Cellular Response and Molecular Mechanism of Glyphosate Degradation by Chryseobacterium sp. Y16C.
J Agric Food Chem · 2023 · 71:6650-6661 · PMID 37084257 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 사람
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글리포세이트는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 제초제 중 하나이다. 불행하게도 글리포세이트의 지속적인 사용은 심각한 환경 오염을 초래하였고 인간 건강에 미치는 영향에 대한 대중적 우려를 높이고 있다. 이전 연구에서, Chryseobacterium sp. Y16C가 분리되어 글리포세이트를 완전히 분해할 수 있는 효율적인 분해자로 특성화되었다. 그러나 이 균주의 글리포세이트 생분해 능력의 근간이 되는 생화학적 및 분자적 메커니즘은 여전히 불분명하다. 본 연구에서는 Y16C가 글리포세이트 자극에 대해 세포 수준에서 나타내는 생리학적 반응을 특성화하였다. 그 결과, 글리포세이트 분해 과정에서 Y16C는 막 전위, 활성산소종 수준 및 아<0xED><0x8F><0xBD>토시스에 일련의 생리학적 반응을 유도하는 것으로 나타났다. Y16C의 항산화 시스템은 글리포세이트로 인해 발생하는 산화적 손상을 완화하기 위해 활성화되었다. 나아가, 새로운 유전자인 goW가 글리포세이트에 반응하여 발현되었다. 이 유전자의 산물인 GOW는 글리포세이트 분해를 촉매하는 효소이며, 글리신 산화효소와 유사한 구조적 특징을 가진 것으로 추정된다. GOW는 508개의 아미노산으로 구성되어 있으며 등전점은 5.33이고 분자량은 57.2 kDa로, 이는 글리신 산화효소임을 시사한다. GOW는 30 °C 및 pH 7.0에서 최대 효소 활성을 나타냈다. 또한, 대부분의 금속 이온은 $\text{Cu}^{2+}$를 제외하고는 효소 활성에 미미한 영향을 보였다. 마지막으로, 기질로 글리포세이트를 사용했을 때 GOW의 촉매 효율이 글리신보다 높았으나, 친화도에서는 반대 결과가 관찰되었다. 종합적으로 볼 때, 본 연구는 박테리아에서 글리포세이트 분해 메커니즘을 깊이 이해하고 밝히는 데 새로운 통찰력을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is one of the most widely used herbicides worldwide. Unfortunately, the continuous use of glyphosate has resulted in serious environmental contamination and raised public concern about its impact on human health. In our previous study, Chryseobacterium sp. Y16C was isolated and characterized as an efficient degrader that can completely degrade glyphosate. However, the biochemical and molecular mechanisms underlying its glyphosate biodegradation ability remain unclear. In this study, the physiological response of Y16C to glyphosate stimulation was characterized at the cellular level. The results indicated that, in the process of glyphosate degradation, Y16C induced a series of physiological responses in the membrane potential, reactive oxygen species levels, and apoptosis. The antioxidant system of Y16C was activated to alleviate the oxidative damage caused by glyphosate. Furthermore, a novel gene, goW, was expressed in response to glyphosate. The gene product, GOW, is an enzyme that catalyzes glyphosate degradation, with putative structural similarities to glycine oxidase. GOW encodes 508 amino acids, with an isoelectric point of 5.33 and a molecular weight of 57.2 kDa, which indicates that it is a glycine oxidase. GOW displays maximum enzyme activity at 30 °C and pH 7.0. Additionally, most of the metal ions exhibited little influence on the enzyme activity except for Cu2+. Finally, with glyphosate as the substrate, the catalytic efficiency of GOW was higher than that of glycine, although opposite results were observed for the affinity. Taken together, the current study provides new insights to deeply understand and reveal the mechanisms of glyphosate degradation in bacteria.| 저자 | Zhang, W.; Chen, W. J.; Chen, S. F.; Lei, Q.; Li, J.; Bhatt, P.; Mishra, S.; Chen, S. |
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| 저널 | Journal of agricultural and food chemistry |
| 권·호·쪽 | 71(17), 6650-6661 |
| PMID | 37084257 |
| DOI | 10.1021/acs.jafc.2c07301 |
| MeSH | Humans; Chryseobacterium; Glycine; Bacteria; Herbicides; Glyphosate |