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Jun 10, 2023

Estresse misto de metais pesados ​​induz resposta global à fome de ferro

The ISME Journal volume 17, páginas 382–392 (2023)Citar este artigo 3078 Acessos 2 citações 54 Detalhes de métricas altmétricas A contaminação múltipla por metais pesados ​​é um problema global cada vez mais comum.

The ISME Journal volume 17, páginas 382–392 (2023)Cite este artigo

3078 Acessos

2 citações

54 Altmétrico

Detalhes das métricas

A contaminação múltipla por metais pesados ​​é um problema global cada vez mais comum. Os metais pesados ​​têm o potencial de interromper o ciclo biogeoquímico mediado por micróbios. No entanto, faltam estudos a nível de sistemas sobre os efeitos de combinações de metais pesados ​​nas bactérias. Para este estudo, focamos no subsolo da Reserva Oak Ridge (ORR; Oak Ridge, TN, EUA), que está contaminado com diversos metais pesados ​​e altas concentrações de nitrato. Usando um isolado nativo de Bacillus cereus que representa uma espécie dominante neste local, avaliamos o impacto combinado de oito contaminantes metálicos, todos em concentrações relevantes para o local, nos processos celulares através de uma abordagem multiômica integrada que incluiu proteômica de descoberta, metabolômica direcionada, e perfil de expressão genética direcionado. A combinação de oito metais impactou a fisiologia celular de uma maneira que não poderia ter sido prevista a partir da soma das respostas fenotípicas aos metais individuais. A exposição à mistura metálica provocou uma resposta global de fome de ferro, não observada durante exposições individuais ao metal. Esta perturbação da homeostase do ferro resultou na diminuição da atividade das redutases de nitrato e nitrito contendo cofator de ferro, ambas importantes na remoção biológica de nitrato no local. Propomos que os efeitos combinatórios da exposição simultânea a múltiplos metais pesados ​​são uma forma subestimada, mas significativa, de estresse celular no ambiente, com potencial para perturbar os ciclos globais de nutrientes e impedir os esforços de biorremediação em locais de resíduos mistos. Nosso trabalho ressalta a necessidade de mudar de estudos de metais únicos para estudos de múltiplos metais para avaliar e prever os impactos de contaminantes complexos em sistemas microbianos.

A partir do século 20, níveis crescentes de contaminação por metais pesados ​​ocorreram em ambientes aquáticos [1, 2] e terrestres [3, 4] devido a maiores insumos antrópicos provenientes da urbanização, processos industriais e atividades agrícolas. Independentemente da fonte de entrada específica, um tema comum que surge em locais contaminados é a presença simultânea de múltiplos metais pesados ​​em concentrações elevadas [2, 5,6,7,8]. Uma meta-análise recente de Zhou et al. [2] compilaram concentrações de metais pesados ​​para corpos de água superficiais globais e compararam esses valores com os limites estabelecidos pela OMS e pela EPA dos EUA. De 1972 a 2017, a poluição por metais pesados ​​nas águas superficiais passou de metais únicos para metais múltiplos.

A poluição por metais pesados ​​não é apenas prejudicial à saúde humana [9], animal [10, 11] e vegetal [12], mas também perturba o ciclo natural dos elementos através de impactos na atividade microbiana. Aponte et al. [13] descobriram que contaminantes individuais de metais pesados ​​diminuíram linearmente as atividades das principais enzimas microbianas do solo, particularmente aquelas envolvidas na ciclagem de carbono e enxofre. Nos sistemas de solo, contaminantes individuais de metais pesados ​​inibem múltiplas etapas das vias de desnitrificação, resultando no acúmulo de intermediários tóxicos, incluindo nitrito e óxido nitroso, gás de efeito estufa [14,15,16]. No entanto, estudos que investigam os impactos de combinações ambientalmente relevantes de metais pesados ​​sobre microrganismos ambientais são escassos. Um único relatório de Dey et al. [17] exploraram a resposta proteômica do microrganismo eucariótico Aspergillus fumigatus ao estresse multimetálico e sugeriram um papel para as vias de renovação de proteínas e proteínas antioxidantes nesta resposta. No entanto, este estudo não examinou se esta resposta foi devida a efeitos sinérgicos ou interativos aditivos dos metais na mistura. Em sistemas procarióticos, os estudos limitados sobre esta forma de estresse concentraram-se exclusivamente na determinação de valores de IC50 para combinações binárias de metais [18,19,20,21,22,23,24]. Por exemplo, Fulladosa et al. [18] exploraram a toxicidade sinérgica/antagônica de pares de metais binários em Vibrio fisheri determinando valores de IC50 para metais individuais e combinações binárias de metais. Eles descobriram que os pares Co-Cu e Zn-Pb e os pares Co-Cd, Cd-Zn, Cd-Pb e Cu-Pb eram sinérgicos e antagônicos em seus impactos no crescimento de V. fisheri, respectivamente. [18]. No entanto, o mecanismo para estes efeitos interactivos permanece desconhecido, e o impacto da exposição múltipla a metais na regulação e metabolismo dos genes bacterianos ainda é inexplorado.