, Inc .,渥太华,加拿大)在15000 psi溶解细胞。细胞提取物离心机在12000×g(60分钟,4°C)由蛋白质浓度和标准化,这是由BioRad布拉德福德化验(BioRad大力神,CA)。上层清液进一步离心机在190000×g (40 h, 4°C)和接受使用3 kDa离心过滤设备(Amicon ultracel 3 k过滤器;微孔,Billerica, MA)。结果无蛋白细胞提取物,称为超滤液(UFs),集中在5倍速度真空浓缩器(Heto真空离心;ATR,位于马里兰州劳雷尔)和存储。佛罗里达大学的h . salinarum准备中描述(11]。

2.3。保护酶测定

的限制性内切酶Dde我是0.5的最终浓度单位/补充说L UFs稀释至0.2倍,25毫米磷酸盐缓冲剂(加以pH值7.0,海藻糖20毫米的解决方案,mannosylglycerate(毫克),或di -myo磷酸肌醇(浸),有或没有的250或25MnCl₂。分析执行在厌氧条件下清除了超高纯度Ar(99.999%)(谷国家气体,弗雷德里克博士)。辐照在冰使用的解决方案⁶⁰公司伽马源(贝塞斯达的健康科学统一服务大学,医学博士,剂量率3.2 kGy的/ hr)在以下剂量:0,1,2,3,4,5 kGy的或0,1,2,4,6,8,10,12 kGy的。样本被保存在冰直到1消化使用1 U g pUC19 DNA酶从每个辐照解决方案在37°C 1 h。结果pUC19 DNA片段分离在1%琼脂糖电泳此种凝胶和可视化与溴化乙锭染色如前所述11]。

2.4。测定氨基酸的浓度

UFs的自由和总氨基酸含量r . xylanophilus r . radiotolerans p . furiosus和t . gammatolerans用茚三酮测定试验(如前所述)(11]。

2.5。icp和离子色谱法

锰、铁、PO₄浓度r . xylanophilus r . radiotolerans p . furiosus和t . gammatoleransUFs和细胞(锰、铁)测定使用icp(锰、铁)和离子色谱(PO₄)部门的环境卫生工程、JHU公共卫生学院(如前所述)(11]。

2.6。制备的乙醇提取物

细胞收获与BSS洗。球10⁹细胞resuspended在80%乙醇,打破通过法国媒体如前所述47),离心机在10000×g(50分钟,4°C)。在整个过程中细胞和乙醇在冰上。乙醇被速度真空浓缩器(Heto真空离心,ATR,月桂,MD),和残留在超纯水(ddH resuspended₂O, Sigma-Aldrich)过滤通过10 kDa过滤器(Amicon ultracel 10 k过滤器;微孔,Billerca, MA)。细胞蛋白质浓度由BioRad布拉德福德化验(大力神,CA)使用细胞球10⁹细胞在蒸馏和去离子水(ddH resuspended₂O, Sigma-Aldrich),由法国媒体细胞溶解,离心如上所述。

2.7。高效阴离子交换色谱法

高效阴离子交换色谱法(HPAEC)进行Dionex DX 500 CarboPac PA-10列和PA-10警卫队列(Dionex,桑尼维尔CA)和脉冲测量电流的检测(PAD)。一个整除的乙醇提取物稀释10 - 100倍,注入CarboPac PA-1列平衡与16毫米氢氧化钠。与线性梯度洗脱了从16毫米氢氧化钠醋酸钠0.5米/ 0.1 M氢氧化钠。标准的0.25、0.5、1、2、4 nmol海藻糖,MG,蘸竞选量化。Mannosylglycerate (MG)和di -myo磷酸肌醇(浸)获得Bitop AG)、德国威滕。

