Effect of herbicides ametrina and clomazone on bacterial antioxidant system

Os herbicidas ametrina e clomazone são amplamente utilizados na cultura de cana-deaçúcar, apresentam degradação essencialmente microbiana e são considerados contaminantes de solos e águas. A exposição dos microrganismos a estes xenobióticos pode resultar em dano oxidativo devido ao aumento na produção de espécies reativas de oxigênio (EROs). Este trabalho teve como objetivo analisar respostas bioquímicas e fisiológicas de dois isolados bacterianos tolerantes aos herbicidas ametrina e clomazone. As bactérias foram isoladas de solos agrícolas e a partir de estudos fisiológicos, crescimento e formação de halo, foram selecionadas duas que apresentaram maior tolerância aos herbicidas. Esses microrganismos foram cultivados em meio de cultura ágar nutriente, a 30°C, por 14 horas na presença dos herbicidas ametrina (25 mM), clomazone (9 mM), e em meio composto pelos dois herbicidas: ametrina (20 mM) + clomazone (20 mM). Essas concentrações representam as dosagens utilizadas para o cultivo de cana-deaçúcar para a aplicação pré e pós-emergência. Por meio da análise filogenética baseada no gene 16S ribossômico, o isolado bacteriano CC07 mostrou-se próximo a Pseudomonas aeruginosa, enquanto que o isolado 4C07 ficou próximo à Pseudomonas fulva. A peroxidação lipídica foi observada somente para o isolado CC07 na presença dos herbicidas em mistura. O perfil protéico foi avaliado em SDS-PAGE, o qual revelou a indução de uma nova proteína de aproximadamente 60 KDa para o isolado 4C07 na presença dos herbicidas, porém, não foram observadas diferenças significativas para o isolado CC07. A enzima superóxido dismutase (SOD) apresentou aumento significativo da atividade para ambos isolados quando expostos aos herbicidas, entretanto, diferenças na atividade da enzima catalase (CAT) não foram observadas. Para o isolado 4C07 na presença dos herbicidas foi observado aumento significativo no conteúdo de glutationa reduzida (GSH), o qual foi acompanhado pela indução de uma nova isoforma de GR (I), que respondeu especificamente ao clomazone e os herbicidas em mistura. A glutationa-S-transferase (GST) também apresentou acréscimos de atividade quando o isolado 4C07 foi exposto aos herbicidas. Porém, para o isolado CC07 as enzimas GR, GST, assim, como a GSH não apresentaram respostas significativas a presença dos herbicidas. Assim, foi possível observar que o isolado 4C07 possui um sistema antioxidante mais eficaz, quando comparado com o isolado CC07. Além disso, os resultados sugerem que as enzimas SOD, GR, GST e o composto GSH podem estar relacionados com o mecanismo de tolerância do isolado 4C07 aos herbicidas ametrina e clomazone, o que pode demonstrar uma provável adaptação aos ambientes estressantes.The herbicides ametrina and clomazone are widely used in the sugar cane cultivation, showing essential microbial degradation, besides being considered contaminants of soil and water. The exposure of microorganisms to xenobiotics can result in oxidative damage due to increased production of reactive oxygen species (ROS). This study aimed to analyze biochemical and physiological responses of two bacterial strains tolerant to the herbicides ametrina and clomazone. The bacteria strains were isolated from agricultural soils and according to physiological studies, growth and halo formation, two of them with the most herbicide tolerance were selected. These microorganisms were grown in nutrient agar plates at 30 ° C for 14 hours in the presence of herbicides ametrina (25 mM), clomazone (9 mM), and in a medium composed by two herbicides: ametrina (20 mM) + clomazone (20 mM). These concentrations represent the concentrations used for growing sugar cane for pre and post-emergence. Through the phylogenetic analysis based on 16S ribosomal gene, the CC07 strain was close to Pseudomonas aeruginosa, while the 4C07 strain was close to Pseudomonas fulva. According to the results obtained, lipid peroxidation was only observed for CC07 strain in a medium composed by two herbicides. The protein profile was evaluated by SDS-PAGE, which revealed the induction of a new protein of approximately 60 kDa for 4C07 strain in the presence of the two herbicides, differently to that observed for CC07 strain. The activity of the enzyme superoxide dismutase (SOD) increased significantly for both strains when exposed to the herbicides, however, no differences were observed for catalase (CAT) activity. The 4C07 strain showed increase in content of reduced glutathione (GSH) in the presence of the herbicides, which was accompanied by the induction of a new isoform of GR (I). Similarly, the 4C07 strain exhibited an increase in Glutathione-S-transferase (GST) activity to herbicides exposure. However, for the CC07 strain, the GR and GST enzymes, as well as the GSH content did not exhibit differences. Thus, we observed that the 4C07 strain may have an antioxidant system more effective when compared to the CC07 strain. Moreover, the results suggest that the enzymes SOD, GR, GST and GSH content may be related to the mechanism of tolerance of 4C07 strain to ametrina and clomazone herbicides, showing the tendency to deal better and adapt to stressful environments