Genetic mechanisms of arsenic detoxification and metabolism in bacteria

Ge, Yan; Chen, Xingxiang; Du, Shizheng; Deng, Zixin; Wang, Lianrong; Chen, Shi

doi:10.1007/s00294-018-0894-9

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“…Microbial As(III) oxidation is catalyzed by As(III) oxidase, AioBA (Anderson et al, 1992), which is widely distributed in heterotrophic and chemolithoautotrophic microorganisms (Yan et al, 2019). AioBA was first purified from the Alcaligenes faecalis bacterium in 1992 (Anderson et al, 1992), and additional characteristics were identified in different As(III) oxidizers, such as Herminiimonas arsenicoxydans ULPAs1 and Rhizobium sp.…”

Section: As(iii) Oxidase Catalyzes Microbial As(iii) Oxidationmentioning

confidence: 99%

Microbial Oxidation of Arsenite: Regulation, Chemotaxis, Phosphate Metabolism and Energy Generation

Shi

Wang

2020

Front. Microbiol.

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Arsenic (As) is a metalloid that occurs widely in the environment. The biological oxidation of arsenite [As(III)] to arsenate [As(V)] is considered a strategy to reduce arsenic toxicity and provide energy. In recent years, research interests in microbial As(III) oxidation have been growing, and related new achievements have been revealed. This review focuses on the highlighting of the novel regulatory mechanisms of bacterial As(III) oxidation, the physiological relevance of different arsenic sensing systems and functional relationship between microbial As(III) oxidation and those of chemotaxis, phosphate uptake, carbon metabolism and energy generation. The implication to environmental bioremediation applications of As(III)-oxidizing strains, the knowledge gaps and perspectives are also discussed.

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Section: As(iii) Oxidase Catalyzes Microbial As(iii) Oxidationmentioning

confidence: 99%

Microbial Oxidation of Arsenite: Regulation, Chemotaxis, Phosphate Metabolism and Energy Generation

Shi

Wang

2020

Front. Microbiol.

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“…total As in manure:~0.016-2.5 mM; sludge:~0.15 mM; feed:~0.0003-0.174 mM; animal fertilizer: 0.00059-0.017 mM) (Sager, 2007;Nachman et al, 2012;Zhang et al, 2012;Cui et al, 2017), being able to constitute an additional stress that can favour the selection of zoonotic Salmonella populations with diverse MeT and antibiotic resistance (ABR) phenotypes. To cope with arsenic toxicity, microorganisms have evolved different detoxification mechanisms that include arsenate reduction and efflux of arsenite (Andres and Bertin, 2016;Yang and Rosen, 2016;Yan et al, 2019). The most studied mechanism underlying arsenic tolerance (AsT) is the ars operon composed of arsR coding for a trans-acting transcriptional regulator/repressor, arsB (ArsB family, hereafter designated as arsB-type) or acr3 (ArsY family, hereafter designated as acr3-type) coding for a As[III] efflux antiporter and arsC for an arsenate reductase (glutaredoxin-GRX or thioredoxin-TRX superfamilies').…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Tolerance to arsenic contaminant among multidrug‐resistant and copper‐tolerant Salmonella successful clones is associated with diverse ars operons and genetic contexts

Mourão

Rebelo

Ribeiro

et al. 2020

Environmental Microbiology

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Summary Emergence and expansion of frequent multidrug‐resistant (MDR) major Salmonella clones/serotypes has been a significant threat in the last years. Metal compounds, such as copper, commonly used in animal‐production settings, have been pointed out as possible contributors for the selection of such strains/clones. However, the scarcity of studies limits our understanding of the impact of other metal environmental contaminants as arsenic (used in insecticides/herbicides/coccidiostats). We analysed arsenic tolerance (AsT) dispersion by phenotypic and genotypic (PCR/sequencing/I‐CeuI/S1/XbaI‐PFGE/hybridization) assays among Salmonella with diverse epidemiological and genetic backgrounds. Then, to better understand ars operon genetic contexts, the whole genome of five representative strains was sequenced. We found a high dispersion of ars operons conferring AsT, especially among copper‐tolerant and relevant serotypes/clones related to pig‐production setting. The acr3‐type was found dispersed in the chromosome of diverse serotypes, including the emergent S. Rissen. Conversely, arsBII was almost confined to the MDR ST34 European clone of S. Typhimurium/S. 4,[5],12:i:‐, always along with copper/silver tolerance sil + pco clusters in an integrative conjugative element. These data suggest that AsT is an essential adaptive feature for the ecological success of these epidemic clones/serotypes and alerts for global strategies to reduce arsenic‐based compounds' impact thus preventing environmental/food contamination with frequent MDR foodborne pathogens.

