紫色非硫细菌的砷代谢机制

摘要

【目的】系统阐述紫色非硫细菌(PNSB)砷代谢机制和砷代谢基因簇的进化关系。【方法】通过生物信息学方法分析了PNSB砷代谢基因簇的分布、组成、排布方式。采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS方法,研究了3个PNSB种类对砷的抗性、砷形态及价态的转化、砷在细胞中的积累和分布以及磷酸盐对As细胞毒性的影响。【结果】砷基因簇分析表明:已公布全基因组序列的17个PNSB菌株基因组中均含有以ars operon为核心的砷代谢基因簇,由1-4个操纵子组成,主要含有与细胞质砷还原和砷甲基化代谢相关的基因,但基因的组成和排列方式因种和菌株而异,尤其是arsM和两类进化来源不同的arsC。实验结果表明:光照厌氧条件下,3个PNSB种类对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均具有抗性,As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均能进入细胞;在胞内As(Ⅴ)能够还原为As(Ⅲ)并被排出胞外,但不能将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),也未检测到甲基砷化物;磷酸盐浓度升高,能够抑制As(Ⅴ)进入细胞,降低As(Ⅴ)对细胞的毒性,而不能抑制As(Ⅲ)进入细胞。【结论】PNSB砷代谢机制主体为细胞质As(Ⅴ)还原,也还有砷甲基化途径。通过对砷代谢基因簇结构多样性特点和进化方式分析,提出了与Rosen不同的ars operon进化途径。这对深入开展PNSB砷代谢和基因之间的相互作用研究奠定基础。