Металлическое загрязнение вызывает метаболический стресс у почвенных бактерий

Загрязнение почвы и воды несколькими тяжёлыми металлами — распространённая проблема. Однако большинство исследований влияния металлов на бактерии в таких средах фокусировались только на одном металле за раз. Новое исследование показало, что воздействие на бактерии смеси металлов вызывает изменение их метаболизма, чего не наблюдалось при воздействии одного металла.

Эксперименты позволяют предположить, что наличие нескольких металлов заставило клетки «решить», что они испытывают дефицит железа. Это может изменить поведение бактерий в окружающей среде, поскольку многие бактериальные ферменты требуют железа для работы.

Ключевые выводы исследования

  • Объект: Исследование сосредоточено на подповерхностном слое территории резервации Министерства энергетики в Ок-Ридж (ORR), Теннесси, где наблюдаются повышенные концентрации нескольких металлов и нитратов.

  • Метод: Учёные из Университета Джорджии, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Центра метаболомики Скриппса использовали местный бактериальный изолят, представляющий широко распространённый на этом участке вид. Воздействие смеси из восьми металлов в концентрациях, соответствующих участку, изучалось с помощью мульти-омиксного подхода. Параллельно исследовалось влияние отдельных металлов.

  • Результат:

    • Воздействие смеси металлов нарушало физиологию клеток сильнее, чем суммарный эффект от воздействия отдельных металлов.
    • Многокомпонентное металлическое воздействие нарушало гомеостаз железа, запуская канонический ответ на железное голодание.
    • Это нарушение подавляло активность двух критически важных для удаления нитратов в ORR ферментов, использующих железосодержащие кофакторы: нитрат- и нитритредуктаз.

Эти результаты подчёркивают необходимость перехода от изучения одиночных металлов к исследованиям их смесей для более точной оценки воздействия таких стрессоров на природные микробные системы. Понимание такого поведения важно для прогнозирования круговорота питательных веществ и процессов очистки от загрязнений.

Исследование опубликовано в журнале The ISME Journal.