3所示。结果

3.1。超滤液的成分分析

在以前的研究中,无蛋白细胞提取物,也称为超滤液(UFs) IR-resistant细菌和古菌的发现富含锰^{2 +}和有机小分子,包括氨基酸和肽(11,15]。结合时在体外在生理浓度有关,这些成分形成强有力的抗氧化剂复合物在正磷酸盐缓冲(加以11,15]。确定潜在作用Mn和兼容的溶质的嗜热菌的辐射电阻,我们测量浓度的金属离子、磷酸盐,和整个细胞溶质和UFs兼容r . xylanophilus r . radiotolerans p . furiosus和t . gammatolerans(表1和2)。UFs IR-resistant的Rubrobacter物种丰富的Mn相对于IR-sensitive细菌,产生高Mn / Fe比率类似发现h . salinarum(表1)。锰的浓度在厌氧的UFs古生菌t . gammatolerans和p . furiosus超过一个数量级低于的值Rubrobacter物种UFs,导致Mn / Fe比率类似辐射灵敏的细菌大肠杆菌和p . putida(表1)。Mn / Fe比率在整个细胞中跟随趋势的观察与分析Mn UFs / Fe比率(表1)。磷酸盐水平高在所有UFs除外p . furiosus(表2)。

我们使用了高效阴离子交换色谱法(HPAEC)量化溶质在UFs兼容。r . radiotolerans和r . xylanophilusUFs都包含大量的海藻糖与29毫米和17毫米,分别。此外,我们发现mannosylglycerate (MG) UFs两种r . xylanophilus(99毫米)r . radiotolerans(64毫米),而只有r . xylanophilus佛罗里达大学含有di -myo磷酸肌醇(DIP)(33毫米)(表2)。p . furiosus佛罗里达大学有52毫米MG和6毫米的倾斜,这是明显的浓度在佛罗里达大学t . gammatolerans。氨基酸和肽浓度没有显著升高RubrobacterUFs或物种p . furiosus与相比,h . salinarum佛罗里达大学,而t . gammatolerans佛罗里达大学有明显高于游离氨基酸浓度(表2)。因此,UFs嗜热菌的报道这里积累一些有机小分子只有UFs的r . radiotolerans和r . xylanophilus表现出大量的锰。

估计细胞内溶质浓度的兼容,我们分析了我们的嗜热生物使用的乙醇提取物HPAEC(表2)。我们的数据p . furiosus类似于之前报道的浓度毫克通过核磁共振,验证我们的方法。利用细胞生长在类似的生长条件对盐度和温度,我们计算一个细胞内浓度0.22毫克摩尔/蛋白质和0.25毫克摩尔/毫克蛋白由马丁和桑托斯(41]。我们计算的近似细胞内浓度MG和倾斜p . furiosus和t . gammatolerans使用细胞体积为4.5L /毫克蛋白(41]。在p . furiosus、镁和浸渍浓度49毫米和10毫米,分别t . gammatolerans,我们发现21毫米MG和11毫米的浓度下降。这些细胞内浓度类似MG和蘸的UFs有机体(表2)。关于Rubrobacter物种,我们没有一个适当的细胞体积来计算细胞内浓度;然而,表1显示两个r . radiotolerans和r . xylanophilusMG浓度较高(和浸渍浓度r . xylanophilus)比p . furiosus和t . gammatoleransUFs和我们整个细胞(乙醇提取物)决定。

调查这些小分子在辐射电阻的作用,我们测试能力UFs和重组的准备,保护纯化酶的活动暴露增加剂量的红外光谱。

3.2。防止红外Rubrobacter UFs和兼容溶质的物种

我们测试的辐射防护性能UFs准备r . xylanophilus和r . radiotolerans的活动Dde我,一个限制性内切核酸酶,暴露剂量的红外12 kGy的(图1)。辐照后,残留的酶活性测定,将质粒DNA的能力;通过琼脂糖凝胶电泳分析了限制片段。在我们的实验条件下,r . xylanophilus和r . radiotoleransUFs提供保护酶活性在延长到6和8 kGy的剂量,分别与级别的保护授予的h . salinarum佛罗里达大学和更高的佛罗里达大学IR-sensitive有机体(图1;(11])。接下来,我们下一个测试中的兼容的溶质UFs和细胞Rubrobacter物种的能力对红外保护酶活性,在生理浓度相关。而磷酸盐缓冲剂()保护酶活性的2 kGy的,添加海藻糖导致显著增加保护,6 kGy的(图2)。当海藻糖和加以结合0.25毫米锰^{2 +}(决心从整个细胞生理相关分析),辐射防护12 kGy的急剧增加。辐射加以和Mn的酶^{2 +}2 kGy的孤独只保护其活性,增加25毫米MG或下降(图没有增加保护2)。

