Cell damage detection using Escherichia coli reporter plasmids: fluorescent and colorimetric assays

Bacterial reporter assays are powerful tools used to study the effect of different compounds that affect the physiology of cellular processes. Most bacterial reporters are luciferase based and can be monitored in real time. In the present study we designed and implemented two sets of Escherichia coli bacterial reporter assays, using a multicopy plasmid system. Each reporter strain was constructed using either green fluorescent protein or β-galactosidase (LacZ) proteins. The designed reporter strains are capable of responding in a specific manner to molecules that either oxidative stress, or membrane, protein, or DNA damage. In order to respond to the desired stimulus, promoter sequences from E. coli were used. These sequences correspond to the promoter of the major catalase (KatG) activated with cellular oxidative damage, the promoter of the β-hydroxydecanoyl-ACP dehydrase (FabA) which is activated with membrane perturbation, the promoter of DNA recombinase (RecA) which is activated by DNA lesions. For protein misfolding, the promoter of the heat-shock responsive chaperon (DnaK) was used. Our constructs displayed activation to damage from specific stimuli, and low response to nonspecific stimuli was detected. Our results suggest that these types of bacterial reporter strains can be used in semiquantitative (fluorometric) and qualitative (β-galactosidase activity) studies of different xenobiotic substances and pollutants.Los ensayos con periodistas bacterianos son potentes herramientas utilizadas para estudiar el efecto de diferentes compuestos que afectan la fisiología de los procesos celulares. La mayoría de los reporteros bacterianos están basados en luciferasa y pueden ser monitoreados en tiempo real. En el presente estudio hemos diseñado e implementado dos series de Escherichia coli bacteriana para reportar ensayos, utilizando un sistema de plásmido multicopia. Cada cepa informadora se construyó usando proteínas fluorescentes verdes o proteínas de β-galactosidasa (LacZ). Las cepas informadoras diseñadas son capaces de responder de una manera específica a las moléculas ya sea el estrés oxidativo, o membrana, proteína o daño del ADN. Con el fin de responder al estímulo deseado, se usaron secuencias promotoras de E. coli. Estas secuencias corresponden al promotor de la catalasa mayor (KatG) activada con daño oxidativo celular, el promotor de la deshidrasa β-hidroxidecanoil-ACP (FabA) que se activa con perturbación de membrana, el promotor de ADN recombinasa (RecA) que se activa por lesiones de ADN. Para el repliegue erróneo de proteínas, se utilizó el promotor del chaperón sensible al choque térmico (DnaK). Nuestros constructos mostraron la activación de daño de estímulos específicos, y la baja respuesta a los estímulos no específicos se detectó. Nuestros resultados sugieren que estos tipos de cepas de reportero bacteriano pueden ser utilizados en estudios semicuantitativos (fluorométricos) y cualitativos (actividad β-galactosidasa) de diferentes sustancias xenobióticas y contaminantes