Membrane disruption boosts iron overload and endogenous oxidative stress to inactivate Escherichia coli by nanoscale zero-valent iron

零价铁 大肠杆菌 细胞内 氧化应激 化学 内生 活性氧 生物物理学 突变体 DNA损伤 氧化磷酸化 氧气 生物化学 微生物学 细胞生物学 DNA 生物 有机化学 吸附 基因
作者
Jian Wang,Congcong Liu,Hongwei Sun,Shaohui Wang,Xiaomei Liao,Lizhi Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:435: 128951-128951 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.128951
摘要

The inactivation of microorganisms by nanoscale zero-valent iron (nZVI) was extensively reported, but what happens inside the cells is rarely explored. Herein, we revealed that nZVI caused the drastic increase of intracellular iron concentrations, which subsequently catalyzed the Haber-Weiss reaction to produce high levels of endogenous reactive oxygen species (ROSs) and inactivated E. coli cells by oxidative damage of DNA, evidenced by the significantly higher inactivation efficiencies of E. coli mutant strains deficient in iron uptake regulation and DNA repair than the parental strain. The intracellular iron levels, endogenous ROSs levels and the inactivation efficiencies of E. coli were positively correlated. The permeabilized cytomembrane due to the close contact between nZVI and E. coli was responsible for the iron overload. This work demonstrates experimentally for the first time that nZVI causes iron overload and endogenous oxidative stress to inactivate E. coli, thus deepening our knowledge of the nZVI antimicrobial mechanism.
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