3.3。防止红外UFs和兼容的溶质Hyperthermophilic古生菌

形成鲜明对比RubrobacterUFs, UFs厌氧菌p . furiosus和t . gammatolerans没有保护Dde我在剂量大于1 kGy的活动在有氧条件下(图3)。在这些实验中,红外剂量增加1 kGy的间隔5 kGy的提高分辨率。以确定是否缺乏辐射防护是由于分子氧的存在(O₂),我们测试了UFs在厌氧条件下的属性。在缺乏O₂,UFsp . furiosus和t . gammatolerans受保护的Dde我3 kGy的(图3)。增加0.025毫米锰^{2 +}UFs的p . furiosus和t . gammatolerans延长的保护Dde我酶5 kGy的,代表增加(图2 kGy的有氧条件3)。虽然这锰浓度(0.025毫米)的生理有关p . furiosus和t . gammatolerans,10 - 100倍不到锰浓度的细胞中发现有氧抗辐射Rubrobacter物种(表1)。

我们也比较了酶保护活动MG和蘸的存在和缺乏O₂。在厌氧条件下发现的细胞内环境p . furiosus和t . gammatolerans毫克的保护Dde我酶5 kGy的扩展,从只有1 kGy的在有氧条件下(图4)。保护酶活性也扩展在有氧和无氧条件下酶时辐照MG和锰^{2 +}。下降并没有显示任何增加酶保护,单独或结合镁和锰^{2 +}引起的,而是减少酶的保护。事实上,单独加以提供的保护水平相同,加以和20毫米倾斜。我们还发现,加以保护超过20毫米的MG。这些实验表明,孵化酶在厌氧条件下的辐射是最有效的条件扩展酶活性更高剂量的红外光谱。

4所示。讨论

嗜热微生物增长是由高温的要求,但在这个群体有很大的多样性代谢功能和居住的环境微生物(48]。在这里,我们调查了辐射电阻的两组嗜热微生物系统和新陈代谢截然不同。细菌,r . xylanophilus和r . radiotolerans是IR-resistant嗜热微生物的有氧环境和古细菌,t . gammatolerans和p . furiosus是IR-resistant超嗜热菌的厌氧环境。

紧密相关性高辐射抗性细菌和古生菌和细胞内高锰/ Fe比率从研究模型建立了生物和环境隔离11,22,49]。这两个r . xylanophilus和r . radiotolerans表现出类似的Mn /菲比IR-resistant耐辐射奇球菌的和h . salinarum,强调中央Mn在原核生物的辐射电阻所扮演的角色(7]。先前的研究表明,锰^{2 +}促进蛋白质保护细胞通过与小分子的相互作用表现为协同作用,包括正磷酸盐、氨基酸、肽、核苷,生成催化- - - H₂O₂清除复合物(11,50,51]。这两个Rubrobacter物种的UFs浓缩在Mn和磷酸盐和保护酶活性,在体外相比,从类似的高剂量的红外超滤h . salinarum(11]。这些发现表明Mn-associated抗氧化分子也可能出现在Rubrobacterspp。,在活的有机体内保护所有细胞大分子的缓解的影响生成的活性氧(11,50]。的RubrobacterUFs不包含高浓度的氨基酸或肽,如被发现耐辐射奇球菌的和h . salinarum但他们在兼容的溶质浓缩,包括海藻糖,MG,浸11,15,17]。

