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Cadmium tolerance plasticity in Rhizobium leguminosarum bv. viciae: glutathione as a detoxifying agent

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Abstract:

Rhizobium leguminosarum bv. viciae strains expressing different degrees of tolerance to metal stress were used in this work to study the basic mechanisms underlying heavy metal tolerance. We used various parameters to evaluate this response. The strains' growth responses under different Cd2+ concentrations were determined and we reported variation in Cd2+ tolerance. Total soluble protein content decreased drastically, revealing the toxic effects that intracellular Cd2+ imposes on cellular metabolism, but this decrease in protein content was particularly evident in sensitive and moderately tolerant strains. Tolerant strains presented the highest intracellular and wall-bound Cd2+ concentrations. Cd2+ induced increases in the expression of some specific proteins, which were identical in all tolerant strains. Glutathione levels remained unaltered in the sensitive strain and increased significantly in tolerant and moderately tolerant strains, suggesting the importance of glutathione in coping with metal stress. This work suggests that efflux mechanisms may not be the only system responsible for dealing with heavy metal tolerance. A clear correlation between glutathione levels and Cd2+ tolerance is reported, thus adding a novel aspect in bacteria protection against heavy metal deleterious effects.Key words: glutathione, heavy metal, protein expression, rhizobia, thiol quantification.

Les souches de Rhizobium leguminosarum biovar viciae manifestant différents niveaux de tolérance au stress métallique ont été employées dans ces travaux afin d'étudier les mécanismes à la base de la tolérance aux métaux lourds. Nous avons utilisé divers paramètres afin d'évaluer cette réponse. Les réponses de croissance des souches sous diverses concentrations de cadmium ont été déterminées et nous avons constaté des variations dans la tolérance au cadmium. Le contenu en protéine soluble totale a considérablement diminué, ce qui met en évidence les effets toxiques que le cadmium intracellulaire imposent au métabolisme cellulaire. Toutefois, cette diminution en contenu protéique fut particulièrement évidente chez les souches sensibles ou légèrement tolérantes. Les souches tolérantes ont présenté les concentrations les plus élevées de cadmium intracellulaire et lié aux parois. Le cadmium a induit une augmentation dans l'expression de certaines protéines spécifiques, qui étaient identiques chez toutes les souches tolérantes. Les niveaux de glutathion n'ont pas changé chez les souches sensibles et ont augmenté significativement chez les souches tolérantes et légèrement tolérantes, ce qui suggère une importance du glutathion dans l'adaptation au stress métallique. Ces travaux indiquent que les mécanismes d'élimination ne représentent pas le seul système responsable des adaptations menant à la tolérance aux métaux lourds. Une corrélation nette entre les niveaux de glutathion et la tolérance au cadmium a été rapportée, ce qui ajoutent une nouvelle facette à la protection des bactéries contre les effets néfastes des métaux lourds.Mots clés : glutathion, métaux lourds, expression protéique, rhizobiums, quantification des thiols.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2005-01-01

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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