Análisis de los genes de resistencia a arsénico de Burkholderia xenovorans LB400

Abstract

The pentavalent and trivalent inorganic species of Arsenic (As), As(V) and As(III), represent the most toxic compounds of As and the most abundant in the earth's crust. As(III) acts by forming covalent bonds with sulfhydryl groups of cysteine residues, affecting the structure and function of multiple proteins and enzymes; in addition, it can generate reactive oxygen species by binding to glutathione. On the other hand, As(V) owes its toxicity to its analogy with phosphate groups, therefore it interrupts its transport and assimilation and uncouples phosphorylation of ADP, which leads to an energetic impact. The main bacterial system of resistance to As lies in the reduction of As(V) to As(III) by the action of an arsenate reductase (ArsC) and the subsequent efflux of As(III) through membrane pumps (ArsB/Acr3). Several systems of resistance to As in prokaryotes have been described, not being the case for Burkholderia xenovorans LB400, a relatively large-genome bacterium (9.73 Mpb) isolated from a soil contaminated with polychlorinated biphenyls. LB400 has been studied by our working group due to its multiple chromate resistance genes (chr). Previously, multiple sequences of probable ars genes were identified in the LB400 genome and its resistance to As was demonstrated, compared with standard strains. This suggested that the probable ars genes participate in resistance to the oxyanions of As. The objective of this work was to determine the role of the multiple arsB and arsC genes in resistance to As of LB400. Firstly, a phylogenetic analysis was carried out and were identified two probable As(III) transporters: Acr3 and ArsB, and four probable arsenate reductases ArsC1, ArsC2, ArsC3 and ArsC4. Acr3 and ArsC2 are encoded in the probable arsRacrCH operon.

Las especies inorgánicas pentavalentes y trivalentes de Arsénico (As), As(V) y As(III), representan los compuestos más tóxicos de As y los más abundantes en la corteza terrestre. El As(III) actúa formando enlaces covalentes con los grupos sulfhidrilo de los residuos de cisteína, afectando la estructura y función de múltiples proteínas y enzimas; además puede generar especies reactivas de oxígeno al unirse al glutatión. Por otra parte, el As(V) debe su toxicidad a su analogía con el grupo fosfato, por lo tanto, interrumpe su transporte y asimilación y desacopla la fosforilación de ADP, lo que conlleva a un impacto energético. El principal sistema bacteriano de resistencia a As radica en la reducción del As(V) a As(III) por acción de una arsenato reductasa (ArsC) y la posterior expulsión del As(III) a través de bombas membranales (ArsB/Acr3). Se han descrito diversos sistemas de resistencia a As en procariotas, no siendo el caso de Burkholderia xenovorans LB400, bacteria de genoma relativamente grande (9.73 Mpb) aislada de un suelo contaminado con bifenilos policlorados. LB400 ha sido estudiada por nuestro grupo de trabajo por sus múltiples genes de resistencia a cromato (chr). Previamente se identificaron múltiples secuencias de probables genes ars en el genoma de LB400 y se demostró su resistencia a As, comparada con cepas estándar. Esto sugirió que los probables genes ars participan en la resistencia a los oxianiones de As. El objetivo de este trabajo fue determinar el papel de los múltiples genes arsB y arsC en la resistencia a As de LB400. Primeramente, se realizó un análisis filogenético donde se identificaron dos probables transportadores de As(III): Acr3 y ArsB, y cuatro probables arsenato reductasas ArsC1, ArsC2, ArsC3 y ArsC4. Acr3 y ArsC2 son codificados en el probable operón arsRacrCH.