cis-trans – isomerasen af umættede fedtsyrer i Pseudomonas og Vibrio: biokemi, molekylærbiologi og fysiologisk funktion af en unik stressadaptiv mekanisme

abstrakt

isomerisering af cis til trans umættede fedtsyrer er en mekanisme, der gør det muligt for Gram-negative bakterier, der tilhører slægterne Pseudomonas og Vibrio, at tilpasse sig flere former for miljøbelastning. Omfanget af isomeriseringen korrelerer tilsyneladende med fluiditetseffekterne forårsaget, dvs.ved en stigning i temperatur eller akkumulering af membrantoksiske organiske forbindelser. Transfedtsyrer genereres ved direkte isomerisering af den respektive cis-konfiguration af dobbeltbindingen uden forskydning af dens position. Omdannelsen af cis umættede fedtsyrer til trans er tilsyneladende medvirkende til tilpasningen af membranfluiditet til skiftende kemiske eller fysiske parametre i det cellulære miljø. En sådan adaptiv mekanisme ser ud til at være en alternativ måde at regulere membranfluiditet på, når vækst hæmmes, f.eks. ved høje koncentrationer af giftige stoffer. Cis-trans-isomerase(Cti) – aktiviteten er konstitutivt til stede og er placeret i periplasma, den kræver hverken ATP eller nogen anden cofaktor, såsom NAD (P)H eller glutathion, og den fungerer i fravær af de novo syntese af lipider. Dens uafhængighed fra ATP er i overensstemmelse med reaktionens negative frie energi. CTI koder for et polypeptid med en N-terminal hydrofob signalsekvens, som spaltes under eller kort efter, at den er transporteret over den cytoplasmatiske membran til det periplasmiske rum. Et funktionelt hæmbindingssted for cytokrom C-typen blev identificeret i det forudsagte CTI-polypeptid, og for nylig blev der opnået direkte bevis for, at isomerisering ikke inkluderer en forbigående mætning af dobbeltbindingen.

1 Introduktion — historie

i alle levende celler påvirker stress på grund af strenge ændringer i miljøet membranerne. Som et resultat opstår der forstyrrelse af membranintegriteten, og dermed kompromitteres funktionen som en barriere, som en matrice for en energi transducer . Hvis der ikke træffes modforanstaltninger væksthæmning eller endda celledød kan forekomme. Cellernes største adaptive respons er at holde fluiditeten af deres membraner ved en konstant værdi uanset de faktiske miljøforhold. En sådan stabilisering af membranfluiditet kendt som’ homeoviscous tilpasning ‘ er forårsaget af ændringer i fedtsyresammensætningen af membranlipider, det udgør bakteriens dominerende respons på membranaktive stoffer eller ændrede miljøforhold . Denne grundlæggende mekanisme blev undersøgt og rapporteret i det berømte værk af Ingram i slutningen af 70 ‘ erne af det forrige århundrede . Op til slutningen af 80 ‘ erne blev cis-konfigurationen af dobbeltbindingen dog stadig anset for at være den eneste, der forekommer naturligt i bakterielle fedtsyrer. Forbedringen af analytiske afskæringsteknikker, især ved at indføre kapillærkolonner i gaskromatografi, muliggjorde klar differentiering af beslægtede fedtsyremethylestere, og en ny klasse af fedtsyrer, dvs .transkonfigurerede umættede fedtsyrer, blev fundet i nogle prokaryoter. De første rapporter om trans-isomerer af umættede fedtsyrer var for Vibrio og Pseudomonas for kun 10 år siden. Det kunne derefter påvises, at trans umættede fedtsyrer blev syntetiseret in vivo fra acetat i Pseudomonas atlantica, skønt der på baggrund af kendte biosyntetiske ruter af umættede fedtsyrer ikke var nogen mulig forklaring på, hvordan sådanne fedtsyrer kunne dannes.

kort efter blev det påvist, at omdannelse af cis til trans umættede fedtsyrer udgør en ny adaptiv mekanisme, der gør det muligt for bakterier at ændre deres membranfluiditet i to arter, dvs. i den psykrofile bakterie Vibrio sp. stamme ABE-1 som reaktion på en stigning i temperatur og i Pseudomonas putida P8 som tilpasning til giftige organiske forbindelser, såsom phenoler .

vores mini-gennemgang opsummerer den nuværende viden og fremskridt med hensyn til emnets tilstand og lægger vægt på en ret effektiv og elegant mekanisme, der gør det muligt for bakterier at tilpasse sig miljøændringer, der påvirker membranfluiditeten.