兼容的溶质的嗜热微生物已被广泛的研究protein-stabilizing属性(44]。大量的嗜热微生物是防辐射的,在此我们评估了可能的这些分子对辐射的抗氧化性能。在这个工作之前,溶质在兼容r . radiotolerans没有被调查。我们发现这种细菌海藻糖积累和MG类似的数量r . xylanophilus,但不是当增长48°C。与超嗜热菌浸大多有关(最佳生长温度> 80°C),和r . radiotolerans被认为是中度嗜热的最佳生长温度48°C (52]。r . xylanophilus相比之下,有一个最佳生长温度60°C,这是最低生长温度报告中已知生物积累下降(53]。如前所述,r . xylanophilus海藻糖积累,MG,浸在其最佳生长条件和增加这些兼容的溶质的浓度在加热或渗透压力的反应37]。我们已经确定,r . radiotolerans还维护基底毫克分子细胞浓度的海藻糖和MG,代表有机溶质结构上存在于细胞,与潜在的抗氧化性能。虽然意外,MG和没有保护酶活性在体外,这些溶质携带负电荷和兼容可能排斥在不同的带负电荷的蛋白质网站,离开地区容易受到活性氧的攻击。尽管如此,这两个化合物以前清除HO)^•(44),我们得出结论,他们不是有效的食腐动物和H₂O₂,由红外(1]。

海藻糖,类似规模的兼容的溶质MG和倾斜,但没有携带指控,高度对红外保护蛋白质的活动,单独或结合锰^{2 +}。海藻糖存在于各种微生物,包括细菌、酵母、真菌、植物、无脊椎动物和被发现保护蛋白质免受热、渗透压力、干燥、氧化(54]。此外,菌株的Chroococcidiopsis干燥、IR-resistant藻青菌,是积累海藻糖(55,56]。这里我们演示实验的抗氧化特性的海藻糖和建议,结合锰和磷酸盐、有机小分子形式中发现高辐射抗性的基础r . xylanophilus和r . radiotolerans。这些发现符合当前模型的锰基抗氧化剂清除生成的活性氧,建立了有氧细菌和古菌(7,11,51]。除了其抗氧化活性,Mn也可能行为功能上代替铁Fe-S集群的酶,从而减轻芬顿的有害影响化学在氧化应激(57]。

厌氧超嗜热菌的辐射抗性的基础p . furiosus和t . gammatolerans似乎是完全不同于有氧的嗜热微生物。两个生物体表现出低Mn / Fe类似于辐射灵敏的比率大肠杆菌和p . putida(9]。这是在冲突与Mn的模型^{2 +}端依赖ROS清除进行有氧细菌和古菌(7,11,51]。然而,许多蛋白质在厌氧生物需要铁如脱氢酶和铁氧还蛋白,一个电子载体p . furiosus使用的NAD (58- - - - - -60]。p . furiosus像大多数厌氧超嗜热菌,缺乏氧气解毒酶超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶使用有氧同行(61年]。相反,p . furiosus有过氧化物还原酶(SOR) nonheme含铁酶催化还原的在H₂O₂几种氧化物酶,包括rubrerythrin和烷基氢过氧化物还原酶I和II (61年,62年]。此外,尽管锰^{2 +}端依赖活性氧的清除和H₂O₂——形成主要是在有氧辐照确实是至关重要的氧气的存在,这可能不是在厌氧条件下(63年,64年]。在O₂的形成,是一个互译过程中自由电子吗与O反应₂(2.0十¹⁰米⁻¹年代⁻¹)。这是明显快于没有O₂的形成何鸿燊取决于浓度^•和H₂O₂(2.7十⁷米⁻¹年代⁻¹)[63年]。在我们的在体外保护试验,p . furiosus和t . gammatoleransUFs显示增加保护在厌氧条件下,表明一个元素的辐射电阻可能归因于厌氧环境本身。另一个因素可能是它们的代谢适应保持严格的厌氧条件下细胞内环境。

而活性氧解毒酶被证明是可有可无的有氧archaeon的生存h . salinarum红外光谱(11全基因组mRNA的微阵列分析)p . furiosus为了应对辐射显示基因编码一个假定的Dps-like iron-chelating蛋白质和膜结合两个氧化还原酶是红外后差异表达,可能在氧化应激反应65年]。最有趣的发现是许多系统的高层组成型表达参与氧解毒和氧化还原内稳态,大概是为了防止细胞蛋白质氧化损伤(65年]。同样,琼通路中的基因最高度表达p . furiosus在正常厌氧生长条件,没有发现转速的增加表达针对红外或H₂O₂,表明这种蛋白质可能运行在最大容量,59,62年,65年]。的一个变体SOR-mediated解毒是最近发现的Desulfoarculus baarsii琼与亚铁氰化物减少没有形成H₂O₂。这个系统是高效的,因为琼铁网站仍然是减少,从而消除氧化还原酶回收水的要求(66年]。我们建议,低水平的生成的活性氧在厌氧条件下结合高度持续表达了厌氧超嗜热菌的解毒系统,p . furiosus和t . gammatolerans是关键,其辐射抗性和规避的需要Mn-antioxidant复合物在细胞内的积累。

