Glyphosate metabolism in Tetrahymena thermophila: A shotgun proteomic analysis approach.
Environ Toxicol · 2023 · 38:867-882 · PMID 36602419 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 발암성 > 산화스트레스·기전
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글리포세이트는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 제초제 중 하나이다. 그러나 과도한 사용과 분해 저항성으로 인해 환경 내 글리포세이트 잔류물이 높은 수준으로 보고되고 있다. 따라서 본 연구는 글리포세이트가 테트라히메나 서모필라(Tetrahymena thermophila)의 단백체학적 측면에 미치는 영향을 조사하고, 이를 담수 생태계의 생물지표로 활용하는 것을 목표로 하였다. 먼저, 중앙 억제 농도($\text{IC}_{50}$)를 결정하기 위해 급성 독성 시험을 수행하였다. 독성 시험 결과, 글리포세이트가 T. thermophila의 성장(증식)을 억제하는 것으로 나타났다. 글리포세이트의 96시간 $\text{IC}_{50}$ 값은 $171 \text{ mg L}^{-1}$이었다. 글리포세이트 노출 하에서도 응집 행동 및 세포 형태에 가시적인 변화는 관찰되지 않았다. 추가적으로, 저농도($77.5 \text{ mg L}^{-1}$) 및 고농도($171 \text{ mg L}^{-1}$) 글리포세이트 농도가 T. thermophila의 단백체학적 변화에 미치는 영향을 라벨-프리 샷건 단백체학 접근법을 이용하여 조사하였다. 총 3191개의 단백질이 확인되었으며, 대조군에서는 2791개, $77.5 \text{ mg L}^{-1}$ 글리포세이트 처리군에서는 2651개, 그리고 $171 \text{ mg L}^{-1}$ 글리포세이트 처리군에서는 3012개의 단백질이 발현되었다. 저농도 및 고농도의 글리포세이트 노출 하에서 총 400개의 고유 단백질이 상향 조절되었다. 이들 단백질의 대다수는 산화 스트레스 반응 및 세포 내 수송과 관련된 단백질로 분류되어 내부 대사의 변화를 시사하였다. 단백체학 분석 결과, T. thermophila의 글리포세이트 대사는 변형(phase I), 접합(phase II), 수송(phase III), 분해(phase IV)를 포함하는 여러 효소들이 관여하는 다단계 과정임이 밝혀졌다. 다양한 생화학적 반응의 축적이 전반적인 글리포세이트 내성에 기여한다. 단백체학적 접근을 통해 T. thermophila가 글리포세이트 해독 및 분해 메커니즘을 갖추고 있음을 확인하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is one of the most widely used herbicides in the world. However, because of its overuse and resistance to degradation, high levels of glyphosate residues in the environment are reported. Therefore, this study aimed to investigate the effects of glyphosate on proteomic aspects of Tetrahymena thermophila and their uses as bioindicators of freshwater ecosystem. First, an acute toxicity test was performed to determine the median inhibition concentration (IC50 ). The toxicity test results showed that glyphosate inhibited the growth (proliferation) of T. thermophila. The 96 h-IC50 value of glyphosate was 171 mg L-1 . No visible changes in aggregation behavior and cell morphology were observed under glyphosate exposure. In addition, the effects of low and high dose glyphosate concentrations (77.5 mg L-1 , 171 mg L-1 ) on the proteomic changes of T. thermophila was investigated using a label-free shotgun proteomic approach. A total of 3191 proteins were identified, 2791 proteins were expressed in the control, 2651 proteins were expressed in 77.5 mg L-1 glyphosates, and 3012 proteins were expressed in 171 mg L-1 glyphosates. Under glyphosate exposure at both low and high dose glyphosate, 400 unique proteins were upregulated. The majority of these proteins was classified as proteins associated with oxidative stress response and intracellular transport indicating the shifts in the internal metabolism. Proteomics revealed that the glyphosate metabolism by T. thermophila is a multi-step process involving several enzymes, which can be divided into four phases, including modification (phase I), conjugation (phase II), transport (phase III), and degradation (phase IV). The accumulation of various biochemical reactions contributes to overall glyphosate resistance. With the proteomics approach, we have found that T. thermophila was equipped with glyphosate detoxification and degradation mechanisms.| 저자 | Manan, A.; Roytrakul, S.; Charoenlappanit, S.; Poolpak, T.; Ounjai, P.; Kruatrachue, M.; Yang, K. M.; Pokethitiyook, P. |
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| 저널 | Environmental toxicology |
| 권·호·쪽 | 38(4), 867-882 |
| PMID | 36602419 |
| DOI | 10.1002/tox.23735 |
| MeSH | Tetrahymena thermophila; Proteomics; Ecosystem; Oxidative Stress; Glyphosate |