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Revealing novel protein interaction partners of glyphosate in Escherichia coli.
Environ Int · 2025 · 195:109243 · PMID 39733591 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 미생물
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안전한 사용에 대한 모든 논쟁에도 불구하고, 글리포세이트는 유럽 연합에서 2033년까지 재승인되면서 제초제 제품에서 가장 광범위하게 사용되는 활성 성분으로 남아있다. 비표적 생물체들은 그 살포 방식의 특성상 글리포세이트에 노출되며, 이에 대한 환경적 및 생물학적 영향은 여전히 연구 중이다. 글리포세이트는 포스포에놀피루브산(PEP)과 구조적 유사성을 보여 식물, 곰팡이, 박테리아 및 고세균에서 방향족 아미노산 합성에 중요한 역할을 하는 5-엔올피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS)를 경쟁적으로 저해한다. 장내 세균인 대장균($E.$ $coli$)을 포함한 대부분의 미생물은 글리포세이트에 민감한 Class I EPSPS를 보유하고 있어 글리포세이트의 영향에 취약하다. 그럼에도 불구하고, 글리포세이트가 다른 박테리아 단백질과 상호작용하는 방식이나 프로테옴 수준에서의 광범위한 작용 기전에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 본 연구에서는 정량적 단백체학 및 열 단백체 프로파일링(TPP) 접근법을 이용하여 $E.$ $coli$ 단백체 내 글리포세이트의 새로운 단백질 결합 파트너를 확인하였다. 글리포세이트 노출은 아미노산 합성 경로를 현저하게 변화시켰다. 시키메이트 경로 단백질의 풍부도가 증가하였는데, 이는 보상 메커니즘을 시사한다. 글리포세이트 노출 시 세포 외 리보플라빈 농도는 상승했으나 세포 내 수준은 안정적으로 유지되었다. 표적 효소인 EPSPS를 넘어, 열 단백체 프로파일링은 AroH와 ProA를 포함한 특정 단백질의 열 안정성에 대한 글리포세이트의 영향을 보여 상호작용을 시사하였다. PEP와 글리포세이트 간의 경쟁적 결합과 유사하게, AroH 및 ProA가 제초제와 상호작용하는 한 가지 이유는 그들의 기질과 글리포세이트 사이에 높은 구조적 유사성이 존재하기 때문일 수 있다. 전반적으로, 글리포세이트는 1차 표적을 넘어 $E.$ $coli$에서 대사 장애를 유도하였으며, 이는 미생물 시스템에 대한 글리포세이트의 광범위한 영향에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.
ORIGINAL ABSTRACT
Despite all debates about its safe use, glyphosate remains the most widely applied active ingredient in herbicide products, with renewed approval in the European Union until 2033. Non-target organisms are commonly exposed to glyphosate as a matter of its mode of application, with its broader environmental and biological impacts remaining under investigation. Glyphosate displays structural similarity to phosphoenolpyruvate (PEP), thereby competitively inhibiting the 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), crucial for the synthesis of aromatic amino acids in plants, fungi, bacteria, and archaea. Most microbes, including the gut bacterium Escherichia coli (E. coli), possess a glyphosate-sensitive class I EPSPS, making them vulnerable to glyphosate's effects. Yet, little is known about glyphosate's interactions with other bacterial proteins or its broader modes of action at the proteome level. Here, we employed a quantitative proteomics and thermal proteome profiling (TPP) approach to identify novel protein binding partners of glyphosate in the E. coli proteome. Glyphosate exposure significantly altered amino acid synthesizing pathways. The abundance of shikimate pathway proteins was increased, suggesting a compensatory mechanism. Extracellular riboflavin concentrations were elevated upon glyphosate exposure, while intracellular levels remained stable. Beyond the target enzyme EPSPS, thermal proteome profiling indicated an effect of glyphosate on the thermal stability of certain proteins, including AroH and ProA, indicating interactions. Similar to the competitive binding between PEP and glyphosate at EPSPS, one reason for the interaction of AroH and ProA with the herbicide could be a high structural similarity between their substrates and glyphosate. Overall, glyphosate induced metabolic disturbances in E. coli, extending beyond its primary target, thereby providing new insights into glyphosate's broader impact on microbial systems.
저자Aldehoff, A. S.; Türkowsky, D.; Lohmann, P.; Homsi, M. N.; Rolle-Kampczyk, U.; Ueberham, E.; Lehmann, J.; Bergen, M. V.; Jehmlich, N.; Haange, S. B.
저널Environment international
권·호·쪽195, 109243
PMID39733591
DOI10.1016/j.envint.2024.109243
MeSHGlyphosate; Glycine; Escherichia coli; Herbicides; Escherichia coli Proteins; 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Proteomics; Proteome
APA 7판
Aldehoff, A. S., Türkowsky, D., Lohmann, P., Homsi, M. N., Rolle-Kampczyk, U., Ueberham, E., Lehmann, J., Bergen, M. V., Jehmlich, N., & Haange, S. B. (2025). Revealing novel protein interaction partners of glyphosate in Escherichia coli. Environ Int, 195, 109243. https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.109243
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