Biểu hiện dị hợp của các protein kháng thuốc kháng sinh từ vi khuẩn và người bảo vệ Escherichia coli trước sự ô nhiễm thủy ngân và kẽm

Biology of Metals - Tập 19 - Trang 695-704 - 2006
Maud Achard-Joris1, Jean-Paul Bourdineaud1
1UMR CNRS 5805, Laboratoire d’Ecophysiologie et Ecotoxicologie des Systèmes Aquatiques (LEESA), Université de Bordeaux 1, Arcachon, France

Tóm tắt

Để xác định vai trò của các protein kháng đa thuốc trong khả năng chống lại thủy ngân và kẽm, các gen MDR1 ở người, lmrA của Lactococcus lactis và omrA của Oenococcus oeni đã được biểu hiện trong một đột biến tolC của Escherichia coli, có độ nhạy cao với các kim loại. Ba bộ vận chuyển này đã làm tăng khả năng kháng thủy ngân và kẽm của E. coli so với các vi khuẩn kiểm soát. Khả năng kháng tăng cường này tương quan với sự giảm thiểu tích lũy sinh học kẽm và thủy ngân. Thật vậy, việc định lượng nồng độ kim loại bên trong tế bào bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) cho thấy sự giảm 2.1, 3, và 5.1 lần nồng độ kẽm trong các tế bào biểu hiện hMDR1, omrA và lmrA tương ứng, và sự giảm 2.7, 7.5, và 7.7 lần nồng độ thủy ngân trong các tế bào biểu hiện omrA, lmrA và hMDR1 tương ứng, so với các vi khuẩn kiểm soát. Điều này có nghĩa là các protein hMDR1, LmrA và OmrA, chuyên biệt trong việc thu gom các chất ngoại lai, chức năng chính đã biết của chúng, tuy nhiên vẫn có thể cung cấp một số khả năng kháng lại kim loại. Kết quả của chúng tôi cho thấy chủng đột biến tolC rất thích hợp cho việc nghiên cứu hoạt động của các bộ vận chuyển MDR và có thể được sử dụng để thử nghiệm các chất nền và các chất ức chế cạnh tranh hMDR1.

Từ khóa

#Kháng thuốc kháng sinh #protein kháng thuốc #thủy ngân #kẽm #Escherichia coli #định lượng kim loại #quang phổ hấp thụ nguyên tử