极端微生物的研究以及如何满足极端环境中的物理和化学挑战他们导致了许多新见解应激反应的机制。以前的工作,再加上机制这里描述的嗜热菌的辐射电阻,凸显了多种策略微生物可以用来逃避环境压力。各种Mn-antioxidant复合物发现迄今为止表明,极端微生物的适应他们的环境为小说提供一个巨大的水库辐射防护和抗氧化剂分子对红外的有害影响。一个问题是:Mn有氧系统的红外阻力的一个普遍特征,和Mn的模型^{2 +}端依赖ROS清除扩展到真核系统?

确认

这项工作是支持的AFOSR(格兰特FA95500710158) j . Di。鲁杰罗icp工作的部分支持由马里兰州约翰霍普金斯和NIEHS香烟赔偿基金项目中心(批准P30 ES00319)。作者感谢Elena Gaidamakova和维拉Matrosova的健康科学统一服务大学(USUHS),贝塞斯达,医学博士,技术支持使用伽马源USUHS戴利和m . j .,以换取他的支持。

引用

1. p·a·莱利,“自由基生物学:氧化应激和电离辐射的影响,“国际放射生物学杂志》上,卷65,不。1,即,1994页。视图:谷歌学术搜索
2. f·哈钦森,”化学变化由电离辐射诱导的DNA。”在核酸研究和分子生物学进展32卷,第154 - 115页,1985年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. j . a . Imlay”Iron-sulphur集群和氧气的问题。”分子微生物学卷,59号4、1073 - 1082年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. e . r . Stadtman r·l·莱文,“自由radical-mediated氧化自由氨基酸和氨基酸残基在蛋白质,”氨基酸,25卷,不。3 - 4、207 - 218年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. j . a . Imlay“细胞防御超氧化物和过氧化氢,”年度回顾生物化学卷,77年,第776 - 755页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. f . Confalonieri和大梁,“细菌和古细菌抗电离辐射,”物理学报文章ID 012005卷,261年,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. m·j·戴利“死于蛋白质在辐照损伤细胞,”DNA修复于页。12日至21日,卷。11日举行,2012年。视图:谷歌学术搜索
8. j·杜和j . m . Gebicki”蛋白质是羟基自由基的主要初始单元目标,“国际生物化学和细胞生物学杂志》上,36卷,不。11日,第2343 - 2334页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. m·j·戴利e . k . Gaidamakova诉y Matrosova et al .,“蛋白氧化与细菌抗辐射性的主要决定因素,”公共科学图书馆生物学,5卷,不。4篇文章e92 2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 答:基士,g . Kirkali c·罗宾逊et al .,“盐盾:细胞内盐提供细胞嗜盐archaeon电离辐射防护,Halobacterium salinarumNRC-1。”环境微生物学,11卷,不。5,1066 - 1078年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. c·k·罗宾逊,k .韦伯Kaur A . et al .,“非酶的抗氧化的主要作用过程的抗辐射性Halobacterium salinarum”,细菌学期刊,卷193,不。7,1653 - 1662年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. n . s . Baliga j·比约克,r·邦et al .,“系统层面的见解应激反应在嗜盐archaeon紫外线辐射HalobacteriumNRC-1。”基因组研究,14卷,不。6,1025 - 1035年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. m . Kottemann基士,c . Iloanusi s比约克和j . DiRuggiero嗜盐archaeon的生理反应Halobacteriumsp.应变NRC1干燥和γ辐射。”极端微生物,9卷,不。3、219 - 227年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. a .基士·l·格里芬k·l·罗杰斯,福格尔·m·l·r . j . Hemley和a·斯蒂尔“高压容忍Halobacterium salinarumNRC-1和其他non-piezophilic原核生物。”极端微生物,16卷,不。2、355 - 361年,2012页。视图:谷歌学术搜索
15. m·j·戴利e . k . Gaidamakova诉y Matrosova et al .,“小分子抗氧化剂proteome-shields耐辐射球菌”,《公共科学图书馆•综合》,5卷,不。9篇文章ID e12570 2010。视图:谷歌学术搜索