2 fysiologi og funktion af cis–trans-isomerase (Cti) af umættede fedtsyrer

begge i Vibrio sp. stamme ABE-1 og i P. putida P8, en klar stigning i den normalt lave mængde trans umættede fedtsyrer observeres, når celler udsættes for forhøjede temperaturer eller toksiske phenolkoncentrationer. Voksende celler af P. putida reagerer på phenol på en koncentrationsafhængig måde, dvs .stigning i trans og samtidig fald i de respektive cis-umættede fedtsyrer korrelerer med mængden af phenol akkumuleret i membranen. En sådan omdannelse er ikke afhængig af vækst, da den også forekommer i ikke-voksende celler, hvor forholdet mellem mættede og umættede fedtsyrer og den totale mængde umættede fedtsyrer ikke kan ændres på grund af manglen på lipidbiosyntese . Konsekvent finder reaktionen sted i celler, hvor fedtsyrebiosyntese hæmmes af cerulenin . Cis-trans-konvertering har en kinetik og når sit endelige trans til cis-forhold 30 min efter tilsætning af de membrantoksiske stoffer. Da konverteringshastigheden ikke påvirkes af chloramphenicol, blev det konkluderet, at systemet er konstitutivt til stede og ikke kræver de novo-proteinbiosyntese .

oliesyre (C18:1-lus9cis), som normalt ikke syntetiseres af P. putida P8, inkorporeres imidlertid i membranlipider i supplerede kulturer. Efter tilsætningen af en toksisk 4-chlorphenolkoncentration blev oliesyre omdannet til dens trans-isomer, dvs.elaidinsyre (C18:1-lyrit9trans). Et sådant fund viste, at transfedtsyrer syntetiseres ved direkte isomerisering af cis til trans umættede fedtsyrer uden at ændre dobbeltbindingens position . Forøgelsen af de trans umættede fedtsyrer blev ledsaget af faldet i den respektive cis umættede fedtsyre, hvorimod den samlede mængde af begge blev holdt konstant ved enhver koncentration af tilsatte toksiner . Systemet kræver ikke ATP eller nogen anden cofaktor såsom NAD(P)H eller glutathion. Dens uafhængighed af energi, der leverer ATP, er i overensstemmelse med cis ‘ s negative frie energi til transreaktion .

alle disse data førte til, at forslaget om cis–trans-isomerisering var et nyt adaptivt respons i bakterier, der gjorde det muligt for dem at håndtere stigninger i temperatur eller toksiske koncentrationer af membranforstyrrende forbindelser, betingelser, der ellers ville påvirke deres membranfluiditet .

fordelen ved omdannelsen stammer fra steriske forskelle, der vises af cis og trans umættede fedtsyrer. Et højt indhold af mættede fedtsyrer i membraner gør det muligt for acylkæderne af fedtsyrer at danne en optimal hydrofob interaktion mellem hinanden, hvilket til sidst fører til en tæt pakket, stiv membran. Generelt har mættede fedtsyrer en meget højere overgangstemperatur eller smeltepunkt sammenlignet med cis umættede fedtsyrer. Phospholipider, der indeholder 16:0 mættede fedtsyrer, har en overgangstemperatur, som er ca .63 liter C højere end dem, der indeholder 16:1 cis umættede fedtsyrer. Faseovergangstemperaturen på membraner stiger med stigende forhold mellem mættede og umættede fedtsyrer. Dobbeltbindingen af en cis-umættet fedtsyre fremkalder en ubevægelig bøjning med en vinkel på 30 liter i acylkæden. Følgelig forstyrres den stærkt ordnede pakke af acylkæder i membranerne, hvilket igen resulterer i lavere faseovergangstemperaturer for sådanne membraner . Således resulterer umættede fedtsyrer i cis-konfigurationen med bøjede steriske strukturer (dvs.et knæk i acylkæden) i en membran med en relativt høj fluiditet. I markant kontrast mangler den lange udvidede steriske struktur af trans-konfigurationen kink og er i stand til at indsætte i membranen på samme måde som mættede fedtsyrer .

bakterier tilpasser sig en stigning i deres membranfluiditet ved at øge mætningsgraden af deres phospholipidfedtsyrer og i nogle tilfælde skifte fra cis til trans konfigurationen af deres umættede fedtsyrer. . En væsentlig ulempe ved ændringer i graden af mætning som stressrespons stammer fra dens strenge afhængighed af cellevækst og fedtsyrebiosyntese. Følgelig er bakterier, der bruger denne mekanisme, ikke i stand til at udføre postbiosyntetiske modifikationer af deres membranfluiditet. Det er faktisk blevet observeret, at opløsningsmidler kun forårsager et skift i forholdet mellem mættede og umættede fedtsyrer op til koncentrationer, der fuldstændigt hæmmer væksten. I nærvær af højere, dvs .toksiske koncentrationer, kan cellerne ikke reagere og er således ikke i stand til at tilpasse sig sådanne forhold, eller de dør endda. Isomeriseringen af cis til trans umættede fedtsyrer findes indtil nu kun i stammer af slægterne Pseudomonas, herunder de store repræsentanter P. putida og P. aeruginosa og Vibrio repræsenterer en løsning på problemet med vækstafhængighed, da det også virker i ikke-voksende celler. Selvom ændringen fra cis til den trans umættede dobbeltbinding ikke har den samme faldende virkning på membranfluiditet som en omdannelse til mættede fedtsyrer, forårsager den stadig en væsentlig effekt på membranens stivhed .