Tài liệu tham khảo

Achard M, Baudrimont M, Boudou A, Bourdineaud JP (2004) Induction of a multixenobiotic resistance protein (MXR) in the Asiatic clam Corbicula fluminea after heavy metals exposure. Aquat Toxicol 67: 347–357 Achard-Joris M, van den Berg van Saparoea HB, Driessen AJM, Bourdineaud JP. 2005 Heterologously expressed bacterial and human multidrug resistance proteins confer cadmium resistance to Escherichia coli. Biochemistry 44, 5916–5922 Ambudkar SV, Dey S, Hrycyna CA, Ramachandra M, Pastan I, Gottesman MM (1999) Biochemical, cellular, and pharmacological aspects of the multidrug transporter. Ann Rev Pharmacol Toxicol 39: 361–398 Andrès S, Baudrimont M, Lapaquellerie Y, Ribeyre F, Maillet N, Latouche C, Boudou A (1999) Field transplantation of the fresh water bivalve Corbicula fluminea along a polymetallic contamination gradient (river Lot, France): I. Geochemical characteristics of the sampling site and cadmium and zinc bioaccumulation kinetics. Environ Toxicol Chem 18: 2462–2471 Austin EA, Graves JF, Hite LA, Parker CT, Schnaitman CA (1990) Genetic analysis of lipopolysaccharide core biosynthesis by Escherichia coli K-12: insertion mutagenesis of the rfa locus. J Bacteriol 172: 5312–5325 Baum C, Hegewisch-Becker S, Eckert HG, Stocking C, Ostertag W (1995) Novel retroviral vectors for efficient expression of the multidrug resistance (mdr-1) gene in early hematopoietic cells. J Virol 69: 7541–7547 Bourdineaud JP, Nehme B, Tesse S, Lonvaud-Funel A (2004) A bacterial gene homologous to ABC transporters protect Oenococcus oeni from ethanol and other stress factors in wine. Int J Food Microbiol 92: 1–14 Broeks A, Gerrard B, Allikmets R, Dean M, Plasterk RH (1996) Homologues of the human multidrug resistance genes MRP and MDR contribute to heavy metal resistance in the soil nematode Caenorhabditis elegans. EMBO J 15: 6132–6143 Chin KV, Tanaka S, Darlington G, Pastan I, Gottesman MM (1990) Heat shock and arsenite increase expression of the multidrug resistance (MDR1) gene in human renal carcinoma cells. J Biol Chem 265: 221–226 Dey S, Ouellette M, Lightbody J, Papadopoulou B, Rosen BP (1996) An ATP-dependent As(III)-glutathione transport system in membrane vesicles of Leishmania tarentolae. Proc Natl Acad Sci USA 93: 2192–2197 Eufemia NA, Epel D (2000) Induction of the multixenobiotic defense mechanism (MXR), P-glycoprotein, in the mussel Mytilus californianus as a general cellular response to environmental stresses. Aquat Toxicol 49: 89–100 Goldberg M, Pribyl T, Juhnke S, Nies DH (1999) Energetics and topology of CzcA, a cation/proton antiporter of the RND protein family. J Biol Chem 274: 26065–26070 Grass G, Fan B, Rosen BP, Franke S, Nies DH, Rensing C (2001) ZitB (YbgR), a member of the cation diffusion facilitator family, is an additional zinc transporter in Escherichia coli. J Bacteriol 183: 4664–4667 Hou Z-J, Narindrasorasak S, Bhushan B, Sarkar B, Mitra B (2001) Functional analysis of chimeric proteins of the Wilson Cu(I)-ATPase (ATP7B) and ZntA, a Pb(II)/Zn(II)/Cd(II)-ATPase from Escherichia coli. J Biol Chem 276: 40858–40863 Li ZS, Lu YP, Zhen RG, Szczypka M, Thiele DJ, Rea PA (1997) A new pathway for vacuolar cadmium sequestration in Saccharomyces cerevisiae: YCF1-catalyzed transport of bis(glutathionato)cadmium. Proc Natl Acad Sci USA 94: 42–47 Nies DH (2003) Efflux-mediated heavy metal resistance in prokaryotes. FEMS Microbiol Rev 27: 313–339 Palmiter RD, Findley SD (1995) Cloning and functional characterization of a mammalian zinc transporter that confers resistance to zinc. EMBO J 14: 639–649 Pleban K, Kopp S, Csaszar E, Peer M, Hrebicek T, Rizzi A, Ecker GF, Chiba P (2005) P-glycoprotein substrate binding domains are located at the transmembrane domain/transmembrane domain interfaces: a combined photoaffinity labeling-protein homology modeling approach. Mol Pharmacol 67: 365–374 Sharma R, Rensing C, Rosen BP, Mitra B (2000) The ATP hydrolytic activity of purified ZntA, a Pb(II)/Cd(II)/Zn(II)-translocating ATPase from Escherichia coli. J Biol Chem 275: 3873–3878 Thévenod F, Friedmann JM, Katsen AD, Hauser IA (2000) Up-regulation of multidrug resistance P-glycoprotein via nuclear factor-kappaB activation protects kidney proximal tubule cells from cadmium- and reactive oxygen species-induced apoptosis. J Biol Chem 275: 1887–1896 Tisa LS, Sekelsky JJ, Adler J (2000) Effects of organic antagonists of Ca2+, Na+, and K+ on chemotaxis and motility of Escherichia coli. J Bacteriol 182: 4856–4861 Tommasini R, Evers R, Vogt E, Mornet C, Zaman GJ, Schinkel AH, Borst P, Martinoia E (1996) The human multidrug resistance-associated protein functionally complements the yeast cadmium resistance factor 1. Proc Natl Acad Sci USA 93: 6743–6748 Tran D, Bourdineaud JP, Massabuau JC, Garnier-Laplace J (2005) Modulation of uranium bioaccumulation by hypoxia in the freshwater clam Corbicula fluminea: induction of MXR and Hsp60 in gill tissues. Environ Toxicol Chem 24: 2278–2284 van Veen HW, Venema K, Bolhuis H, Oussenko I, Kok J, Poolman B, Driessen AJM, Konings WM (1996) Multidrug resistance mediated by a bacterial homolog of the human multidrug transporter MDR1. Proc Natl Acad Sci USA 93: 10668–10672 van Veen HW, Callaghan R, Soceneantu L, Sardini A, Konings WN, Higgins CF (1998) A bacterial antibiotic-resistance gene that complements the human multidrug-resistance P-glycoprotein gene. Nature 391: 291–295 Vernhet L, Courtois A, Allain N, Payen L, Anger JP, Guillouzo A, Fardel O (1999) Overexpression of the multidrug resistance-associated protein (MRP1) in human heavy metal-selected tumor cells. FEBS Lett 443: 321–325 Waalkes MP, Diwan BA, Weghorst CM, Bare RM, Ward JM, Rice JM (1991) Anticarcinogenic effects of cadmium in B6C3F1 mouse liver and lung. Toxicol Appl Pharmacol 110: 327–335