16. r . l . McNaughton a . r . Reddi m·h·s·克莱门特et al .,“探测体内锰^{2 +}物种形成和氧化应激抵抗与电子核双共振光谱酵母细胞,”美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷107,不。35岁,15335 - 15339年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. Ghosh, a . Ramirez-Peralta大肠Gaidamakova et al .,“锰水平对阻力的影响芽孢杆菌megaterium孢子热量,辐射和过氧化氢应用微生物学杂志,第111卷,第663页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. r·p·Rastogi理查德,r·p·Sinha s p·辛格(manmohan Singh)和d . p . Hader”从海洋生物光保护化合物。”工业微生物学和生物技术杂志》上,37卷,不。6,537 - 558年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. a . Krisko m·勒罗伊·m·Radman, m . Meselson“极端抗氧化剂防止电离辐射在蛭形轮虫,”美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,第109卷,第2354页,2012年。视图:谷歌学术搜索
20. k . Beblo t . Douki g·施迈茨et al .,“生存的高温和hyperthermophilic微生物接触UV-C之后,电离辐射和干燥,”档案的微生物学,第193卷,第797页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. 诉Mattimore和j·r·巴蒂斯塔的抗辐射性耐辐射球菌:功能必要生存电离辐射也干燥长期生存的必要条件,“细菌学期刊,卷178,不。3、633 - 637年,1996页。视图:谷歌学术搜索
22. j . k . Fredrickson s·m·w·李·e·k·Gaidamakova et al .,“蛋白质氧化:细菌耐干燥的关键?”ISME杂志,卷2,不。4、393 - 403年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. t . Nauser w·h·Koppenol, j . m . Gebicki“谷胱甘肽的氧化动力学蛋白质激进分子,”生物化学杂志,卷392,不。3、693 - 701年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. k . Beblo e . Rabbow r·瑞秋h·胡贝尔和p . Rettberg“高温干燥和hyperthermophilic微生物,宽容”极端微生物,13卷,不。3、521 - 531年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. r·霍利迪“早期研究重组DNA修复黑粉菌属maydis”,DNA修复,3卷,不。6,671 - 682年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. 大肠Gladyshev和m . Meselson蛭形轮虫的极端耐电离辐射。”美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷105,不。13日,5139 - 5144年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. d . d . Horikawa长官t Sakashita当时表示,用军机c片瞳et al .,“辐射容忍缓步类动物Milnesium tardigradum”,国际放射生物学杂志》上,卷82,不。12日,第848 - 843页,2006年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. t·e·约翰逊和p·s·哈特曼“辐射对寿命的影响秀丽隐杆线虫”,老年学杂志,43卷,不。5,B137-B141, 1988页。视图:谷歌学术搜索
29. j . DiRuggiero n . Santangelo z Nackerdien, j .拉威尔和f·t·罗伯修复大量的电离辐射在95°C DNA损伤hyperthermophilic archaeon海床furiosus”,细菌学期刊,卷179,不。14日,第4645 - 4643页,1997年。视图:谷歌学术搜索
30. e . Jolivet大肠来往,s . L 'Haridon p . Forterre, d . Prieur。”Thermococcus绿sp. 11月和Thermococcus radiotoleranssp. 11月,两个从深海热液喷口hyperthermophilic古生菌,抗电离辐射,”极端微生物,8卷,不。3、219 - 227年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. e . Jolivet s L 'Haridon大肠来往,p . Forterre, d . Prieur。”Thermococcus gammatoleranssp. 11月,hyperthermophilic archeon从深海热泉喷口附近抗电离辐射,”国际系统与进化微生物学杂志》上,53卷,不。3、847 - 851年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. l . Laiz a z米勒诉Jurado et al .,“隔离五Rubrobacter菌株从biodeteriorated纪念碑。”死的《自然科学》杂志上,卷96,不。1,第79 - 71页,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. a·c·费雷拉·m·f·诺·e·摩尔,f . a . Rainey j·r·巴蒂斯塔和m . s . Da Costa”特性和辐射电阻的新隔离Rubrobacter radiotolerans和Rubrobacter xylanophilus”,极端微生物,3卷,不。4、235 - 238年,1999页。视图:谷歌学术搜索
