Badania aktywności dioksygenaz katecholowych w obecności jonów wybranych metali ciężkich w aspekcie bioremediacji środowisk zanieczyszczonych związkami aromatycznymi

• Autorzy: Guzik U. , Wojcieszyńska D. , Greń I. , Hupert-Kocurek K.

Warianty tytułu

EN

Presence of some heavy metal ions: Bioremediation of an environment polluted with aromatic compounds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Szczepy bakterii Stenotrophomonas maltophilia KB2 oraz Pseudomonas putida N6 odznaczają się zwiększoną zdolnością do degradacji związków aromatycznych. W badaniach stwierdzono całkowity rozkład fenolu (3 mmol/dm3) w ciągu pięciu godzin przez oba badane szczepy. U szczepu KB2 po indukcji fenolem wykazano obecność 2,3-dio-ksygenazy katecholowej odpowiedzialnej za meta-rozszczepienie związków aromatycznych, natomiast u szczepu Pseudomonas putida N6 wykazano obecność 1,2-dioksygenazy katecholowej, charakterystycznej dla szlaku orto rozszczepienia pierścienia aromatycznego. W wyniku badań nad wrażliwością tych enzymów na obecność jonów metali wykazano, że jony Zn2+ aktywowały 2,3-dioksygenazę katecholową szczepu KB2. Wszystkie pozostałe jony były inhibitorami tego enzymu. Spośród przebadanych jonów metali najsilniejszym inhibitorem obu wyizolowanych dioksygenaz okazał się jon Cu2+, natomiast w mniejszym stopniu aktywność 1,2-dioksygenazy katecholowej szczepu N6 hamowały Cd2+ i Zn2+. Wzrost aktywności tego enzymu zaobserwowano w obecności Co2+. Pozostałe jony metali nie wpłynęły znacząco na aktywność 1,2-dioksygenazy katecholowej szczepu N6. Stwierdzona w badaniach częściowa aktywność obu badanych dioksygenaz po zastosowaniu soli metali sugeruje możliwość wykorzystania szczepów bakterii Stenotrophomonas maltophilia KB2 oraz Pseudomonas putida N6 do oczyszczania środowisk skażonych związkami aromatycznymi.

EN

The strains of Stenotrophomonas maltophilia KB2 and Pseudomonas putida N6 are characterized by an enhanced capacity for degrading aromatic compounds: within five hours of incubation both the strains were found to provide a complete degradation of phenol (3 mmol/dm3). Upon induction with phenol, catechol 2,3-dioxygenase, an enzyme responsible for the meta-cleavage of aromatic compounds, was detected in the Stenotrophomonas maltophilia KB2 strain, whereas in the Pseudomonas putida N6 strain the presence was revealed of catechol 1,2-dioxygenase, an enzyme characteristic of the pathway for the orthofission of the aromatic ring. Tests on the sensitivity of the enzymes to metal ions have demonstrated that Zn2+ ions activated catechol 2,3-dioxygenase in the KB2 strain. The other metal ions were found to be inhibitors of this enzyme. Among the metal ions tested, the Cu2+ ion was the strongest inhibitor of the two isolated dioxynases. Slightly weaker was the inhibition of catechol 1,2-dioxygenase induced by Cd2+ and Zn2+ ions in the N6 strain. The activity of this enzyme increased in the presence of Co2+ ions. The other ions had no significant influence on the activity of the catechol 1,2-dioxygenase isolated from the N6 strain. The partial activity of both dioxygenases observed upon the application of metal salts suggests that both the strains, Stenotrophomonas maltophilia KB2 and Pseudomonas putida N6, may contribute much to the remediation of an environment polluted with aromatic compounds.

Słowa kluczowe

PL

biodegradacja; bioremediacja; Stenotrophomonas; Pseudomonas; jony metali

EN

biodegradation; bioremediation; Stenotrophomonas maltophilia KB2; Pseudomonas putida N6; metal ions

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 32, nr 1
• Strony: 9--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Guzik U.

autor

Wojcieszyńska D.

autor

Greń I.

autor

Hupert-Kocurek K.

