NAD(P)H依存性チオレドキシン二硫化還元酵素TrxRは、Bacillus sp. Y3におけるテルルライトおよびセレン酸塩の還元および抵抗性に不可欠である

NAD(P)H dependent thioredoxin-disulfide reductase TrxR is essential for tellurite and selenite reduction and resistance in Bacillus sp. Y3.

• Muhammad Yasir
• Yuxiao Zhang
• Zixiao Xu
• Meizhong Luo
• Gejiao Wang

抄録

微生物によるセレン酸塩（Se(IV)）とテルル酸塩（Te(IV)）のSe(0)とTe(0)への還元は、無害化機構として機能し、省エネルギーに貢献することが期待される。本研究では、Bacillus sp. Y3を単離し、好気培養中にSe(IV)とTe(IV)を同時に還元する能力を示した。プロテオミクス解析の結果、チオレドキシン二硫化還元酵素（TrxR）と硫酸・エネルギー代謝経路タンパク質がSe(IV)とTe(IV)添加後に有意に増加することが明らかになった。大腸菌TrxR過剰発現株は、野生型大腸菌株と比較して、Se(IV)およびTe(IV)に対する耐性レベルおよび還元効率が高いことが示された。さらに、TrxRは、NADPHまたはNADHが存在する場合には、インビトロでSe(IV)およびTe(IV)還元活性を示した。電子供与体としてNADPHを用いた場合、酵素活性の最適条件はpH8.0及び37℃であった。その結果、Te(IV)及びSe(IV)のKm値は16.31mM及び2.91mMであり、Te(IV)及びSe(IV)のVmax値はそれぞれ12.23μM min-1 mg-1及び11.20μM min-1 mg-1であった。新しい還元酵素TrxRの発見は、細菌のSe(IV)およびTe(IV)耐性と還元機構のレパートリーを豊かにした。

Microbial reduction of selenite [Se(IV)] and tellurite [Te(IV)] to Se(0) and Te(0) can function as a detoxification mechanism and serve in energy conservation. In this study, Bacillus sp. Y3 was isolated and demonstrated to have an ability of simultaneous reduction of Se(IV) and Te(IV) during aerobic cultivation, with reduction efficiencies of 100% and 90%, respectively. Proteomics analysis revealed that the putative thioredoxin disulfide reductase (TrxR) and sulfate and energy metabolic pathway proteins were significantly upregulated after the addition of Se(IV) and Te(IV). qRT-PCR also showed an increased trxR transcription level in the presence of Se(IV) and Te(IV). Compared to a wild-type E. coli strain, the TrxR-overexpressed E. coli strain showed higher Se(IV) and Te(IV) resistance levels and reduction efficiencies. Additionally, the TrxR showed in vitro Se(IV) and Te(IV) reduction activities when NADPH or NADH were present. When NADPH was used as the electron donor, the optimum conditions for enzyme activities were pH 8.0 and 37 °C. The Km values of Te(IV) and Se(IV) were 16.31 mM and 2.91 mM, and the Vmax values of Te(IV) and Se(IV) were 12.23 µM min-1 mg-1 and 11.20 µM min-1 mg-1, respectively. The discovery of the new reductive enzyme TrxR enriches the repertoire of the bacterial Se(IV) and Te(IV) resistance and reduction mechanisms.

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