Interaction of Heavy Metals with Envelopes of Sensitive and Resistant Gram-negative Bacteria

• Autorzy: Dervinyte M. , Bakiene E. , Beganskiene A. , Rubikas J. , Daugelavicius R.

Warianty tytułu

PL

Oddziaływanie metali ciężkich na błony wrażliwych oraz opornych bakterii gram-ujemnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Interaction ofNi2+ and Cd2+with the envelopes of E. coli and S. typhimurium cells, which exhibit different sensitivity to heavy metals, was examined. The cation binding capacity of S. typhimurium cells depended on the concentration of metal ions and correlated with the length of polysaccharide chains in bacteria lipopolysaccharide. Heating-killed cells of E. coli bound more Ni2+ than intact, actively metabolizing ones. The acidification of bacteria surface did not diminish the affinity of cell envelopes to Cd2+. In the course of transient treatment, a 20 mM solution of Ni2+ exhibited bactericidal effect only on the sensitive E. coli JMIOI cells taken from the exponential growth phase and suspended in Tris/HCI medium. Both Ni2+ and Cd2+ diminished the voltage of cell plasma membrane (PM), but Cd2+ induced stronger depolarisation than Ni2+ did. At concentrations above 1 mM, Cd2+ inhibited the cell respiration and was bactericidal to all strains tested. At the concentration of 5 mM, Ni2+ increased the PM permeability, while at concentrations higher than 20 mM it noticeably inhibited the respiration of E. coli JMIOI, S. typhimurium 0588 and SLlI02 cells. The depolarising activity of Ni2+ did not correlate with its bactericidal action - the Ni2+ resistant E. coli V38 strain survived a temporary treatment with Ni2+ in spite of changes in the PM permeability.

PL

Badano oddziaływanie Ni2+ i Cd2+ na błony komórek E. coli i S. typhimurium, wykazujących odmienną wrażliwość na metale ciężkie. Zdolność wiązania kationów w komórkach S. typhimunum zależała od koncentracji jonów i korelowała z długością łańcucha polisacharydowcgo bakteryjnego lipopolisacharydu. Komórki E. coli, termicznie uśmiercone wiązały więcej Ni2+ niż zwykłe komórki metabolicznie aktywne. Acydyfikacja powierzchni bakterii nie zmniejszała ich powinowactwa błony bakteryjnej do Cd2+. W wypadku krótkotrwałej obróbki 20 mM roztwór Ni2+ wykazywał działanie bakteriobójcze tylko w względem wrażliwych E. coli JMlOl w fazie ich wzrostu eksponencjalnego, gdy były one zanurzone w roztworze Tris/HCI. Zarówno Ni2+, jak i Cd2+ zmniejszały napięcie na membranie plazmatycznej (MP), jednak jony Cd2+ bardziej ją depolaryzowały niż jony Ni2+. przy koncentracjach większych niż l mM, Cd2+ hamowały oddychanie komórki i działały bakteriobójczo na wszystkie badane szczepy. Koncentracja 5 mM Ne+ powiększała przenikalność MP, natomiast koncentracja powyżej 20 mM zauważalnie hamowała oddychanie E. coli JMIOl, S. typhimunum DS88 oraz SL1102. Aktywność depolaryzacyjna, wykazywana przez Ni2+ nie korelowała z ich działaniem bakteriobójczym. Oporne na działanie Ni2+ szczepy E. coli V38 nie ginęły pod wpływem krótkotrwałej obróbki za pomocą roztworu Ni2+, chociaż przy tym zachodziły zmiany przenikalności PM.

Słowa kluczowe

EN

nickel; cadmium; bactericides; bacterial energetics

PL

bakterie; nikiel; kadm; działanie bakteriobójcze; przemiany energetyczne w bakteriach

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Chemia i Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 9, nr 8
• Strony: 869--884
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys.

Twórcy

autor

Dervinyte M.

• Department of General and Inorganic Chemistry, Vilnius University, Lithuania

autor

Bakiene E.

• Department of Biochemistry and Biophysics, Vilnius University, Lithuania

autor

Beganskiene A.

• Department of General and Inorganic Chemistry, Vilnius University, Lithuania

autor

Rubikas J.