efter første observationer hovedsageligt baseret på phenolforbindelser blev en række organiske opløsningsmidler testet for deres evne til at aktivere Cti kvalitativt og kvantitativt. Følgelig korrelerer graden af isomerisering tilsyneladende med toksiciteten og koncentrationen af organiske forbindelser i membranen . Den antimikrobielle virkning af et opløsningsmiddel korrelerer med dets hydrofobicitet på en måde udtrykt ved logaritmen af forbindelsens fordelingskoefficient i en blanding af n-octanol og vand (logpou) . Organiske opløsningsmidler med en logpue mellem 1 og 5 er meget giftige for mikroorganismer, fordi de fortrinsvis skilles i membraner, hvor de forårsager en stigning i membranfluiditet, hvilket endelig fører til ikke-specifik permeabilisering . Forholdet mellem logP-værdien af en forbindelse og dens toksicitet er vist i tabel 1, Hvor 11 undersøgte forbindelser er anført i henhold til deres stigende logP-værdier. I Fig. 1 logP-værdierne er afbildet mod målte estimerede koncentrationer, der forårsager 50% væksthæmning (EC 50) og samtidig koncentrationerne af forbindelserne, der forårsager en halv maksimal stigning i trans/cis (TC 50) forholdet mellem bakterier. Der er således en direkte sammenhæng mellem toksiciteten af organiske opløsningsmidler og deres aktiveringsvirkninger på Cti, men dette er helt uafhængigt af forbindelsernes kemiske strukturer.

1

hydrofobicitet, toksicitet og virkning på cis-trans-isomerisering af flere organiske forbindelser

organisk forbindelse logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol -0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6
Organic compound logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol −0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorphenol 3.20 0.4 0.6

EC 50-koncentrationer (50% væksthæmning) målt med P. putida-celler.

koncentrationer, der forårsagede en stigning i trans/cis-forholdet mellem umættede fedtsyrer til 50% af det maksimale trans/cis-niveau, der blev nået ved mættende koncentrationer af toksinet.

1

hydrofobicitet, toksicitet og virkning på cis-trans-isomerisering af flere organiske forbindelser

organisk forbindelse logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol -0.76 1480.0 1700.0
Ethanol -0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6
Organic compound logP EC 50 (mM) TC 50 (mM)
Methanol −0.76 1480.0 1700.0
Ethanol −0.28 345.0 600.0
1-Butanol 0.88 30.1 41.2
Phenol 1.45 8.6 10.1
1-Hexanol 1.87 5.8 6.5
p-Cresol 1.98 3.8 4.5
4-Chlorophenol 2.40 2.4 2.8
3-Nitrotoluene 2.46 1.9 2.6
Toluene 2.48 2.1 2.4
1-Octanol 2.92 1.1 1.3
2,4-Dichlorophenol 3.20 0.4 0.6

EC 50-koncentrationer (50% væksthæmning) målt med P. putida-celler.

koncentrationer, der forårsagede en stigning i trans/cis-forholdet mellem umættede fedtsyrer til 50% af det maksimale trans/cis-niveau, der blev nået ved mættende koncentrationer af toksinet.

1

korrelation mellem hydrofobiciteten, givet som logP-værdien af 11 forskellige organiske forbindelser, væksthæmning og trans/cis-forholdet mellem P. putida-celler. Vækstinhibering (kurs, stiplet linje) præsenteres som EC 50-koncentrationen, og TC 50 (kurs, kontinuerlig linje) angives som de koncentrationer, der forårsagede en stigning i trans/cis-forholdet mellem umættede fedtsyrer til 50% af det maksimale trans/cis-niveau, der blev nået ved mættende koncentrationer af toksinet. For navnene på de anvendte organiske forbindelser se tabel 1.

1

korrelation mellem hydrofobiciteten, givet som logP-værdien af 11 forskellige organiske forbindelser, væksthæmning og trans/cis-forholdet mellem P. putida-celler. Vækstinhibering (kurs, stiplet linje) præsenteres som EC 50-koncentrationen, og TC 50 (kurs, kontinuerlig linje) angives som de koncentrationer, der forårsagede en stigning i trans/cis-forholdet mellem umættede fedtsyrer til 50% af det maksimale trans/cis-niveau, der blev nået ved mættende koncentrationer af toksinet. For navnene på de anvendte organiske forbindelser se tabel 1.

siden 1989, da en P. putida-stamme blev opdaget, som voksede i medier indeholdende en anden fase af den generelt meget giftige toluen, styren eller kylen, flere andre P. putida-stammer er fundet med lignende egenskaber , og mange forskningsgrupper har forsøgt at afdække de mekanismer, der ligger til grund for opløsningsmiddeltolerance. I de fleste af disse bakterier har Cti været involveret i opløsningsmiddeltolerance.

ikke kun organiske opløsningsmidler eller temperaturstigning, men også nogle andre spændingsudløsere blev testet for deres virkning på Cti. Sammenfattende blev alle membran, der påvirker stimuli, såsom organiske opløsningsmidler, osmotisk stress (forårsaget af NaCl og saccharose), tungmetaller, varmechok og membranaktive antibiotika vist at aktivere systemet . Stressbetingelser, såsom osmotisk stress forårsaget af glycerol, koldt chok og høj pH, der vides ikke at være aktivatorer af cellulær K+-optagelse — den første cellulære reaktion på membranskader, der fører til øget permeabilisering — forårsagede ikke aktivering af CTI . Sådanne fund tyder tydeligt på, at cis/trans-forholdet formodentlig er en del af en generel stressresponsmekanisme for mikroorganismer .