34. r . Cavicchioli r·阿米尔·d·瓦格纳,t . McGenity“生活和极端微生物的应用,”环境微生物学,13卷,p。1903年,2011年。视图:谷歌学术搜索
35. j . DiRuggiero n . Santangelo z Nackerdien, j .拉威尔和f·t·罗伯修复大量的电离辐射在95°C DNA损伤hyperthermophilic archaeon海床furiosus”,细菌学期刊,卷179,不。14日,第4645 - 4643页,1997年。视图:谷歌学术搜索
36. f . Canganella和j . Wiegel”极端微生物:从深海到陆地生态系统和可能,”死的《自然科学》杂志上,卷98,不。4、253 - 279年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. n . Empadinhas诉门德斯,摄影记者c . et al .,“有机溶质Rubrobacter xylanophilus:第一个例子di-myo-inositol-phosphate喜温的,”极端微生物,11卷,不。5,667 - 673年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. h·桑托斯和m . s . Da Costa”兼容的溶质的生物生活在热盐水环境中,“环境微生物学,4卷,不。9日,第509 - 501页,2002年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. h·桑托斯·Lamosa t法,n .博尔赫斯和c .七巧板”生理作用、生物合成和行动模式的兼容的溶质(超)嗜热菌,”极端微生物的生理学和生物化学c . Gerday和n . Glansdorff Eds。,p. 86, ASM Press, Washington, DC, USA, 2007.视图:谷歌学术搜索
40. n Empadinhas和m . s . Da Costa”,多样性和生物合成的兼容的溶质在超/嗜热菌,”国际微生物学,9卷,不。3、199 - 206年,2006页。视图:谷歌学术搜索
41. l·o·马丁斯和h·桑托斯mannosylglycerate和Di-myo-inositol-phosphate积累海床furiosus为了应对盐度和温度。”应用与环境微生物学,卷61,不。9日,第3303 - 3299页,1995年。视图:谷歌学术搜索
42. n .博尔赫斯a拉莫斯:d·h·乌鸦,r . j .锋利和h·桑托斯,“mannosylglycerate thermostabilizing属性的比较研究和其他兼容的溶质模型酶”极端微生物》第六卷,没有。3、209 - 216年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
43. a·拉莫斯n·d·h·乌鸦,r . j . et al。”稳定的酶对热应力和冻干mannosylglycerate,”应用与环境微生物学,卷63,不。10日,4020 - 4025年,1997页。视图:谷歌学术搜索
44. g . Lentzen t·施瓦兹,“Extremolytes:天然化合物从极端微生物对于通用的应用程序,“应用微生物学和生物技术,卷72,不。4、623 - 634年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
45. c . m . Longo y, m·f·罗伯茨和s·j·米勒”,不对称合成的L, L - L, D-Di-myo-inositol-1,$1^{\prime }$磷酸和他们的行为作为稳定剂的酶活性在极端的温度下,“《应用化学》,48卷,不。23日,第4161 - 4158页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
46. j·m·冈萨雷斯y Masuchi, f·t·罗伯等。”海床horikoshiisp. 11月,hyperthermophilic archaeon冲绳海槽的深海热液喷口隔绝,“极端微生物,卷2,不。2、123 - 130年,1998页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
47. j . Diruggiero和f·t·罗伯”表达的重组谷氨酸脱氢酶和体外组装hyperthermophilic archaeon海床furiosus”,应用与环境微生物学,卷61,不。1,第164 - 159页,1995。视图:谷歌学术搜索
48. 佐藤h . Atomi t, t·金,“超嗜热菌及其酶的应用,”当前生物技术的观点p . 618,卷。22日,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
49. m·j·戴利“辐射电阻根据提供一个新的视角耐辐射球菌”,自然评论微生物学,7卷,不。3、237 - 245年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
50. m·j·戴利“死于蛋白质在辐照损伤细胞,”DNA修复,11卷,不。于页。12日至21日1举行,2012年。视图:谷歌学术搜索
