Specific Response of Bacterial Cells to β-Ionone

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The biological activity and mechanisms of action of the unsaturated ketone β-ionone, a volatile compound of significantinterest for biotechnology, medicine, and agriculture, were studied. Using specific lux biosensors basedon Escherichia coli MG1655, we found that β-ionone causes oxidative stress in E. coli cells by inducing expression from the PkatG and Pdps promoters, but not from the PsoxS promoter. The effects of β-ionone on the heat shock induction (expression from the PibpA and PgrpE promoters) and on DNA damage (expression from the PcolD and PdinI promoters, SOS response) in E. coli cells were significantly weaker. β-Ionone did not cause oxidative stress in the cells of the gram-positive bacterium Bacillus subtilis.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

D. Sidorova

Complex of NBICS Technologies of the NRC “Kurchatov Institute”

Email: plyutaba@gmail.com
Ресей, Moscow, 123182

O. Melkina

Complex of NBICS Technologies of the NRC “Kurchatov Institute”

Email: plyutaba@gmail.com
Ресей, Moscow, 123182

O. Koksharova

Complex of NBICS Technologies of the NRC “Kurchatov Institute”; Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University

Email: plyutaba@gmail.com
Ресей, Moscow, 123182; Moscow, 119991

E. Vagner

Complex of NBICS Technologies of the NRC “Kurchatov Institute”; Department of Biotechnology, Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

Email: plyutaba@gmail.com
Ресей, Moscow, 123182; Moscow 125047

I. Khmel

Complex of NBICS Technologies of the NRC “Kurchatov Institute”

Email: plyutaba@gmail.com
Ресей, Moscow, 123182

V. Plyuta

Complex of NBICS Technologies of the NRC “Kurchatov Institute”

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: plyutaba@gmail.com
Ресей, Moscow, 123182