3 biokemi og molekylærbiologi af Cti

efter den fysiologiske beskrivelse af den samlede funktion af Cti i bakterier til at tilpasse sig forskellige belastninger blev molekylærbiologiske og biokemiske undersøgelser udført for at karakterisere dette unikke adaptive responssystem.

baseret på test af CTI-aktivitet i cellekamre blev den cytoplasmatiske membran betragtet som placeringen af den cytoplasmatiske membran, hvor også dens substrater, phospholipidfedtsyrerne, er til stede. Overraskende blev Cti imidlertid derefter oprenset fra den periplasmiske fraktion af Pseudomonas oleovorans og Pseudomonas sp. stamme E-3 . Kloning tillod dets isolation som et his-mærket P. putida P8 protein heterologt udtrykt i Escherichia coli. Cti er et neutralt protein på 87 kDa og viste sig at være monocistronisk transkriberet og konstitutivt udtrykt. Nukleotidsekvensen af cti-genet fra P. putida P8, P. putida DOT-T1E og P. oleovorans Gpo12 gjorde endelig klart, at isomerasen besidder en N-terminal hydrofob signalsekvens, som spaltes efter målretning mod det periplasmiske rum.

der er konstrueret en CTI-knockout-mutant af P. putida DOT-T1E, der ikke er i stand til at isomerisere cis-umættede fedtsyrer. Denne mutant har en overlevelsesrate, når den er chokeret med 0.08% (vol/vol) toluen lavere end vildtypestammen, og det viser også en længere forsinkelsesfase end forældrestammen , når den dyrkes med toluen leveret i gasfasen, resultater, der klart implicerer CTI i toluenrespons i denne stamme. Imidlertid er cis-trans-isomeriseringen sandsynligvis ikke den eneste nødvendige tilpasningsmekanisme til organiske opløsningsmidler, fordi der kendes stammer, der kan udføre isomeriseringen og stadig er opløsningsmiddelfølsomme .

Holm et al. C – type protein, da de kunne finde et hæmbindingssted i det forudsagte CTI-polypeptid. Til fremstilling af Pseudomonas sp. stamme E-3, som formodentlig er homolog med cti-genproduktet af P. putida P8, blev det antydet, at jern (sandsynligvis Fe3+) spiller en afgørende rolle i den katalytiske reaktion . Cis-trans-isomerisering viste sig at være uafhængig af cardiolipinsyntasen, hvilket letter langvarig tilpasning af membranen ved forbedret cardiolipinsyntese .

for nylig blev den molekylære mekanisme af isomeriseringsreaktionen belyst. I suppleringseksperimenter med dobbelt deutereret oliesyre blev det påvist, at oliesyre udelukkende blev omdannet til dobbelt deutereret elaidinsyre efter aktivering af CTI. En forbigående mætning af dobbeltbindingen under isomerisering skal udelukkes såvel som en koblet hydrerings–dehydreringsreaktion . Således foreslås en ensymatisk mekanisme: det elektrofile jern (sandsynligvis Fe3+), der tilvejebringes af heme-domænet, der er til stede i CIS-dobbeltbindingen, fjerner en elektron fra cis-dobbeltbindingen og overfører sp2-bindingen til en sp3. Dobbeltbindingen rekonstitueres derefter efter rotation til trans-konfigurationen. En ordning med denne foreslåede mekanisme er vist i Fig. 2. En sådan mekanisme er i overensstemmelse med stedstyrede mutageneseforsøg udført for at ødelægge hemebindende motiv i CTI af P. putida P8 . Disse mutationer resulterer i tab af funktion og giver således bevis for tilstedeværelsen af cytokrom c og hæm i det katalytiske center. CTI-aktivitet adskiller sig fra alle andre kendte hæmholdige stoffer, der virker på fedtsyrer som substrater. Der er dog ikke behov for en cofaktor, fordi der ikke forbruges nogen netelektronkraft.

2

CTI givet til dobbelt deutereret oliesyre som taget til forsøg af von Vægbrunn et al. .

2

CTI givet til dobbelt deutereret oliesyre som taget til forsøg af von Vægbrunn et al. .

en anden indikation for dets unikhed stammer fra lighedssøgninger: Cti viste ingen signifikante ligheder med homologe peptider, når den forudsagte aminosyresekvens blev sammenlignet med andre proteiner. Ikke overraskende, imidlertid, sammenligning af aminosyresekvenser af de syv op til de nuværende kendte CTI-proteiner identificerede dem alle som hæmholdige polypeptider af cytokrom C-typen . C-typen er til stede som et stærkt konserveret motiv og som et funktionelt domæne i alle sammenlignet , i særdeleshed, hæmbindingsstedet i Cyt C-proteiner er placeret mellem hæm-vinylgrupper og de to cysteiner, der findes i det konserverede hæmbindende motiv.

i alle Cti-sekvenser af de seks Pseudomonas-stammer, der hidtil er undersøgt, er en N-terminal signalsekvens til stede, hvilket indikerer den periplasmiske lokalisering af CTI. En sådan lokalisering er allerede blevet bevist for P. oleovorans og P. putida DOT-T1E . Imidlertid er et signalpeptidkarakteristik for Sec-afhængig sekretion ikke til stede i Cti-proteinet af V. cholerae. Flere sekvensjusteringer af de syv kendte CTI-proteiner afslørede, at proteiner fra Pseudomonas-og Vibrio-stammer danner et fylogenetisk træ sammensat af tre hovedgrene, hvilket antyder en fælles forfader til f.eks. Interessant nok udgør det forudsagte polypeptid fra V. cholerae naturligvis ikke en separat gruppe, men stammer snarere fra den forskellige gruppe af proteiner fra P. aeruginosa og P. sp. E-3 . For nylig afslørede justeringsundersøgelser, at gener, der er kendt for cti, også kan være til stede i genomerne af bakterier, der tilhører slægterne Methylococcus og Nitrosomonas. Disse organismer er også kendt for at indeholde trans umættede fedtsyrer . Imidlertid mangler der stadig direkte fysiologisk eller biokemisk bevis for tilstedeværelsen af Cti i disse bakterier.

