Singlet oxygen ($^1O_2$) is highly reactive form of molecular oxygen that may harm living systems by oxidizing critical cellular macromolecules. The oxyR gene product regulates the expression of the enzymes and proteins that are needed for cellular protection against oxidative stress. In this study, the role of oxyR in cellular defense against a singlet oxygen was investigated using Escherichia coli oxyR mutant strains. Upon exposure to methylene blue and visible light, which generates singlet oxygen, the oxyR overexpression mutant was much more resistant to singlet oxygen-mediated cellular damage when compared to the oxyR deletion mutant in regard to growth kinetics, viability and protein oxidation. Induction and inactivation of major antioxidant enzymes, such as superoxide desmutase and catalase, were observed after their exposure to a singlet oxygen generating system in both oxyR strains. However, the oxyR overexpression mutant maintained significantly higher activities of anticxidant enzymes than did the oxyR deletion mutant. These results suggest that the oxyR regulon plays an important protective role in singlet oxygen-mediated cellular damage, presumably through the protection of antioxidant enzymes.
Effect of partial oxygen pressure on the cell growth and the activities of oxidative defense enzymes were measured in the continuous culture of Streptomyces coelicolor. Both the wild type and the mutant strain resistant to hydrogen peroxide were cultured and the dry cell weight of the two cultures were measured at different oxygen tensions. Growth of the wild type was inhibited by oxygen at above 0.5 vvm. Growth of the hydrogen peroxide resistant mutant was stimulated by pure oxygen at 0.5 vvm but was inhibited by oxygen at 1.0 vvm. Therefore, growth of the hydrogen peroxide resistant mutant was less affected by the deleterious oxidative stress of oxygen. Activities of the several defense enzymes were also measured at different oxygen tensions. Activities of catalase and glucose-6-phosphate dehydrogenase increased significantly as oxygen pressure increased in the wild type culture. In the mutant, however, increase in those enzyme activities was not obvious whereas the uninduced levels of the above enzymes were higher than those of wild type. As judged by Western blotting, the amount of the major catalase increased as the oxygen pressure increased. This indicates that the induction of the catalase activity by oxygen pressure is mostly due to the increase in the expression level for the major catalase.
Growth sensitivity of bifidobacteria on oxygen hindered their industrial applications so that it was necessary to select oxygen-tolerant strains. Studies on their responses to oxygen might facilitate the effective utilization of bifidobacteria in industry. Oxygen-tolerant strain of Bifidobacterium longum JI-1 was able to remove 3% dissolved oxygen within 10 min whilst oxygen-sensitive strain of B. adolescentis, slime non-former, was not. The ability to remove environmental oxygen seemed to be related to the oxygen-tolerance of bifidobacteria. Mutant B. longum ADJ-1 was induced from the B. longum JI-1 under microaerobic atmosphere. There were no differences in sugar utilization pattern, NADH oxidative enzymes and cellular fatty acid compositions between them. The maximal cell density of the mutant was a little bit reduced to 81% of that of the mother strain. However, the mutant formed thick slime layer around its cell. The layer visualized with confocal scanning laser microscopy from the mutant was 6 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter but that from the mother strain was only 3 ${\mu}{\textrm}{m}$. Therefore, the improved tolerances of the mutant might come from the slime layer, indicating the increase of the layer might be one of oxygen tolerance mechanisms for bifidobacteria.
Survival factor 1 (Svf1) is a protein involved in cell survival pathways. In Saccharomyces cerevisiae, Svf1 is required for the diauxic growth shift and survival under stress conditions. In this study, we characterized the role of FgSvf1, the Svf1 homolog in the homothallic ascomycete fungus Fusarium graminearum. In the FgSvf1 deletion mutant, conidial germination was delayed, vegetative growth was reduced, and pathogenicity was completely abolished. Although the FgSvf1 deletion mutant produced perithecia, the normal maturation of ascospore was dismissed in deletion mutant. The FgSvf1 deletion mutant also showed reduced resistance to osmotic, fungicide, and cold stress and reduced sensitivity to oxidative stress when compared to the wild-type strain. In addition, we showed that FgSvf1 affects glycolysis, which results in the abnormal vegetative growth in the FgSvf1 deletion mutant. Further, intracellular reactive oxygen species (ROS) accumulated in the FgSvf1 deletion mutant, and this accumulated ROS might be related to the reduced sensitivity to oxidative stress and the reduced resistance to cold stress and fungicide stress. Overall, understanding the role of FgSvf1 in F. graminearum provides a new target to control F. graminearum infections in fields.
Kim, Young-Cheol;Kim, Cheol-Soo;Cho, Baik-Ho;Anderson, Anne-J.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.14
no.4
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pp.859-862
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2004
An isolate of Pseudomonas putida has been found to aggressively colonize root tips and induce plant resistance to Fusarium wilt. However, P. putida mutants lacking Fe-superoxide dismutase (SOD) or both FeSOD and MnSOD activities are less competitive in root tip colonization. In the current study, the growth of an FeSOD mutant was found to be more sensitive than that of the wild-type or a MnSOD mutant to oxidative stress imposed by paraquat treatment and culturing with the soil fungus Talaromyces flavus, which generates reactive oxygen species. Also, the loss of culturability with an aging stationary-phase culture was greater for a double SOD mutant than an FeSOD mutant, while no reduction in culturability was observed with the wild-type and a MnSOD mutant under the same protracted stationary-phase conditions. Accordingly, it was concluded that FeSOD activity is the major form of SOD in P. putida and plays an essential role in survival under stress conditions when increased oxidative stress is encountered.
