Zymomonas mobilis dzelzi saturošā alkoholdehidrogenāzes izoenzīma loma oksidatīvajā stresā

Abstract

Darbā tika analizēta ūdeņraža peroksīda rezistence Z. mobilis mutantu celmos ar izmainītu elpošanas ķēdes darbību, izslēgtu ADH II un/vai katalāzi: Zm6-ndh, Zm6-ndh/pNDH, Zm6-adhB, Zm6-adhB-ndh, Zm6-cat, Zm6-adhB-cat, lai gūtu ieskatu par ADH II lomu ūdeņraža peroksīda izraisītajā stresā. Salīdzinot mutantu celmu augšanu pie dažādām H2O2 koncentrācijām konstatēts, ka visaugstāko izturību pret peroksīdu izrāda Zm6-adhB, Zm6-adhB-ndh celmi, kuriem bija ievērojami paaugstināta katalāzes aktivitāte. Katalāzes negatīvajiem celmiem Zm6-cat, Zm6-adhB-cat, kuriem katalāzes nav, bija ļoti zema peroksīda rezistence, bet starp abiem celmiem tā neatšķīrās. Tas liecināja ka katalāzes pieaugums ir izšķirošais faktors, kas nosaka Zm6-adhB un Zm6-adhB-ndh lielo rezistenci. Elpošanas ķēdes mutantiem Zm6-ndh un Zm6-ndh/pNDH savā starpā bija novērojamas izteiktas ūdeņraža peroksīda rezistences atšķirības. Zm6-ndh/pNDH bija izteikti jutīgāks pret peroksīdu. Tajā pašā laikā katalāzes un ADH II aktivitātes abiem celmiem bija līdzīgas, bet atšķirības bija elpošanas ķēdes aktivitātē. Zm6- ndh elpošanas ķēdes aktivitāti nenovēroja, savukārt Zm6-ndh/pNDH elpošanas ķēde bija aktīvāka par izejas celmu Zm6. Tika konstatēts ka pievienojot ūdeņraža peroksīdu milimolārā koncentrāciju diapazonā netiek inducēta katalāzes ekspresija nevienā no Z. mobilis celmiem. Izvērtējot ADH II aktivitātes izmaiņas permeabililzētās šūnās pēc H2O2 pievienošanas atkarībā no vidē iepriekš pievienota NADH vai NAD+. NADH pievienošanas gadījumā ADH II aktivitāte saglabājās ilgāk. Tika izvirzīta hipotēze ka atšķirības peroksīda rezistencē starp Zm6-ndh/pNDH celmiem ir skaidrojamas ar atšķirībām elpošanas ķēdes aktivitātē, jo Zm6-ndh/pNDH celmam elpošanas ķēde vairāk konkurē par NADH un samazina NADH pieejamību ADH II.

Hydrogen peroxide resistance in Z. mobilis mutant strains with altered respiratory chain function, inactivated ADH II and/or catalase was analyzed: Zm6-ndh, Zm6-ndh/pNDH, Zm6- adhB, Zm6-adhB-ndh, Zm6-cat, Zm6 -adhB-cat to gain insight into the role of ADH II in hydrogen peroxide-induced stress. Comparing the growth of mutant strains at different H2O2 concentrations, it was found that the highest resistance to peroxide was shown by Zm6-adhB, Zm6-adhB-ndh strains with significantly increased catalase activity. Catalase-negative strains Zm6-cat, Zm6-adhB-cat, had very low peroxide resistance, but did not differ significantly between themselves. This suggested that the increase in catalase activity was a crucial factor determining the high resistance for peroxide of Zm6-adhB and Zm6-adhB-ndh. Respiratory chain mutants Zm6-ndh and Zm6- ndh/pNDH showed significant differences in hydrogen peroxide resistance. Zm6- ndh/pNDH was markedly more sensitive to peroxide. At the same time, catalase and ADH II activities were similar for both strains, but there were differences in respiratory chain activity. No respiratory chain activity was observed for Zm6-ndh, whereas the Zm6-ndh/pNDH respiratory chain was more active than that of the parent strain Zm6. It was found that the addition of hydrogen peroxide in the millimolar concentration range did not significantly induce catalase activity in any of the Z. mobilis strains. The H2O2 resistance of ADH II activity proved to depend on whether NADH or NAD+ was added to the medium. In the presence of NADH the activity was preserved longer. We hypothesized that the differences in peroxide resistance between Zm6-ndh and Zm6-ndh/pNDH strains were due to different respiratory chain activity, so that the Zm6-ndh/pNDH strain respiratory chain NADH dehydrogenase competed more for NADH and reduced the availability of NADH for ADH II.