4 regulering af Cti

et af de store åbne spørgsmål vedrørende CTI af umættede fedtsyrer er, hvordan aktiviteten af dette konstitutivt udtrykte periplasmiske ferment er reguleret. En mulighed ville være en kompleks model, hvor substraterne af cis-umættede fedtsyrer spaltes fra den periplasmiske fase af membranphospholipiderne. Den resulterende frie umættede fedtsyre isomeriseres derefter ved Cti-virkning og fastgøres derefter igen til lysophospholipidet, hvilket resulterer i et phospholipid indeholdende transumættede fedtsyrer . Alligevel er en sådan kompleks model ikke i overensstemmelse med data , der bekræfter Cti-aktivitet i hvilende celler og i fuldstændig fravær af energikilder, da i det mindste genmontering af de modificerede fedtsyrer til membranen ville have brug for energi.

regulering af aktiviteten kan imidlertid ske ved blot at give det aktive centrum af aktiviteten evnen til at nå sit substrat, dobbeltbindingen, som igen afhænger af membranens fluiditetstilstand. Følgelig afspejler den observerede regio-specificitet af isomerasen penetration af det aktive sted til en specifik dybde i membranen . Den hydrofile struktur af Cti og dens periplasmiske placering understøtter formodningen om, at CTI kun kan nå sit mål, dvs. dobbeltbindingerne af umættede fedtsyrer, der er placeret i en bestemt dybde af membranen, når membranen ‘åbnes’ af miljøforhold, der forårsager en opløsning af membranen . Det har tidligere vist sig, at et fald i acylkædeorden kan resultere i øget penetration og translokation af proteiner i membraner . Analogt med visse phospholipaser kan det tænkes, at Cti viser dybere penetration i membranen, når rækkefølgen af acylkæder reduceres, og afstanden mellem phospholipidhovedgrupper øges. Det er også klart tænkeligt , at faldende pakning af membraner ville tillade dobbeltbindinger at nærme sig membranoverflader oftere, hvilket i sidste ende letter interaktion med isomerasen . Da acylkædepakning øges med cis til trans-isomerisering af de umættede fedtsyrer , ville penetrationen af proteinet blive modvirket og samtidig hæmmet cis til trans-isomerisering, hvilket til sidst resulterer i stram regulering af acylkædepakningen uden involvering af indirekte signalmekanismer eller veje. Efter fjernelse af den membranaktive forbindelse forekommer genvinding af det regelmæssigt lave trans-cis-forhold sandsynligvis ved normal de novo-syntese af All-cis-fedtsyrer, da den omvendte (trans til cis) proces ville kræve en energiindgang.

en sådan model til regulering af Cti–aktivitet forklarer også tilstrækkeligt den ofte rapporterede sammenhæng mellem graden af cis-trans-isomerisering og toksiciteten forårsaget af en vis koncentration af en miljømæssig stressfaktor . Som et andet resultat af reaktionen katalyseret af membranen forekommer en reduktion af membranfluiditeten, og da membranen ikke kan nå sit mål, når membranfluiditeten har nået sit normale niveau, tvinges den ud af dobbeltlaget .

5 Afsluttende bemærkninger

selvom cis–trans-isomerisering af umættede fedtsyrer ikke er blevet fuldstændigt forstået, blev det tydeligt, at det er en del af et generelt stressresponssystem i Pseudomonas-og Vibrio-celler. En anden indikation for Cti ‘ s generelle funktion er også dens ofte beskrevne afhængighed af induktion/aktivering af andre stressresponsmekanismer .

det udgør åbenbart en presserende adaptiv mekanisme, der muliggør hurtige modifikationer af membraner for at klare den nye miljøbelastning. En sådan hurtig reaktion, der virker i form af minutter, giver tid til andre mekanismer afhængigt af cellevækst for at lette deres rolle i det adaptive respons, da den øjeblikkelige reaktion garanterer overlevelse under forskellige stressbetingelser. Med hensyn til opløsningsmiddeltolerance arbejder en slags kaskade af hurtige (presserende), midtvejs-og langsigtede mekanismer åbenbart sammen for at nå en fuld tilpasning til miljøbelastning. Cti repræsenterer utvivlsomt et af de største presserende systemer, der hjælper cellerne med at modstå det første toluenchok, hvilket til sidst tillader aktivering og induktion af yderligere adaptive mekanismer, som endelig fremkalder den komplette tilpasning .