The effect of dissolved oxygen(DO) concentration on the growth of Pseudomonas aeruginosa and it's mutant M-10 was studied the growth kinetics and the possibility of waste treatment for reducing the amount of excess sludge. Different DO concentrations on the growth of wild type Pseudomonas aeruginosa affected to cellular yields, decreasing with increasing DO concentrations. Under these conditions, the maximum 14 folds decrease of cellular yield was achieved at 90 ppm DO levels by screened, being able to reduce their cellular yields under low DO concentration. The optimum mutation conditions were obtained by the treatment of NTG mutagen at 30${\circ}C$ for 1 hr. The growth characteristics of the selected mutant M-10 showed the same as the wild type growth kinetics. However, cellular yields are significantly decreased to 55% compared with those of wild type under DO concentrations increased. We, therefore, expect the application of the mutants to waste treatment for reducing excess sludge.
Kim, Hee-Jung;Moon, Ja-Young;Lee, John-Hwa;Park, Kie-In
Korean Journal of Veterinary Service
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v.30
no.3
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pp.291-304
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2007
Mutants of an obligate aerobic bacterium, Vitreoscilla, that have deficiency in heat-labile catalase-peroxidase hydroperoxidase I (HPI) were created by EMS treatment. The catalase-peroxidase HPI-deficient mutant showed substantially lower peroxidase activity in exponential and mid-stationary phase compared with the wild type strain. In late stationary phase, the mutant exhibited no peroxidase activity. Peroxidase deficiency in the mutant was revealed by polyacrylamide gels stained for peroxidase activity. Characteristically, catalase levels in the mutant increased about 14- and 8-fold during growth in the exponential and stationary phases, respectively, compared to those in the wild type, suggesting a compensatory effect for protection from $H_2O_2$ toxicity. The mutant showed differences in physiology from the wild type: retardation in growth rate and decrease in oxygen consumption. Both the wild type and the catalase-peroxidase HPI-deficient mutant of Vitreoscilla had lower growth rates in media containing increasing $H_2O_2$ concentrations. However, the mutant exhibited an additionally decreased growth rate after 6 to 8 h of growth compared to the wild type. The wild type was resistent up to 20 mM $H_2O_2$, whereas the mutant was very sensitive to high concentrations of exogenous $H_2O_2$. Although elevated catalase levels would provide protection of the bacteria from the deleterious effect of $H_2O_2$, it did not appear to be complete. Cell-free extracts of the mutant showed decreased NADH oxidation rates and higher accumulation of $H_2O_2$ during this oxidation. These results may account for the impaired growth and earlier onset of death phase by the catalase-peroxidase HPI-deficient mutant of Vitreoscilla.
A soluble protein from Saccharomyces cerevisiae provides protection against a thiol-containing oxidation system but not against an oxidation system without thiol. This 25-kDa protein acts as a peroxidase but requires the NADPH-dependent thioredoxin system or a thiol-containing intermediate, and was thus named thioredoxin peroxidase. The protective role of thioredoxin peroxidase against ionizing radiation, which generates reactive oxygen species harmful tocellular function, was investigated in wild-type and mutant yeast strains in which the tsa gene encoding thioredoxin peroxidase was disrupted by homologous recombination. Upon exposure to ionizing radiation, there was a distinct difference between these two strains in regard to viability and the level of protein carbonyl content, which is the indicative marker of oxidative damage to protein. Activities of other antioxidant enzymes, such as catalase, superoxide dismutase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, and glutathione reductase were increased at 200-600 Gy of irradiation in wild-type cells. However, the activities of antioxidant enzymes were not significantly changed by ionizing radiation in thioredoxin peroxidase-deficient mutant cells. These results suggest that thioredoxin peroxidase acts as an antioxidant enzyme in cellular defense against ionizing radiation through the removal of reactive oxygen species as well as in the protection of antioxidant enzymes.
Kim, Soohyun;Kim, Seung-Il;Choi, Jong-Soon;Chung, Young-Ho;Chun, Soon-Bai;Park, Young-Mok
Journal of Photoscience
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v.3
no.1
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pp.23-28
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1996
To investigate the structure and function of photosystem I, cartridge mutagenesis technique was used to inactivate the psaB gene of photosystem I. From the screen, many strains which have potential defects in photosystem I were generated. Biochemical analysis revealed that B2, one of the mutant, had a reduced amount of chlorophyll. Electron transfer activitx from photosystem II to photosystem I as oxygen uptake was the rate of 64 % of wild type. Also B2 showed a decreased photosystem I activity when measured by 77 K fluorescence emission spectrum. Particularly, immunodetection analysis showed that the B2 had reduced amount of PsaA/PsaB, but a normal range of PsaC and PsaD. Here we present a photoheterotrophic mutant for psaB gene as a unique model strain for future study of structural/functional relationship and biogenesis of photosystem I.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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