• Uniwersytet Śląski w Katowicach, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Katedra Biochemii, ul. Jagiellońska 28, 40-032 Katowice,

Bibliografia

• 1. B. KOŁWZAN: Usuwanie zanieczyszczeń naftowych z gruntu metodą pryzmowania. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 2, ss. 3–10.
• 2. F.M. DUFFNER, U. KIRCHNER, M.P. BAUER, R. MULLER: Phenol/cresol degradation by the thermophilic Bacillus thermoglucosidasius A7: Cloning and sequence analysis of five genes involved in the pathway. Gene 2000, Vol. 256, pp. 215–221.
• 3. D. EULBERG, L.A. GOLOVLEVA, M. SCHLOMANN: Characterization of catechol catabolic genes from Rhodococcus erythropolis 1CP. Journal of Bacteriology 1997, Vol. 179, pp. 370–381.
• 4. N.M. LEYS, A. RYNGAERT, L. BASTIAENS, P. WATTIAU, E.M. TOP, W. VERSTRAETE, D. SPRINGAEL: Occurrence and community composition of fast-growing Mycobacterium in soils contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons. FEMS Microbiology Ecology 2005, Vol. 51, pp. 375–388.
• 5. G. PANDEY, J. PANDEY, R.K. JAIN: Monitoring Arthrobacter protophormiae RKJ100 in a "tag and chase" method during p-nitrophenol bio-remediation in soil microcosms. Applied Microbiology and Biotechnology 2006, Vol. 70, pp. 757–760.
• 6. B. KOŁWZAN: Ocena przydatności inokulantów do bioremediacji gleby zanieczyszczonej produktami naftowymi. Ochrona Środowiska 2008, vol. 30, nr 4, ss. 3–14.
• 7. A. ALFREIDER, C. VOGT, W. BABEL: Expression of chlorocatechol 1,2-dioxygenase and chlorocatechol 2,3-dioxygenase genes in chlorobenzene contaminated subsurface samples.Applied and Env. Microbiol. 2003, Vol. 69, pp. 1372–1376.
• 8. U. GUZIK, I. GREŃ, D. WOJCIESZYŃSKA, S. ŁABUŻEK: Dioksygenazy – kluczowe enzymy degradacji związków aromatycznych. Biotechnologia 2008, vol. 3, nr 82, ss. 71–88.
• 9. F.H. VAILLANCOURT, J.T. BOLIN, L.D. ELTIS: The ins and outs of ring cleaving dioxygenases. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 2006, Vol. 41, pp. 241–267.
• 10. A.M. ORVILLE, J.D. LIPSCOMB, D.H. OHLENDORF: Crystal structures of substrate and substrate analog complexes of protocatechuate 3,4-dioxygenase: Endogenous Fe3+ ligand displacement in response to substrate binding. Biochemistry 1997, Vol. 36, pp. 10052–10066.
• 11. R. YAMAHARA, S. OGO, H. MASUDA, Y. WATANABE: (Catecholo)iron(III) complexes: Structural and functional models for the catechol-bound iron(III) form of catechol di-oxygenases. Journal of Inorganic Biochemistry 2002, Vol. 88, pp. 284–294.
• 12. N. SATO, Y. URAGAMI, T. NISHIZAKI, Y. TAKAHASHI, G. SAZAKI, K. SUGIMOTO, T. NONAKA, E. MASAI, T. FUDSENDA: Crystal structures of the reaction intermediate and its homologue of an extradiol-cleaving catecholic dioxygenase. Journal of Molecular Biology 2002, Vol. 321, pp. 621–636.
• 13. L.Z. WU, B.L. MA, D.W. ZOU, Z.X. TIE, J. WANG, W. WANG: Influence of metal ions on folding pathway and conformational stability of bovine serum albumin. Journal of Molecular Structure 2008, Vol. 877, pp. 44–49.
• 14. I. MATERA, M. FERRARONI, S. BURGER, A. SCOZZAFAVA, A. STOLZ, F. BRIGANTI: Salicylate 1,2-dioxygenase from Pseudaminobacter salicylatoxidans: Crystal structure of a peculiar ring-cleaving dioxygenase. Journal of Molecular Biology 2008, Vol. 380, pp. 856–868.