på grund af dens lette funktion og effektivitet, og fordi den fungerer uden komplekse regler, er det forbløffende, at en sådan cis til trans-isomeriseringsmekanisme ikke er allestedsnærværende til stede i gramnegative bakterier. En mulig forklaring kan komme fra den udbredte forekomst af de to slægter Pseudomonas og Vibrio. Blandt ikke-specialiserede bakterier, medlemmer af slægten Pseudomonas er kendt for at være meget tilpasningsdygtige mikroorganismer, efter at have erobret alle nicher i et stort antal økosystemer, der omfatter jord, menneskelig hud, og havvand. Medlemmer af slægten Vibrio erobrede ligeledes en bred vifte af økosystemer, herunder jord og dybhav. For at kunne kolonisere alle disse nicher skal de være ekstremt fleksible og tilpasses til ændrede miljøforhold. Cti giver cellerne en effektiv mekanisme til at opnå en sådan tilpasningsevne. Dette er ikke nødvendigt i andre gramnegative bakterier, såsom E. coli, som er specialiserede med hensyn til liv i mave-tarmkanalen hos pattedyr, hvor de kan leve lykkeligt uden en så presserende membrantilpasningsmekanisme.

membranlipider tilbyder et lovende værktøj som biomarkører til analyse af mikrobielle befolkningsændringer. Faktisk, Guckert et al. har foreslået at bruge et trans / cis-forhold større end 0,1 (normalt indeks rapporteret for de fleste miljøprøver) som et indeks for sult eller stress. Da måling af fedtsyreprofiler er blevet en rutinemæssig metode i mange laboratorier, lyder det som en lovende tilgang til vurdering af toksiske virkninger. Bestemmelsen af trans/cis-indekset kan således være en værdifuld mulighed for at undersøge toksicitetsstatus for naturlige prøver, især når vækstafhængige tests ikke kan udføres, f.eks. i naturlige levesteder. Det vigtigste anvendelsesområde for en sådan indikator synes at være måling af toksicitet og miljøbelastning under bioremedieringsprocesser in situ, hvor fedtsyreprofiler har betydning som markør for økologiske undersøgelser af jordmikrofloraen. For eksempel kan niveauet af trans umættede fedtsyrer under bioremediering af forurenede steder anvendes som markør for generel stress og stressreduktion for at overvåge bionedbrydningsprocessen . Anvendelsen af cis–trans-isomeriseringen som et vurderingsværktøj for den generelle toksicitet af organiske forbindelser er allerede beskrevet for aromatiske carbonylforbindelser . Yderligere undersøgelser, der sigter mod og forbedrer brugen af isomerisering af cis til trans umættede fedtsyrer som indikator for stress, er afgørende og kan i sidste ende resultere i en anvendelig teknik til miljøovervågning.

Viber
F. J.

De Bont
J. A. M.

(

1996

)

tilpasningsmekanismer af mikroorganismer til de toksiske virkninger af organiske opløsningsmidler på membraner

.

Biochim. Biofys. Acta
1286

,

225

245

.

Sinensky
M.

(

1974

)

Homeoviscous tilpasning-en homeostatisk proces, der regulerer viskositeten af membranlipider i Escherichia coli

.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA
71

,

522

525

.

Suutari
M.

Laakso
S.

(

1994

)

mikrobielle fedtsyrer og termisk tilpasning

.

Krit. Rev. Mikrobiol.
20

,

285

328

.

Ingram
L. O.

(

1977

)

ændringer i lipidsammensætningen af Escherichia coli som følge af vækst med organiske opløsningsmidler og med fødevaretilsætningsstoffer

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
33

,

1233

1236

.

Keveloh
H.

Heipieper
H. J.

(

1996

)

Trans umættede fedtsyrer i bakterier

.

lipider
31

,

129

137

.

Guckert
J. B.

hætte
M. A.

hvid
D. C.

(

1986

)

Phospholipidesterbundet fedtsyreprofil ændres under næringsstofberøvelse af Vibrio cholerae: stigninger i trans/cis-forholdet og andelene af cyclopropylfedtsyrer

.

Appl. Environ. Microbiol.
52

,

794

801

.

Guckert
J.B.

Ringelberg
D.B.

White
D.C.

(

1987

)

Biosynthesis of trans fatty acids from acetate in the bacterium Pseudomonas atlantica

.

Can. J. Microbiol.
33

,

748

754

.

Okuyama
H.

Sasaki
S.

Higashi
S.

Murata
N.

(

1990

)

den trans-umættede fedtsyre i en psykrofil bakterie, Vibrio sp. stamme ABE-1

.

J. Bacteriol.
172

,

3515

3518

.

Okuyama
H.

Okajima
N.

Sasaki
S.

Higashi
S.

Murata
N.

(

1991

)

cis / trans-isomerisering af dobbeltbindingen af en fedtsyre som en strategi for tilpasning til ændringer i omgivelsestemperatur i den psykrofile bakterie, Vibrio sp. stamme ABE-1

.

Biochim. Biofys. Acta
1084

,

13

20

.

Heipieper
H. J.

Diefenbach
R.

Keveloh
H.

(

1992

)

omdannelse af cis umættede fedtsyrer til trans, en mulig mekanisme til beskyttelse af phenolnedbrydende Pseudomonas putida P8 fra substrattoksicitet

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
58

,

1847

1852

.

Diefenbach
R.

Heipieper
H. J.

Keveloh
H.

(

1992

)

omdannelsen af cis-til trans-umættede fedtsyrer i Pseudomonas putida P8: bevis for en rolle i reguleringen af membranfluiditet

.

Appl. Mikrobiol. Biotechnol.
38

,

382

387

.

Hamamoto
T.

Takata
N.

Kudo
T.

Horikoshi
K.

