Reconstruction of Extracellular Respiratory Pathways for Iron(III) Reduction in Shewanella Oneidensis Strain MR-1

舍瓦内拉 希瓦氏菌属 周质间隙 细菌外膜 细胞色素 生物 无氧呼吸 内膜 生物化学 呼吸链 电子传输链 化学 细胞生物学 细菌 基因 遗传学 线粒体 大肠杆菌
作者
Dan Coursolle,Jeffrey A. Gralnick
出处
期刊:Frontiers in Microbiology [Frontiers Media]
卷期号:3 被引量:105
标识
DOI:10.3389/fmicb.2012.00056
摘要

Shewanella oneidensis strain MR-1 is a facultative anaerobic bacterium capable of respiring a multitude of electron acceptors, many of which require the Mtr respiratory pathway. The core Mtr respiratory pathway includes a periplasmic c-type cytochrome (MtrA), an integral outer-membrane β-barrel protein (MtrB), and an outer-membrane-anchored c-type cytochrome (MtrC). Together, these components facilitate transfer of electrons from the c-type cytochrome CymA in the cytoplasmic membrane to electron acceptors at and beyond the outer-membrane. The genes encoding these core proteins have paralogs in the S. oneidensis genome (mtrB and mtrA each have four while mtrC has three) and some of the paralogs of mtrC and mtrA are able to form functional Mtr complexes. We demonstrate that of the additional three mtrB paralogs found in the S. oneidensis genome, only MtrE can replace MtrB to form a functional respiratory pathway to soluble iron(III) citrate. We also evaluate which mtrC/mtrA paralog pairs (a total of 12 combinations) are able to form functional complexes with endogenous levels of mtrB paralog expression. Finally, we reconstruct all possible functional Mtr complexes and test them in a S. oneidensis mutant strain where all paralogs have been eliminated from the genome. We find that each combination tested with the exception of MtrA/MtrE/OmcA is able to reduce iron(III) citrate at a level significantly above background. The results presented here have implications toward the evolution of anaerobic extracellular respiration in Shewanella and for future studies looking to increase the rates of substrate reduction for water treatment, bioremediation, or electricity production.
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