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May 30, 2023

혼합 중금속 스트레스로 인해 전 세계 철분 결핍 반응이 유발됩니다

ISME 저널 17권, 382-392페이지(2023)이 기사 인용 2991회 액세스 2회 인용 54 Altmetric Metrics 세부 정보 다중 중금속 오염은 전 세계적으로 점점 더 일반적인 문제가 되고 있습니다.

ISME 저널 17권, 382~392페이지(2023)이 기사 인용

2991 접속

2 인용

54 알트메트릭

측정항목 세부정보

다중 중금속 오염은 전 세계적으로 점점 더 일반적인 문제가 되고 있습니다. 중금속은 미생물에 의한 생지화학적 순환을 방해할 가능성이 있습니다. 그러나 중금속 조합이 박테리아에 미치는 영향에 대한 시스템 수준의 연구는 부족합니다. 이 연구를 위해 우리는 여러 중금속과 고농도의 질산염으로 오염된 Oak Ridge Reservation(ORR, Oak Ridge, TN, USA) 지하 표면에 중점을 두었습니다. 이 지역의 주요 종을 대표하는 토종 Bacillus cereus 분리균을 사용하여 우리는 발견 단백질체학, 표적 대사체학, 및 표적화된 유전자 발현 프로파일링. 8가지 금속의 조합은 개별 금속에 대한 표현형 반응을 합산하여 예측할 수 없는 방식으로 세포 생리학에 영향을 미쳤습니다. 금속 혼합물에 대한 노출은 개별 금속 노출 동안 관찰되지 않는 전반적인 철 결핍 반응을 유도했습니다. 이러한 철 항상성 파괴로 인해 철 보조인자 함유 질산염 및 아질산염 환원효소의 활성이 감소되었으며, 둘 다 현장에서 생물학적 질산염 제거에 중요합니다. 우리는 여러 중금속에 대한 동시 노출의 조합 효과가 환경에서 과소평가되었지만 중요한 형태의 세포 스트레스이며, 잠재적으로 글로벌 영양 순환을 방해하고 혼합 폐기물 현장의 생물학적 정화 노력을 방해할 수 있다고 제안합니다. 우리의 연구는 복잡한 오염물질이 미생물 시스템에 미치는 영향을 평가하고 예측하기 위해 단일 금속 연구에서 다중 금속 연구로 전환해야 할 필요성을 강조합니다.

20세기부터 도시화, 산업 과정, 농업 활동으로 인한 인위적 투입이 증가함에 따라 수생 환경과 육상 환경 모두에서 중금속 오염 수준이 증가했습니다. 특정 투입원에 관계없이 오염된 현장에서 나타나는 공통 주제는 농도가 높은 여러 중금속이 동시에 존재한다는 것입니다[2, 5,6,7,8]. Zhou et al.의 최근 메타 분석. [2]는 전 세계 지표수에 대한 중금속 농도를 집계하고 이 값을 WHO 및 US EPA가 설정한 한도와 비교했습니다. 1972년부터 2017년까지 지표수의 중금속 오염은 단일 금속에서 다중 금속으로 이동했습니다.

중금속 오염은 인간[9], 동물[10, 11] 및 식물 건강[12]에 해로울 뿐만 아니라 미생물 활동에 영향을 주어 원소의 자연 순환을 방해합니다. Aponteet al. [13] 개별 중금속 오염물질이 주요 토양 미생물 효소, 특히 탄소 및 황 순환과 관련된 효소의 활성을 선형적으로 감소시키는 것으로 나타났습니다. 토양 시스템에서 개별 중금속 오염물질은 여러 단계의 탈질 경로를 억제하여 아질산염과 온실가스인 아산화질소를 포함한 독성 중간물질이 축적됩니다[14,15,16]. 그러나 환경적으로 관련된 중금속 조합이 환경 미생물에 미치는 영향을 조사하는 연구는 거의 없습니다. Dey et al.의 단일 보고서. [17]은 다중 금속 스트레스에 대한 진핵 미생물 Aspergillus fumigatus의 단백질체 반응을 조사하고 이 반응에서 단백질 전환 경로와 항산화 단백질의 역할을 제안했습니다. 그러나 이 연구에서는 이러한 반응이 혼합물 내 금속의 시너지 효과 또는 추가 상호 작용 효과로 인한 것인지 여부는 조사하지 않았습니다. 원핵생물 시스템에서 이러한 형태의 스트레스에 대한 제한적인 연구는 금속의 이성분 결합에 대한 IC50 값 결정에만 초점을 맞춰 왔습니다[18,19,20,21,22,23,24]. 예를 들어, Fulladosa et al. [18]은 개별 금속과 금속의 이원 조합에 대한 IC50 값을 결정하여 Vibrio fisheri에서 이원 금속 쌍의 시너지/길항 독성을 조사했습니다. 그들은 Co-Cu 및 Zn-Pb 쌍과 Co-Cd, Cd-Zn, Cd-Pb 및 Cu-Pb 쌍이 각각 V. fisheri 성장에 미치는 영향에서 시너지 효과와 적대적이라는 것을 발견했습니다. [18]. 그러나 이러한 상호작용 효과의 메커니즘은 아직 알려지지 않았으며, 다중 금속 노출이 박테리아 유전자 조절 및 대사에 미치는 영향은 아직 탐구되지 않았습니다.