(

1994

)

effekt af temperatur og vækstfase på fedtsyresammensætning af den psykrofile Vibrio sp. stamme nr. 5710

.

FEMS Microbiol. LETT.
119

,

77

81

.

Morita
N.

Shibahara
A.

Yamamoto
K.

Shinkai
K.

Kajimoto
G.

Okuyama
H.

(

1993

)

bevis for cis-trans-isomerisering af en dobbeltbinding i fedtsyrerne i den psykrofile bakterie Vibrio sp. stamme ABE-1

.

J. Bacteriol.
175

,

916

918

.

Heipieper
H. J.

De Bont
J. A. M.

(

1994

)

tilpasning af Pseudomonas putida S12 til ethanol og toluen på niveauet af fedtsyresammensætning af membraner

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
60

,

4440

4444

.

Diefenbach
R.

Keveloh
H.

(

1994

)

syntese af trans umættede fedtsyrer i Pseudomonas putida P8 ved direkte isomerisering af dobbeltbindingen af lipider

.

bue. Mikrobiol.
162

,

120

125

.

Heipieper
H. J.

Loffeld
B.

Keveloh
H.

De Bont
J. A. M.

(

1995

)

cis / trans-isomerisering af umættede fedtsyrer i Pseudomonas putida S12: en indikator for miljøbelastning på grund af organiske forbindelser

.

Kemosfære
30

,

1041

1051

.

Viber
F. J.

Isken
S.

De Bont
J. A.

(

1994

)

Cis / trans-isomerisering af fedtsyrer som forsvarsmekanisme for Pseudomonas putida-stammer til toksiske koncentrationer af toluen

.

Mikrobiologi
140

,

2013

2017

.

Pinkart
H. C.

Ulvram
J. V.

Rogers
R.

hvid
D. C.

(

1996

)

cellehylsterændringer i opløsningsmiddeltolerante og opløsningsmiddelfølsomme Pseudomonas putida-stammer efter eksponering for o-kylen

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
62

,

1129

1132

.

Seelig
J.

– Krisarcevic
N.

(

1978

)

Molekylær orden i cis og trans umættede phospholipid dobbeltlag

.

biokemi
17

,

3310

3315

.

MacDonald
P. M.

Sykes
B. D.

McElhaney
R. N.

(

1985

)

Flourin – 19 kernemagnetisk resonansundersøgelser af lipidfedtacylkæderækkefølge og dynamik i acholeplasma laidlavii B membraner, en direkte sammenligning af virkningerne af cis og trans cyclopropanring og dobbeltbindingssubstituenter på orienteringsrækkefølge

.

biokemi
24

,

4651

4659

.

Killian
J. A.

Fabrie
C. H. J. P.

Baart
V.

Morein
S.

de Kruijff
B.

(

1992

)

virkninger af temperaturvariation og tilsætning af phenethylalkohol på acylkædeorden og lipidorganisation i Escherichia coli afledte membransystemer. Et 2h-og 31P-NMR-studie

.

Biochim. Biofys. Acta
1105

,

253

262

.

Kabelit
N.

Santos
P. M.

Heipieper
H. J.

(

2003

)

virkning af alifatiske alkoholer på vækst og grad af mætning af membranlipider i Acinetobacter calcoaceticus

.

FEMS Microbiol. LETT.
220

,

223

227

.

von Murbrunn
A.

richnu
H. H.

Neumann
G.

Meinhardt
F.

Heipieper
H. J.

(

2003

)

mekanisme for cis-trans-isomerisering af umættede fedtsyrer i Pseudomonas putida

.

J. Bacteriol.
185

,

1730

1733

.

Heipieper
H. J.

Viber
F. J.

Sikkema
J.

Keveloh
H.

De Bont
J. A. M.

(

1994

)

mekanismer bag resistens af hele celler til giftige organiske opløsningsmidler

.

Tendenser Biotechnol.
12

,

409

415

.

Isken
S.

De Bont
J. A. M.

(

1998

)

bakterier tolerante over for organiske opløsningsmidler

.

Extremophiles
2

,

229

238

.

Sikkema
J.

de Bont
J.A.

Poolman
B.

(

1995

)

Mechanisms of membrane toxicity of hydrocarbons

.

Microbiol. Rev.
59

,

201

222

.

Segura
A.

Duque
E.

Messe
G.

Ramos
J. L.

Junker
F.

(

1999

)

flere reaktioner af Gram-negative bakterier på organiske opløsningsmidler

.

Environ. Mikrobiol.
1

,

191

198

.

Inoue
A.

Horikoshi
K.

(

1989

)

en Pseudomonas trives i høje koncentrationer af toluen

.

Natur
338

,

264

266

.

Viber
F. J.

Ooijkaas
L. P.

ordningen
R. M.

Hartmans
S.

De Bont
J. A.

(

1993

)

tilpasning af Pseudomonas putida S12 til høje koncentrationer af styren og andre organiske opløsningsmidler

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
59

,

3502

3504

.

Heipieper
H. J.

Meulenbeld
G.

VanOirschot
K.

De Bont
J. A. M.

(

1996

)

effekt af miljøfaktorer på trans/cis-forholdet mellem umættede fedtsyrer i Pseudomonas putida S12

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
62

,

2773

2777

.

Neumann
G.

Kabelit
N.

Heipieper
H. J.

