Comparative analysis of the influence of mercury on selected biochemical and physiological aspects of mercury-resistant isolate of the genus Pseudomonas

Zanieczyszczenie środowiska rtęcią stanowi globalny problem wynikający w znacznym stopniu z działalności antropogenicznej. Rtęć jest pierwiastkiem wysoce toksycznym i niewymaganym do zachodzenia żadnego ze znanych procesów biochemicznych, a jego wzrastająca wraz z poziomem troficznym bioakumulacja stanowi zagrożenie dla organizmów żywych, szczególnie dla człowieka. Istnieją jednak mikroorganizmy, które wykształciły mechanizmy oporności na rtęć. W niniejszej pracy zbadano wpływ rtęci na wybrane aspekty związane z biochemią i fizjologią opornego na rtęć izolatu podbiału pospolitego (Tussilago farfara L.). Na podstawie sekwencji 16S rRNA określono przynależność izolatu do rodzaju Pseudomonas, co potwierdzono również w wyniku sekwencjonowania genomu. W pracy wykazano, że rtęć nie ma wpływu na skład monosacharydów w lipopolisacharydzie izolatu. Izolat jest zdolny do produkcji co najmniej jednego typu sideroforów, a obecność rtęci obniża, lecz nie hamuje tej produkcji. Poddanie izolatu aklimatyzacji do rtęci wpływa pozytywnie na wzrost i produkcję sideroforów w pożywce o stężeniu Hg 0,01% , natomiast przy stężeniu 0,02% proces aklimatyzacji jest niezbędny do przeżycia izolatu. Wzrost stężenia żelaza wpływa hamująco na produkcję sideroforów. Produkcja sideroforów i formowanie biofilmu odbywa się w warunkach nieograniczonego i ograniczonego dostępu do tlenu, a pozbawienie izolatu dostępu do tlenu uniemożliwia jego przeżycie. Stężenie żelaza wynoszące co najmniej 100 μM ma hamujący wpływ na produkcję sideroforów i biofilmu przez izolat, lecz jedynie w niewielkim stopniu ogranicza jego wzrost. Obecność pI i transkryptów związanych z syntezą, fluorescencja, charakterystyczne zabarwienie, zależność produkcji od stężenia żelaza, korelacja z występowaniem biofilmu w warunkach niedoboru żelaza i produkcja przez izolat z rodzaju Pseudomonas, stanowią istotne przesłanki, że badane siderofory należą do grupy piowerdyn. W tej pracy, po raz pierwszy dokonano analizy produkcji sideroforów z grupy piowerdyn przez oporny na Hg izolat z rodzaju Pseudomonas badając znaczenie dostępności tlenu, Fe w obecności i nieobecności rtęci. Produkcja sideroforów przez izolat w obecności rtęci czyni obiecującym jego wykorzystanie jako mikrobiologicznego komponentu w technologii fitobioremediacji gleb skażonych rtęcią.Contamination of the environment with mercury is a global problem resulting, to a large extent, from anthropogenic activities. Mercury is a highly toxic element, unnecessary for any known biochemical process and its bioaccumulation increases with trophic levels, posing a risk to living organisms, especially to humans. However, there are microorganisms that have developed mechanisms of resistance to mercury. In this study, the impact of mercury on selected aspects related to the biochemistry and physiology of mercury-resistant isolate of coltsfoot (Tussilago farfara L.) was analyzed. Based on the 16S rRNA sequence, the isolate was identified as a bacterium of the genus Pseudomonas, what was also confirmed by whole genome sequencing. The study showed that mercury has no effect on the monosaccharide composition in lipopolysaccharide of the isolate. The isolate is capable of producing at least one type of siderophores, and the presence of mercury lowers but does not inhibit the production of siderophores. The acclimatization of the isolate to mercury shows a positive effect on growth and production of siderophores in the medium with a Hg concentration of 0.01%, while at a Hg concentration of 0.02% the acclimatization process is necessary for survival of the isolate. The increase in iron concentration inhibits the production of siderophores. Production of siderophores and biofilm formation occurs in conditions of both unlimited and limited access to oxygen, while depriving the isolate of access to oxygen makes its survival impossible. An iron concentration of at least 100 μM shows an inhibitory effect on siderophores and biofilm production by isolate, but it only slightly limits its growth. Presence of pI value and synthesis-related transcripts, fluorescence, characteristic color, dependence of production on the concentration of iron, co-occurrence with biofilm in iron-starvation conditions and production by the isolate of the genus Pseudomonas, are significant indications that the studied siderophores belong to the group of pioverdines. In this study, for the first time, the production of siderophores of the pioverdine group by Hg-resistant isolate of the genus Pseudomonas was analyzed, examining the importance of oxygen and Fe availability in the presence and absence of mercury. The obtained results are promising in applying the isolate as a microbiological component in phytobioremediation technology of mercury-contaminated soils