Effect of oxidative stress on the biosynthesis of 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cycloprophosphate and isoprenoids by several bacterial strains
- 作者
- D. Ostrovsky, G. Diomina, E. Lysak, E. Matveeva, O. Ogre, S. Trutko
- 杂志
- Archives of Microbiology（1999）
- DOI
- 10.1007/s002030050680
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
探究氧化应激对细菌中2-C-甲基-D-赤藓醇-2,4-环焦磷酸（MEC）和类异戊二烯生物合成的影响，以及两者之间的关系
研究策略
通过苄基紫精诱导氧化应激，筛选多种革兰氏阴性菌的MEC积累能力；获得Corynebacterium ammoniagenes突变体；比较类胡萝卜素、甲萘醌等类异戊二烯物质含量与MEC积累的关系
核心内容
该研究探究了氧化应激对细菌中2-C-甲基-D-赤藓醇-2,4-环焦磷酸（MEC）与类异戊二烯生物合成的影响。通过苄基紫精诱导氧化应激，筛选多种革兰氏阴性菌的MEC积累能力，并获取了谷氨酸棒状杆菌突变体，比较类胡萝卜素、甲萘醌含量与MEC积累的关系。结果显示，所有受试的野油菜黄单胞菌菌株在50 μg/ml苄基紫精下均积累MEC，恶臭假单胞菌和嗜麦芽假单胞菌亦有积累，而大肠杆菌多数不积累；谷氨酸棒状杆菌突变体E-1和E-13在无外源诱导时积累MEC，指数期水平最高。突变体类胡萝卜素含量上升而MEC下降，脂质OD450由野生型的0.74降至0.26，甲萘醌含量由0.059 nmol/mg蛋白降至约0.02 nmol/mg，下降2-3倍，表明MEC合成与类异戊二烯合成呈替代关系。黄单胞菌色素含量增加3-22%，提示其溴化多烯色素可能替代类胡萝卜素发挥抗氧化作用。该研究首次报道多种革兰氏阴性菌在氧化应激下积累MEC，提出MEP途径分支抑制导致MEC积累的假设，为理解氧化应激下异戊二烯代谢的调控机制提供了依据。
创新点
首次报道Xanthomonas等革兰氏阴性菌在氧化应激下积累MEC；证实MEC合成与类异戊二烯合成呈替代关系；提出MEP途径分支导致MEC积累的假设
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Xanthomonas campestris pv. campestris N22 | MEC合成（非甲羟戊酸途径） | — | MEC synthase | 催化 | 在苄基紫精诱导的氧化应激下积累MEC，含量与其他磷酸化物相当；色素含量增加3-22% |
| Pseudomonas putida VKM B-1301 | MEC合成 | — | MEC synthase | 催化 | 在葡萄糖培养基+苄基紫精下积累MEC（信号+） |
| Pseudomonas maltophilia VKM B-591 | MEC合成 | — | MEC synthase | 催化 | 在葡萄糖+苄基紫精下积累MEC（信号+++） |
| Corynebacterium ammoniagenes ATCC 6872 | MEC合成/类异戊二烯合成 | — | MEC synthase | 催化 | 突变体E-1和E-13在无外源应激下积累MEC；野生型与突变体E-13脂质OD450分别为0.74和0.26 |
| Corynebacterium ammoniagenes ATCC 6872 | 甲萘醌合成 | — | — | 能量供给 | 苄基紫精处理后及突变体中甲萘醌含量下降至非突变体的1/3左右（0.021-0.023 vs 0.059 nmol/mg蛋白） |
| Micrococcus luteus | 类胡萝卜素合成 | — | — | 催化 | 苄基紫精处理下类胡萝卜素含量降至原来的20% |
| Xanthomonas campestris | 黄单胞菌素（溴化多烯酯）合成 | — | — | 催化 | 氧化应激下色素含量增加3-22%，可能替代类胡萝卜素发挥抗氧化保护 |
| 多种细菌 | MEP途径 | — | MEP dehydrotase | 催化 | 推测氧化应激抑制此酶活性导致MEP分流为MEC |
关键发现
- 研究发现Xanthomonas campestris所有受试菌株在苄基紫精（50 μg/ml）诱导的氧化应激下均积累MEC
- Pseudomonas putida和P. maltophilia也积累MEC，而其他假单胞菌及大肠杆菌（除XL-1 Blue外）不积累。Corynebacterium ammoniagenes突变体E-1和E-13在无外源氧化应激诱导剂时积累MEC，且指数期MEC水平最高，E1在稳定期降为零。突变体E13在50 ml/400 ml培养下类胡萝卜素含量比值为4，MEC为0.5
- 野生型与突变体E-13脂质OD450分别为0.74和0.26，表明类胡萝卜素与MEC合成替代。Micrococcus luteus在苄基紫精下类胡萝卜素含量降至原来的20%。Xanthomonas色素含量增加3-22%。甲萘醌含量方面，C. ammoniagenes非突变体为0.059 nmol/mg蛋白，突变体E-1和E-13分别为0.023和0.021 nmol/mg，下降2-3倍。
研究结论
氧化应激下细菌通过积累MEC（源于MEP途径的通路抑制）而减少类异戊二烯（如类胡萝卜素、甲萘醌）合成；Xanthomonas的溴化多烯色素（黄单胞菌素）可能替代类胡萝卜素发挥抗氧化作用。