• Institute of Biochemistry, Vilnius, Lithuania

autor

Daugelavicius R.

• Department of Biochemistry and Biophysics, Vilnius University, Lithuania

Bibliografia

• [1] Beveridge T.J., Hughes M.N., Lee H., Leung K.T., Poole R.K., Savvaidis I., Silver S. and Trevors J.T.: Adv. Microb. Physiol., 1997, 38, 177-229.
• [2] Passow H. and Rothstein A.J.: Gen. Physiol., 1960, 43, 621-633.
• [3] Rubikas J., Matulis D., Leipus A. and Urbaitiene D.: FEMS Microbiol. Lett., 1997, 155, 193-198.
• [4] Daugelavičius R., Bamford J.K.H. and Bamford D.H.: J. Bacteriol., 1997, 179, 5203-5210.
• [5] Nies D.H. and Silver S.: J. Bacteriol., 1989, 171, 896-900.
• [6] Rouch D.A., Lee B.T.O. and Morby A.P.G.: J. lndustr. Microbiol., 1995, 14, 132-141.
• [7] Diels L., Qinghan D., van der Lelie D., Baegens W. and Mergeay M.: J. lndustr. Microbiol., 1995, 14, 142-153.
• [8] Nies D.H. and Silver S.: J. lndustr. Microbiol., 1995, 14, 186-199.
• [9] Taghavi S., Mergeay M., Nies D. and van der Lelie D.: Res. Microbiol., 1997, 148, 536-551.
• [10] Silver S. and Phuog L.T.: Ann. Rev. Microbiol., 1996, 50, 753-789.
• [11] Vaara M.: Microbiol. Rew., 1992, 56. 395-411.
• [12] Snyder S., Kim D., and McIntosh T.J.: Biochemistry, 1999, 38, 10758-10767.
• [13] Ferris F.G. and Beveridge T.J.: Can. J. Microbiol., 1986, 32, 594-601.
• [14] Leive L.: Ann. NY Acad. Sci., 1974, 235, 109-129.
• [15] Cramer W.A. and Knaff D.B.: Energy Transductions in Biological Membranes. Springer-Verlag, New York 1991.
• [16] Kemper M.A., Urrutia M.M., Beveridge T.J., Koch A.L. and Doyle R.J.: J. Bacteriol., 1993, 175, 5690-5696.
• [17] Arnold W.M., Geier B.M., Wendt B. and Zimmerman U.: Biochim. Biophys. Acta., 1986, 889, 35-48.
• [18] Coughlin R.T., Tonsager S. and McGroarty E.J.: Biochemistry, 1983, 22, 2002-2007.
• [19] McLaughlin S.: Curr. Top. Membr. Transp., 1977, 9, 71-76.
• [20] Itoh S. and Nishimura M.: Methods Enzymol., 1986, 125, 58-65.
• [21] Israelachvili J.N.: Intermolecular and Surface Forces, Academic Press, London 1992, p. 231.
• [22] James A.M.: Adv. Colloid Interface Sci., 1982, 15, 171-221.
• [23] Cobet A.B., Jones G.G., Albright J., Simon H. and Wirsen C.: J. Gen. Microbiol., 1971, 66, 185-196.
• [24] Brown D.H. and Beckett R.P.: Lichenol., 1984, 16, 173-188.
• [25] Mohan P.M. and Sastry K.S.: J. Biosci., 1984, 6, 283-288.
• [26] Ulberg Z.: Res. Microbiol., 1997, 148, 524-525.
• [27] Kashket E.R.: Ann. Rev. Microbiol., 1985, 39, 219-242.
• [28] Rottenberg H.: Methods Enzymol., 1989, 172, 63-84.
• [29] Nikaido H. and Vaara M.: Microbiol. Rev., 1985, 49, 1-32.
• [30] Frausto da Silva J.J.R. and Williams R.J.P.: The Biological Chemistry of the Elements. Oxford University Press, Oxford 1993.
• [31] Mullen M.D., Wolf D.C., Ferris F.G., Beveridge T.J., Flemming C.A. and Bailey G.W.: Appl. Environ. Microbiol., 1989, 55, 3143-3149.