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Global responses of Escherichia coli to adverse conditions determined by microarrays and FT-IR spectroscopy

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The global gene expression and biomolecular composition in an Escherichia coli model strain exposed to 10 adverse conditions (sodium chloride, ethanol, glycerol, hydrochloric and acetic acid, sodium hydroxide, heat (46 °C), and cold (15 °C), as well as ethidium bromide and the disinfectant benzalkonium chloride) were determined using DNA microarrays and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. In total, approximately 40% of all investigated genes (1682/4279 genes) significantly changed expression, compared with a nonstressed control. There were, however, only 3 genes (ygaW (unknown function), rmf (encoding a ribosomal modification factor), and ghrA (encoding a glyoxylate/hydroxypyruvate reductase)) that significantly changed expression under all conditions (not including benzalkonium chloride). The FT-IR analysis showed an increase in unsaturated fatty acids during ethanol and cold exposure, and a decrease during acid and heat exposure. Cold conditions induced changes in the carbohydrate composition of the cell, possibly related to the upregulation of outer membrane genes (glgAP and rcsA). Although some covariance was observed between the 2 data sets, principle component analysis and regression analyses revealed that the gene expression and the biomolecular responses are not well correlated in stressed populations of E. coli, underlining the importance of multiple strategies to begin to understand the effect on the whole cell.

L’expression génique globale et la composition biomoléculaire d’une souche modèle d’Escherichia coli soumise à 10 conditions défavorables (le chlorure de sodium, l’éthanol, le glycérol, l’acide chlorhydrique, l’acide acétique, l’hydroxyde de sodium, la chaleur (46 °C) et le froid (15 °C) ainsi que le bromure d’éthidium et le chlorure de benzalkonium, un désinfectant) ont été déterminées sur des puces à ADN et par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF). Au total, environ 40 % de tous les gènes examinés (1682/4279) changeaient de niveau d’expression de façon significative comparativement au contrôle non stressé. Il n’y avait cependant que 3 gènes (ygaW (fonction inconnue), rmf (codant un facteur de modification ribosomal) et ghrA (codant une glyoxylate/hydroxypyruvate réductase)) dont le niveau d’expression changeait significativement sous toutes les conditions (sauf le chlorure de benzalkonium). L’analyse en IRTF a montré une augmentation du contenu en acides gras insaturés lors de l’exposition à l’éthanol et au froid, et une diminution lors d’une exposition aux acides et à la chaleur. Le induisait des changements dans la composition en sucres de la cellule, possiblement en lien avec l’augmentation de l’expression de gènes codant des composantes membranaires (glgAP et rcsA). Même si une certaine covariance était observée entre les 2 séries de données, les analyses en composantes principales et de régression ont révélé que l’expression génique et la réponse biomoléculaire n’étaient pas en corrélation chez les populations de E. coli stressées, et mettent en évidence l’importance d’adopter de multiples stratégies pour comprendre l’effet du stress sur la cellule entière.

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2009

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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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