• 15. Y. KOJIMA, N. ITADA, O. HAYAISHI: Metapyrocatechase a new catechol cleaving enzyme. Journal of Biological Chemistry 1961, Vol. 236, pp. 2223–2229.
• 16. The Source for Discovery – Protocols and Applications Guide. Promega (USA) 1996.
• 17. G.D. HEGEMAN: Synthesis of enzymes of the mandelate pathways by Pseudomonas putida. Synthesis of enzyme by the wild type. J. of Bacteriology 1966, Vol. 91, pp. 1140–1154.
• 18. E. DORN, H.J. KNACKMUSS: Chemical structure and biodegradability of halogenated aromatic compounds. Two catechol 1,2-dioxygenase from a 3-chlorobenzoate-grown pseudomonad. Biochemical Journal 1977, Vol. 174, pp. 73–84.
• 19. M.M. BRADFORD: A rapid and sensitive method of the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry 1976, Vol. 72, pp. 248–258.
• 20. D. WOJCIESZYŃSKA, I. GREŃ, S. ŁABUŻEK, M. RESPONDEK: Specyficzność substratowa oraz wrażliwość monooksygenazy fenolowej ze szczepu Stenotrophomonas maltophilia KB2 a jej potencjalne zastosowanie w bioremediacji środowiska. Biotechnologia 2007, vol. 2, nr 77, ss. 181–191.
• 21. U. GUZIK, I. GREŃ, S. ŁABUŻEK, I. KULA, K. HUPERT-KOCUREK: Amplification of 2,3-(chloro)catechol dioxygenase’s gene of Stenotrophomonas maltophilia KB2. Acta Biochimica Polonica 2006, Vol. 53, Suppl. 1, p. 184.
• 22. U. GUZIK, I. GREŃ, A. WIECHETEK, D. WOJCIESZYŃSKA, S. ŁABUŻEK: Characterization of (chloro)catechol 1,2-dioxygenase from Pseudomonas putida N6. Acta Biochimica Polonica 2007, Vol. 54, Supl. 1, p. 81.
• 23. U. LENDENMANN, J.S. SPAIN: 2-Aminophenol 1,6-dioxygenase: A novel aromatic ring cleavage enzyme purified from Pseudomonas pseudoalcaligenes JS45. Journal of Bacterio-logy 1996, Vol. 178, pp. 6227–6232.
• 24. Y. NAKANISHI, S. MURAKAMI, R. SHINKE, K. AOKI: Induction, purification, and characterization of catechol 2,3-di-oxygenase from aniline assimilating Pseudomonas sp. FK-8-2. Agricultural and Biol. Chem. 1991, Vol. 55, pp. 1281–1289.
• 25. S.R. KASCHABEK, T. KASBERG, D. MULLER, A.E. MARS, D.B. JANSSEN, W. REINEKE: Degradation of chloroaromatics: Purification and characterization of a novel type of chlorocatechol 2,3-dioxygenase of Pseudomonas putida GJ31. Journal of Bacteriology 1998, Vol. 180, pp. 296–302.
• 26. E. MATSUMURA, S. OOI, S. MURAKAMI, S. TAKENAKA, K. AOKI: Constitutive synthesis, purification, and characterization of catechol 1,2-dioxygenase from the aniline-assimilating bacterium Rhodococcus sp. AN-22. Journal of Bioscience and Bioengineering 2004, Vol. 98, pp. 71–76.
• 27. C.B. MIGUEZ, C.W. GREER, J.M. INGRAM: Purification and properties of chlorocatechol 1,2-dioxygenase from Alcaligenes denitrificans BRI 6011. Canadian Journal of Microbiology 1992, Vol. 39, pp. 1–5.
• 28. M.A. BHAT, A.T. ISHID, K. HORIIKE, C.S. VAIDYANATHAN, M. NOZAKI: Purification of 3,5-dichlorocatechol 1,2-dioxygenase, a non-heme iron dioxygenase and a key enzyme in the biodegradation of a herbicide, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), from Pseudomonas cepacia CSV90. Archives of Biochemistry and Biophysics 1993, Vol. 300, pp. 738–746.