Biological Mechanisms for the control of oxidative stress induced by critical metals in bacteria

Abstract

O efeito na actividade biológica de dois metais críticos (índio e gálio) foi explorado em seis estirpes bacterianas isoladas de ambientes contaminados com metais, estirpes essas com elevada resistência a ambos os metais. As duas estirpes de bactérias gram-positivas, Tsukamurella strandjordii (B2A2 0.5Te-1) e Mycolicibacterium fortuitum (Jales 666), não apresentaram aumento do stress oxidativo com os metais críticos testados, excepto na situação da Jales 666 quando exposta a gálio.As duas estirpes de Serratia fonticola (A3242 e B2A1Ga1) apresentaram elevado stress oxidativo quando expostas a índio, com acentuado aumento da produção de espécies reativas de oxigénio (ROS), diminuição dos níveis de glutationa reduzida (GSH), aumento da atividade de superóxido dismutase (SOD) e sobre-expressão de uma Fe-SOD.Comparativamente com as estirpes de Serratia, as estirpes do género Rhodanobacter (B2A1In2 e B2A1Ga4) apresentaram consideravelmente menores níveis de ROS na presença de índio mas maior stress oxidativo induzido por gálio, com uma produção de ROS superior e uma diminuição dos níveis de GSH. Um mutante sensível a índio e gálio foi obtido a partir da estirpe Rhodanobacter thiooxydans (B2A1Ga4), por mutagénese ao acaso por transposão, tendo sido interrompido o gene que codifica a proteína A do sistema de transporte de ião ferroso (feoA). Este mutante demonstrou níveis superiores de stress oxidativo, com maiores níveis de ROS e menores de GSH, em comparação com a estirpe nativa. Estes resultados levam à hipótese de que o metabolismo de ferro tem um papel importante nos mecanismos de resistência a estes metais críticos.De forma geral, para além dos efeitos visíveis dos metais no stress oxidativo, a exposição celular a esses mesmos metais desencadeia uma diminuição da viabilidade celular e aparentemente danifica a integridade da membrana celular.

The biological activity effect of two critical metals (indium and gallium) was explored in six bacterial strains isolated from different metal-contaminated environments, which were highly resistance to both metals. The two gram-positive bacteria, Tsukamurella strandjordii (B2A2 0.5Te-1) and Mycolicibacterium fortuitum (Jales 666), did not showed high oxidative stress with the critical metals tested, except Jales 666 when exposed to gallium. The two Serratia fonticola strains (A3242 and B2A1Ga1) showed an increase of oxidative stress levels when exposed to indium, with higher reactive oxygen species (ROS) production, lower levels of reduced glutathione (GSH), a higher superoxide dismutase (SOD) activity and an overexpression of Fe-SOD compared to the control. Comparing with the Serratia strains, the Rhodanobacter strains (B2A1In2 and B2A1Ga4) showed considerably lower oxidative stress with indium, but higher oxidative stress induced by gallium, with a higher ROS production and lower GSH levels. An indium and gallium-sensitive mutant was obtained from Rhodanobacter thiooxydans (B2A1Ga4), by transposition mutagenesis with the gene encoding the ferrous iron transport protein A (feoA) interrupted. The mutant demonstrated higher levels of oxidative stress, with higher ROS and lower GSH levels comparing with the native strain. These results lead to the hypothesis that the iron metabolism have an important role in the resistance mechanisms to these two critical metals. Besides of the visible effects of metals in oxidative stress, in general, the exposition of cells to these critical metals resulted in a decrease of their cellular viability and seems to damage the integrity of cell membrane.