A superoxide-driven pathway in the manganese cycle: Biogenic oxidation of Mn(II) by Pseudomonas sp. QJX-1 under glyphosate exposure.
Ecotoxicol Environ Saf · 2026 · 313:120001 · PMID 41812603 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 환경시료
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생물 유래 망간 산화물(BMOs)은 지하수에서 흔히 발견되며 광범위한 미량 오염물질 제거에 널리 사용된다. 그러나 미량 오염물질이 생물학적 $\text{Mn}(\text{II})$ 산화에 영향을 미치는 영향과 메커니즘은 여전히 불분명하다. 본 연구에서 글리포세이트는 초산균(Pseudomonas sp.) QJX-1을 통해 초과산화 음이온 라디칼($\cdot \text{O}_2^-$) 생성을 유도하여 생물학적 $\text{Mn}(\text{II})$ 산화를 현저하게 증가시키는 것으로 나타났다. 글리포세이트는 QJX-1에서 산화 스트레스를 유발하고 전자전달계(ETC)를 손상시켰으며, 특히 복합체 I, III, IV의 유전자 발현을 방해하였다. 이러한 방해로 인해 손상된 전자전달계로부터 전자가 누출되었고, 이 전자는 분자 산소와 반응하여 $\cdot \text{O}_2^-$를 형성하였다. 이는 글리포세이트 처리 시 $\cdot \text{O}_2^-$ 생성이 글리포세이트가 없을 때보다 69.49% 증가하였으며, $\cdot \text{O}_2^-$ 제거제 첨가가 $\text{Mn}(\text{II})$ 산화를 완전히 억제했다는 사실로 확인되었다. 더욱이, 글리포세이트는 ADP에서 ATP로의 전환 과정으로부터 전자를 $\cdot \text{O}_2^-$ 생성 쪽으로 재지향시켰다. 복합체 I의 기질인 NADH가 전자 공여체 역할을 하여 $\cdot \text{O}_2^-$ 생성을 촉진하였고, NADH 첨가는 $\cdot \text{O}_2^-$ 농도와 $\text{Mn}(\text{II})$ 산화 속도를 모두 유의하게 증가시켰다. 이러한 발견들은 글리포세이트 스트레스 하에서의 생물학적 $\text{Mn}(\text{II})$ 산화의 분자 메커니즘을 포괄적으로 규명하고 환경 내 전 지구적 Mn 순환에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Biogenic manganese oxides (BMOs) are commonly found in groundwater and are widely used to remove a wide range of micropollutants. However, the impacts and mechanisms by which micropollutants affect biological Mn(II) oxidation remain unclear. In this study, glyphosate was found to significantly enhance biogenic Mn(II) oxidation by Pseudomonas sp. QJX-1 through the production of superoxide anion radicals (·O2-). Glyphosate induced oxidative stress and impaired the electron transport chain (ETC) in QJX-1, particularly disrupting gene expression in complexes I, III, and IV. This disruption caused electrons to leak from the impaired electron transport chain, electrons interacted with molecular oxygen to form ·O2-. This was confirmed by the fact that ·O2- production increased by 69.49% with glyphosate compared to without glyphosate, and the addition of ·O2- scavengers completely suppressed Mn(II) oxidation. Moreover, glyphosate redirected electrons from the ADP to ATP conversion process toward ·O2- generation. NADH, the substrate of Complex I, acted as an electron donor driving ·O2- production, the addition of NADH significantly increased both ·O2- concentration and Mn(II) oxidation rate. These findings comprehensively elucidate the molecular mechanism of biogenic Mn(II) oxidation under glyphosate stress and provid valuable insights into the global Mn cycle in the environment.| 저자 | Jin, B.; Yu, J.; Shen, S.; Wang, H. |
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| 저널 | Ecotoxicology and environmental safety |
| 권·호·쪽 | 313, 120001 |
| PMID | 41812603 |
| DOI | 10.1016/j.ecoenv.2026.120001 |
| MeSH | Glycine; Glyphosate; Superoxides; Oxidation-Reduction; Pseudomonas; Manganese; Herbicides; Oxidative Stress; Water Pollutants, Chemical; Manganese Compounds; Oxides |