(

2003

)

reguleringen af cis-trans-isomerase (cti) af umættede fedtsyrer i Pseudomonas putida: korrelation mellem cti-aktivitet og K+ – optagelsessystemer

.

Eur. J. Lipid Sci. Technol.
105

,

585

589

.

Isken
S.

Santos
P.

De Bont
J. A. M.

(

1997

)

Effect of solvent adaptation on the antibiotic resistance in Pseudomonas putida S12

.

Appl. Microbiol. Biotechnol.
48

,

642

647

.

Ramos
J.L.

Duque
E.

Gallegos
M.T.

Godoy
P.

Ramos-Gonzalez
M.I.

Rojas
A.

Teran
V.

Segura
A.

(

2002

)

mekanismer for opløsningsmiddeltolerance i gram-negative bakterier

.

Annu. Rev. Microbiol.
56

,

743

768

.

Ramos
J. L.

Gallegos
M. T.

Markeringer
S.

Ramos-Gontal
M. I.

Espinosa-Urgel
M.

Segura
A.

(

2001

)

reaktioner af Gram-negative bakterier til visse miljømæssige stressfaktorer

.

Curr. Opin. Mikrobiol.
4

,

166

171

.

Okuyama
H.

Enari
D.

Shibahara
A.

Yamamoto
K.

Morita
N.

(

1996

)

identifikation af aktiviteter, der katalyserer cis-trans-isomeriseringen af dobbeltbindingen af en monoumættet fedtsyre i Pseudomonas sp-stamme E-3

.

bue. Mikrobiol.
165

,

415

417

.

Pedrotta
V.

Medolt
B.

(

1999

)

isolering og karakterisering af cis-trans-umættet fedtsyreisomerase af Pseudomonas oleovorans GPo12

.

J. Bacteriol.
181

,

3256

3261

.

Okuyama
H.

Ueno
A.

Enari
D.

Morita
N.

Kusano
T.

(

1998

)

Purification and characterization of 9-hexadecenoic acid cis-trans isomerase from Pseudomonas sp strain E-3

.

Arch. Microbiol.
169

,

29

35

.

Jørgensen
R.

Meinhardt
F.

Keveloh
H.

(

1997

)

Cis-trans-isomerisering af umættede fedtsyrer: kloning og sekventering af CTI-genet fra Pseudomonas putida P8

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
63

,

4292

4297

.

Junker
F.

Ramos
J. L.

(

1999

)

inddragelse af cis/trans-isomerase Cti i opløsningsmiddelresistens af Pseudomonas putida DOT-T1E

.

J. Bacteriol.
181

,

5693

5700

.

Ramos
J. L.

Hertug
E.

Rodriguesjerva
J. J.

Godoy
P.

Haidour
A.

Reyes
F.

Fernandesbarrero
A.

(

1997

)

mekanismer til opløsningsmiddeltolerance i bakterier

.

J. Biol. Chem.
272

,

3887

3890

.

Jørgensen
R.

Keveloh
H.

Meinhardt
F.

(

1999

)

cis / trans-isomerase af umættede fedtsyrer af Pseudomonas putida P8: bevis for et hemeprotein af cytochrom C-typen

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
65

,

2644

2649

.

von Murbrunn
A.

Heipieper
H. J.

Meinhardt
F.

(

2002

)

Cis/trans-isomerisering af umættede fedtsyrer i en cardiolipinsyntase-knock-out-mutant af Pseudomonas putida P8

.

Appl. Mikrobiol. Biotechnol.
60

,

179

185

.

Cronan
J.E.

(

2002

)

Phospholipid modifications in bacteria

.

Curr. Opin. Microbiol.
5

,

202

205

.

Chen
Q.

Janssen
D.B.

Witholt
B.

(

1995

)

vækst på oktan ændrer Membranlipidfedtsyrerne i Pseudomonas oleovorans på grund af induktion af alkB og syntese af octanol

.

J. Bacteriol.
177

,

6894

6901

.

Heipieper
H. J.

de Vaard
P.

van Der Meer
P.

Killian
J. A.

Isken
S.

De Bont
J. A. M.

Eggink
G.

de ulv
F. A.

(

2001

)

Regiospecifik virkning af 1-octanol på cis-trans-isomerisering af umættede fedtsyrer i den opløsningsmiddeltolerante stamme Pseudomonas putida S12

.

Appl. Mikrobiol. Biotechnol.
57

,

541

547

.

Frostegard
A.

Tunlid
A.

Baath
E.

(

1996

)

ændringer i mikrobiel samfundsstruktur under langvarig inkubation i to jordarter eksperimentelt forurenet med metaller

.

Jord Biol. Biochem.
28

,

55

63

.

MacNaughton
S. J.

Stephen
J. R.

Venosa
e. kr.

Davis
G. A.

Chang
Y. J.

hvid
D. C.

(

1999

)

mikrobielle populationsændringer under bioremediering af et eksperimentelt olieudslip

.

Appl. Environ. Mikrobiol.
65

,

3566

3574

.

Hage
A.

Schoemaker
H. E.

Vever
R.

Sennaro
E.

Heipieper
H. J.

(

2001

)

bestemmelse af toksiciteten af flere aromatiske carbonylforbindelser og deres reducerede derivater på Phanerochaete chrysosporium under anvendelse af et Pseudomonas putida testsystem

.

Biotechnol. Bioeng.
73

,

69

73

.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.