Әдебиет тізімі

  1. Веселова М.А., Плюта В.А., Хмель И.А. Летучие вещества бактерий: структура, биосинтез, биологическая активность // Микробиология. 2019. Т. 88. С. 272–287.
  2. Veselova M.A., Plyuta V.A., Khmel I.A. Volatile compounds of bacterial origin: structure, biosynthesis, and biological activity // Microbiology (Moscow). 2019. V. 88. P. 261–274.
  3. Плюта В.А., Сидорова Д.Е., Завильгельский Г.Б., Котова В.Ю., Хмель И.А. Влияние летучих органических соединений, синтезируемых бактериями, на экспрессию с промоторов генов zntA, copA и arsR, индуцируемых в ответ на действие меди, цинка и мышьяка // Мол. генетика, микробиол. вирусол. 2020. Т. 3. С. 128‒135.
  4. Plyuta V.A., Sidorova D.E., Zavigelsky G.B., Kotova V. Yu., Khmel I.A. Effects of volatile organic compounds synthesized by bacteria on the expression from promoters of the zntA, copA, and arsR genes induced in response to copper, zinc, and arsenic // Mol. Genet. Microbiol. Virol. 2020. V. 35. P. 152–158.
  5. Ahmad A., Viljoen A.M., Chenia H.Y. The impact of plant volatiles on bacterial quorum sensing // Lett. Appl. Microbiol. 2014. V. 60. P. 8–19.
  6. Ansari M., Emami S. β-Ionone and its analogs as promising anticancer agents // Eur. J. Med. Chem. 2016. V. 123. P. 141–154.
  7. Audrain B., Farag M.A., Ryu C.-M., Ghigo J.-M. Role of bacterial volatile compounds in bacterial biology // FEMS Microbiol. Rev. 2015. V. 39. P. 222–233.
  8. Chernin L., Toklikishvili N., Ovadis M., Kim S., Ben-Ari J., Khmel I., Vainstein A. Quorum sensing quenching by rhizobacterial volatiles // Environ. Microbiol. Rep. 2011. V. 3. P. 698–704.
  9. Chernin L., Toklikishvili N., Ovadis M., Khmel I. Quorum-sensing quenching by volatile organic compounds emitted by rhizosphere bacteria // Molecular Microbiol. Ecology of the Rhizosphere. V. 2. / Ed. Frans J. de Bruijn. John Wiley & Sons. Inc., 2013. P. 791–800.
  10. Czajka J.J., Nathenson J.A., Benites V.T., Baidoo E.E.K., Cheng Q., Wang Y., Tang Y.J. Engineering the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica to produce the aroma compound β-ionone // Microb. Cell Fact. 2018. V 17. P. 1–13.
  11. Effmert U., Kalderas J., Warnke R., Piechulla B. Volatile mediated interactions between bacteria and fungi in the soil // J. Chem. Ecol. 2012. V. 38. P. 665–703.
  12. Fincheira P., Quiroz A. Microbial volatiles as plant growth inducers // Microbiol. Res. 2018. V. 208. P. 63–75.
  13. Helman Y., Chernin L. Silencing the mob: Disrupting quorum sensing as a means to fight plant disease // Mol. Plant Pathol. 2015. V. 16. P. 316–329.
  14. Kai M., Haustein M., Molina F., Petri A., Scholz B., Piechulla B. Bacterial volatiles and their action potential // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009. V. 81. P. 1001–1012.
  15. Koksharova O.A., Popova A.A., Plyuta V.A., Khmel I.A. Four new genes of cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC7942 are responsible for sensitivity to 2-nonanone // Microorganisms. 2020. V. 8. Art. 1234.
  16. Kotova V.Y., Manukhov I.V., Zavilgelskii G.B. Lux-biosensors for detection of SOS-response, heat shock, and oxidative stress // Appl. Biochem. Microbiol. 2010. V. 46. P. 781–788.
  17. Melkina O.E., Khmel I.A., Plyuta V.A., Koksharova O.A., Zavilgelsky G.B. Ketones 2-heptanone, 2-nonanone, and 2-undecanone inhibit DnaK-dependent refolding of heat-inactivated bacterial luciferases in Escherichia coli cells lacking small chaperon IbpB // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 101. P. 5765–5771.
  18. Melkina O.E., Plyuta V.A., Khmel I.A., Zavilgelsky G.B. The mode of action of cyclic monoterpenes (–)-limonene and (+)-α-pinene on bacterial cells // Biomolecules. 2021. V. 11. P. 806.
  19. Paparella A., Shaltiel-Harpaza L., Ibdah M. β-Ionone: its occurrence and biological function and metabolic engineering // Plants (Basel). 2021. V. 10. P. 754.
  20. Plyuta V., Lipasova V., Popova A., Koksharova O., Kuznetsov A., Szegedi E., Chernin L., Khmel I. Influence of volatile organic compounds emitted by Pseudomonas and Serratia strains on Agrobacterium tumefaciens biofilms // APMIS. 2016. V. 124. P. 586–594.
  21. Plyuta V.A., Chernikova A.S., Sidorova D.E., Kupriyanova E.V., Koksharova O.A., Chernin L.S., Khmel I.A. Modulation of Arabidopsis thaliana growth by volatile substances emitted by Pseudomonas and Serratia strains // World J. Microbiol. Biotechnol. 2021. V. 37. P. 82.
  22. Popova A.A., Koksharova O.A., Lipasova V.A., Zaitseva Ju.V., Katkova-Zhukotskaya O.A., Eremina S. Iu., Mironov A.S., Chernin L.S., Khmel I.A. Inhibitory and toxic effects of volatiles emitted by strains of Pseudomonas and Serratia on growth and survival of selected microorganisms, Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster // BioMed Res. Int. 2014. V. 2014. Article ID125704. 11 p.
  23. Schmidt R., Cordovez V., de Boer W., Raaijmakers J., Garbeva P. Volatile affairs in microbial interactions // ISME J. 2015. V. 9. P. 2329–2335.
  24. Shi J., Cao C., Xu J., Zhou C. Research advances on biosynthesis, regulation, and biological activities of apocarotenoid aroma in horticultural plants // J. Chem. 2020. V. 2020. P. 1–11.
  25. Sidorova D.E., Plyuta V.A., Padiy D.A., Kupriyanova E.V., Roshina N.V., Koksharova O.A., Khmel I.A. The effect of volatile organic compounds on different organisms: agrobacteria, plants and insects // Microorganisms. 2022. V. 10. Art. 69.
  26. Sidorova D.E., Skripka M.I., Khmel I.A., Koksharova O.A., Plyuta V.A. Effects of volatile organic compounds on biofilms and swimming motility of Agrobacterium tumefaciens // Microorganisms. 2022. V. 10. Art. 1512.
  27. Sidorova D.E., Khmel I.A., Chernikova A.S., Chupriyanova T.A., Plyuta V.A. Biological activity of volatiles produced by the strains of two Pseudomonas and two Serratia species // Folia Microbiol. 2023. V. 68. P. 617‒626.
  28. Tyc O., Song C.X., Dickschat J.S., Vos M., Garbeva P. The ecological role of volatile and soluble secondary metabolites produced by soil bacteria // Trends Microbiol. 2017. V. 25. P. 280–292.
  29. Voronova E.N., Konyukhov I.V., Koksharova O.A., Popova A.A., Pogosyan S.I., Khmel I.A., Rubin A.B. Inhibition of cyanobacterial photosynthetic activity by natural ketones // J Phycol. 2019. V. 55. P. 840‒857.
  30. Weisskopf L., Schulz S., Garbeva P. Microbial volatile organic compounds in intra-kingdom and inter-kingdom interactions // Nat. Rev. Microbiol. 2021. V. 19. P. 391‒404.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. The chemical structure of the β-ion.

Жүктеу (29KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Induction of bioluminescence of the lux biosensor E. coli MG1655 (pKatG'::lux) under the action of a β-ion. The ordinate axis shows the ratio of the luminescence value to the optical density of the culture of the lux biosensor E. coli MG1655 (pKatG'::lux) after 60 minutes (light columns) and 120 minutes (dark columns) of growth in the control (without the addition of VOCs) and under the action of 10 and 50 mmol β-ion, respectively. Hydrogen peroxide (100 mmol) was used as a positive control. All values represent average values ± standard deviations.

Жүктеу (78KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Induction of bioluminescence of the lux biosensor E. coli MG1655 (pColD'::lux) under the action of a β-ion. The ordinate axis shows the ratio of the luminescence value to the optical density of the culture of the lux biosensor E. coli MG1655 (pColD'::lux) after 60 minutes (light columns) and 120 minutes (dark columns) of growth in the control (without the addition of VOCs) and under the action of 10 and 50 mmol β-ion, respectively. Nalidixic acid (210 mmol) was used as a positive control. All values represent average values ± standard deviations.

Жүктеу (72KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».