51. d·斯莱德和m . Radman“氧化应激抵抗耐辐射球菌”,微生物学和分子生物学的评论,卷75,不。1,第191 - 133页,2011。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
52. t . Yoshinaka k .矢野和h .山口”隔离高度抗放射性的细菌,节细菌属radiotolerans11月sp。”农业和生物化学37卷,第2275 - 2269页,1973年。视图:谷歌学术搜索
53. l . g . Goncalves:博尔赫斯、f·塞拉·l·费尔南德斯h . Dopazo h·桑托斯,“进化di-myo-inositol生物合成的磷酸,热适应海洋环境的标志,”环境微生物学,14卷,不。3、691 - 701年,2012页。视图:谷歌学术搜索
54. 公元Elbein y . t .锅,Pastuszak, d·卡罗尔,“对海藻糖的新见解:一个多功能分子。”糖生物学,13卷,不。4、17 r-27r, 2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
55. d . Billi,依弗里德曼,k . g .而m·g . Caiola和r . Ocampo-Friedmann“电离辐射电阻desiccation-tolerant藻青菌Chroococcidiopsis”,应用与环境微生物学,卷66,不。4、1489 - 1492年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
56. n . Hershkovitz a·奥伦,y . Cohen,“海藻糖和蔗糖的积累蓝藻水接触到大学入学考试压力,”应用与环境微生物学卷,57号3、645 - 648年,1991页。视图:谷歌学术搜索
57. j . m . Sobota和j·a . Imlay“铁酶ribulose-5-phosphate 3-epimerase大肠杆菌正在迅速被过氧化氢,但可以保护锰、”美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷108,不。13日,5402 - 5407年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
58. f·e·詹尼jr .)和m·w·w·亚当斯,“超嗜热菌的氢化酶模型,”纽约科学院上卷,1125年,第266 - 252页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
59. g . j . Schut w·j·尼克松,g . l .以至于r·a·斯科特和m·w·亚当斯”突变分析氢的酶参与代谢的hyperthermophilic archaeon海床furiosus”,微生物学前沿,3卷,163页,2012年。视图:谷歌学术搜索
60. w·A·兰开斯特,j·l·Praissman f·l·普尔et al .,“计算框架proteome-wide追求和预测金属离子利用icp MS / MS数据,”BMC生物信息学第64条,卷。12日,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
61. f·e·詹尼Jr . m . f . j . m . Verhagen崔x,和m·w·w·亚当斯,“厌氧微生物:氧解毒没有超氧化物歧化酶,”科学,卷286,不。5438年,第309 - 306页,1999年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
62. k . r .链,c .太阳,t·李·e·珍妮·g·j . Schut和m·w·w·亚当斯,“氧化应激的保护和修复反应的过氧化氢hyperthermophilic archaeon海床furiosus和相关的物种。”档案的微生物学,卷192,不。6,447 - 459年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
63. l·H·林·g·f·斯莱特b·舍伍德Lollar g . Lacrampe-Couloume t·c·斯科特,“辐解H的产量和同位素组成₂潜在的能量来源,深地下生物圈,”Geochimica et Cosmochimica学报,卷69,不。4、893 - 903年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
64. c·冯·Sonntag化学放射生物学的基础泰勒和弗朗西斯,伦敦,英国,1987年。
65. e·威廉姆斯,t·m·劳j .萨瓦河和j . DiRuggiero”的微阵列分析hyperthermophilic archaeon海床furiosus暴露在射线照射,”极端微生物,11卷,不。1,19-29,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
66. f . p . Molina-Heredia c . Houee-Levin c Berthomieu et al .,“解毒超氧化物没有生产的H₂O₂:过氧化物还原酶的抗氧化活性与亚铁氰化物,”美国国家科学院院刊》上的美利坚合众国,卷103,不。40岁,14750 - 14755年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2012金伯利·m·韦伯和Jocelyne DiRuggiero。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。