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“…O sistema de resistência ao arsênio (ars) é a via de detoxificação mais estudada e frequente entre os micro-organismos aeróbicos e anaeróbicos. O operon ars pode ser encontrado em cromossomos e/ou plasmídeos de bactérias gram positivas e gram negativas (Yan et al, 2019). Diversas organizações do operon ars foram descobertas em diferentes bactérias, os mais comuns são os constituídos por três genes (arsR, arsB e arsC) e cinco genes (arsR, arsD, arsA, arsB e arsC) (Lièvremont et al, 2009;Yan et al, 2019).…”

Section: Sistema Arsunclassified

“…O operon ars pode ser encontrado em cromossomos e/ou plasmídeos de bactérias gram positivas e gram negativas (Yan et al, 2019). Diversas organizações do operon ars foram descobertas em diferentes bactérias, os mais comuns são os constituídos por três genes (arsR, arsB e arsC) e cinco genes (arsR, arsD, arsA, arsB e arsC) (Lièvremont et al, 2009;Yan et al, 2019). O mecanismo básico de detoxificação do As (III) é a extrusão por uma bomba de efluxo formado por um complexo protéico ligado à membrana acionado por ATP para a extrusão do arsenito.…”

Section: Sistema Arsunclassified

“…Além do efluxo de As (III) pela bomba ArsB, outro caminho para detoxificação é o processo de metilação do As (III) catalisado pela enzima S-adenosilmetionina metiltransferase, que é codificada pelo gene arsM, que gera metilarsenito (MAs (III)), dimetilarsenito (DMAs (III)) e trimetilarsenito (TMAs (III)) durante o processo (Fekih, et al 2018). Apesar de metilarsenitos serem mais tóxicos que As (III), eles não se acumulam nas células e são liberados para atmosfera rapidamente por serem voláteis (Yan et al, 2019). Diversos micro-organismos, como Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Gemmatimonadales e Cianobactérias têm mostrado a capacidade de metilar o As originando monometil, dimetil e trimetil Stolz, 2003;Yin et al, 2011;Zhang et al, 2015).…”

Section: Sistema De Metilação (Arsm)unclassified

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Comunidades microbianas e genes funcionais associados com a ciclagem de arsênio em lagoas salino-alcalinas

Costa¹

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Agradeço a Prof a. Dr a. Marli de Fátima Fiore, por ter me acolhido em um momento difícil, pela confiança, ensinamentos, orientação e oportunidade de fazer parte do time Cyanos. A Prof a. Dr a. Anne Hélène Fostier pela coorientação, por seus ensinamentos e suporte durante a realização deste estudo. Ao Programa de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola e ao Serviço de Pós-Graduação, em especial a Maria Solizete Granziol Silva, por todo auxílio fornecido. Ao Centro de Energia Nuclear na Agricultura pelo fornecimento de toda a infraestrutura necessária para realização deste trabalho. Ao Projeto Projeto Temático "Mudanças Climáticas e Impactos Ambientais em Áreas Úmidas (Wetlands) do Pantanal (Brasil): Quantificação, Fatores de Controle e Previsão de Longo Prazo" (FAPESP 16/14227-5). A Fazenda São Roque pela parceria na pesquisa e por disponibilizar a área para estudarmos, aos funcionários, dona Ana e Genivaldo, por deixar nossos dias em campo mais leves e por todo suporte que nos ofereceram durante toda coleta. Aos Prof. Ary Rezende, Laurent Barbiéro e Plínio Camargo por todo ensinamento, suporte e apoio na realização das coletas. A todos que ajudaram durante a realização das coletas, em especial, ao técnico Luiz Aparecido Joaquim, da UFSCAR, sem você e sua prática em campo, a coleta teria sido muito mais difícil. Aos Prof. Dr a. Célia Regina Montes e Prof. Dr. Fernando Dini Andreote e a técnica Denise pela disponibilidade do laboratório para realização de análises. Aos membros do Laboratório de Química Ambiental da Unicamp, e em especial Amauy Hechavarria pelos ensinamentos durante a realização de análises de arsênio. Ao Dr. José Rubens Moraes Júnior pelos ensinamentos, ajuda e suporte na realização dos testes de toxicidade. As técnicas Ana Paula Dini Andreote e Renata Cruz por todo suporte, apoio, conselhos, ensinamentos e por toda energia positiva que vocês transmitem. Aos colegas e amigos do Laboratório de Biologia Celular e Molecular do CENA/USP por toda ajuda que me deram e pelos ensinamentos,

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Genetic mechanisms of arsenic detoxification and metabolism in bacteria

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Microbial Oxidation of Arsenite: Regulation, Chemotaxis, Phosphate Metabolism and Energy Generation

Microbial Oxidation of Arsenite: Regulation, Chemotaxis, Phosphate Metabolism and Energy Generation

Tolerance to arsenic contaminant among multidrug‐resistant and copper‐tolerant Salmonella successful clones is associated with diverse ars operons and genetic contexts

Comunidades microbianas e genes funcionais associados com a ciclagem de arsênio em lagoas salino-alcalinas

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