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May 30, 2023

混合重金属ストレスは世界的な鉄欠乏反応を引き起こす

The ISME Journal volume 17、pages 382–392 (2023)この記事を引用する 2991 アクセス数 2 引用数 54 Altmetric Metrics の詳細 複数の重金属汚染は、世界的にますます一般的な問題となっています。

ISME Journal volume 17、pages 382–392 (2023)この記事を引用する

2991 アクセス

2 引用

54 オルトメトリック

メトリクスの詳細

多重重金属汚染は、世界的にますます一般的な問題となっています。 重金属は、微生物が媒介する生物地球化学サイクルを混乱させる可能性があります。 しかし、細菌に対する重金属の組み合わせの影響に関するシステムレベルの研究は不足しています。 この研究では、いくつかの重金属と高濃度の硝酸塩で汚染されているオークリッジ保留地（ORR、米国テネシー州オークリッジ）の地下に焦点を当てました。 この場所で優勢な種である天然のセレウス菌分離株を使用し、発見プロテオミクス、標的メタボロミクス、そして標的遺伝子発現プロファイリング。 8 つの金属の組み合わせは、個々の金属に対する表現型応答の合計からは予測できなかった方法で細胞生理機能に影響を与えました。 金属混合物への曝露により、個々の金属への曝露では観察されなかった全体的な鉄欠乏反応が誘発されました。 この鉄の恒常性の破壊により、鉄補因子を含む硝酸レダクターゼと亜硝酸レダクターゼの活性が低下しました。これらのレダクターゼは両方とも、その部位での生物学的硝酸塩の除去に重要です。 私たちは、複数の重金属への同時曝露の組み合わせ効果は、過小評価されているものの、環境中の細胞ストレスの重大な形態であり、地球規模の栄養循環を混乱させ、混合廃棄物サイトでのバイオレメディエーションの取り組みを妨げる可能性があると提案します。 私たちの研究は、微生物系に対する複雑な汚染物質の影響を評価および予測するために、単一金属の研究から複数の金属の研究に移行する必要性を強調しています。

20 世紀初頭、都市化、工業プロセス、農業活動による人為的投入量の増大により、水生環境 [1、2] と陸上環境 [3、4] の両方で重金属汚染レベルが増加しました。 特定の投入源に関係なく、汚染現場で現れる共通のテーマは、複数の重金属が高濃度で同時に存在することです [2、5、6、7、8]。 Zhouらによる最近のメタ分析。 [2] は世界の地表水域の重金属濃度をまとめ、これらの値を WHO および米国 EPA が設定した制限値と比較しました。 1972 年から 2017 年にかけて、地表水の重金属汚染は単一金属から複数金属に移行しました。

重金属汚染は、人間 [9]、動物 [10、11]、植物の健康 [12] に有害であるだけでなく、微生物の活動への影響により元素の自然な循環を混乱させます。 アポンテら。 [13] は、個々の重金属汚染物質が主要な土壌微生物酵素、特に炭素と硫黄の循環に関与する酵素の活性を直線的に減少させることを発見しました。 土壌系では、個々の重金属汚染物質が脱窒経路の複数の段階を阻害し、その結果、亜硝酸塩や温室効果ガスである亜酸化窒素などの有毒中間体の蓄積を引き起こします[14、15、16]。 しかし、環境に関連する重金属の組み合わせが環境微生物に及ぼす影響を調査した研究はほとんどありません。 Deyらによる単一のレポート。 [17]は、多金属ストレスに対する真核微生物アスペルギルス フミガタスのプロテオミクス応答を調査し、この応答におけるタンパク質代謝回転経路と抗酸化タンパク質の役割を示唆しました。 しかし、この研究では、この反応が混合物中の金属の相乗的または相加的な相互作用効果によるものであるかどうかは調べられませんでした。 原核生物系では、この形態のストレスに関する限られた研究はもっぱら金属の二元組み合わせの IC50 値の決定に焦点を当ててきました [18,19,20,21,22,23,24]。 たとえば、Fulladosa et al. [18] は、個々の金属および金属の二元組み合わせの IC50 値を決定することにより、ビブリオ フィッシェリにおける二元金属ペアの相乗的/拮抗的毒性を調査しました。 彼らは、Co-Cu と Zn-Pb のペアと Co-Cd、Cd-Zn、Cd-Pb、および Cu-Pb のペアが V. フィッシャリの成長に与える影響において、それぞれ相乗的および拮抗的であることを発見しました。 [18]。 しかし、これらの相互作用のメカニズムは依然として不明であり、細菌の遺伝子制御と代謝に対する複数の金属曝露の影響はまだ調査されていません。