Генетика, 2020, T. 56, № 6, стр. 648-656

Специфические lux-биосенсоры Escherichia coli, содержащие плазмиды pRecA::lux, pColD::lux и pDinI::lux, для детекции генотоксичных агентов

С. К. Абилев 1, В. Ю. Котова 2, С. В. Смирнова 1*, Т. Н. Шапиро 1, Г. Б. Завильгельский 2

1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук
119991 Москва, Россия

2 Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (ГосНИИгенетика)
117545 Москва, Россия

* E-mail: s.v.smirnova.genet@gmail.com

Поступила в редакцию 14.11.2019
После доработки 09.12.2019
Принята к публикации 13.12.2019

Аннотация

Сконструирован lux-биосенсор E. coli MG1655 (pDinI::lux) и проведено сравнительное изучение SOS-ответа трех биосенсоров: E. coli MG1655 (pRecA::lux), E. coli MG1655 (pColD::lux) и E. coli MG1655 (pDinI::lux) при воздействии генотоксичных агентов. Перечисленные биосенсоры обозначены соответственно: PRecA, PColD и PDinI. В качестве показателя уровня SOS-ответа lux-биосенсоров учитывали амплитуду ответа (АО). Показано, что АО биосенсора PDinI более выражена (чем АО биосенсора PRecA) при действии перекиси водорода, алкилирующих агентов НММ, ММС и стрептозотоцина, а также антибактериального средства диоксидина и цитостатиков митомицина С и цис-платины. Антиметаболит 5-фторурацил показал активность только на PDinI. Фурацилин и 4‑НХО, метаболиты которых образуют аддукты с ДНК, были более активны на PColD, чем на PRecA и PDinI. Ингибиторы ДНК-гиразы: налидиксовая кислота и ципрофлоксацин, были менее активны на PDinI, чем на PColD и PRecA. В целом из 13 тестированных веществ восемь более активно индуцировали SOS-ответ у биосенсора PDinI, чем у PColD и PRecA. При этом 5-фторурацил индуцировал SOS-ответ только у биосенсора PDinI. Сделано заключение, что биосенсор PDinI может быть с успехом использован для первичного выявления потенциальных генотоксикантов по их способности индуцировать SOS-ответ в клетках E. coli.

Ключевые слова: lux-биосенсоры, E. coli, SOS-ответ, амплитуда ответа, промоторы SOS-генов, ген dinI, генотоксиканты, алкилирующие агенты, диоксидин, цитостатики.

DOI: 10.31857/S0016675820060028

Список литературы

  1. Vollmer A.C., Belkin S., Smulski D.R. et al. Detection of DNA damage by use of Escherichia coli carrying recA':::lux, uvrA'::lux, or alkA'::lux reporter plasmids // Appl. Environ. Microbiol. 1997. V. 63. P. 2566–2571.

  2. Davidov Y., Rozen R., Smulski D.R. et al. Improved bacterial SOS promoter&Colon: Lux fusions for genotoxicity detection // Mut. Res. 2000. V. 466. P. 97–107.

  3. Norman A.A., Hansen L.H., Sorensen S.J. Construction of a ColD cda promoter – based SOS-Green fluorescent protein whole-cell biosensor with higher sensitivity toward genotoxic compounds than constructs based on recA, umuDC, or sulA promoters // Appl. Environ. Microbiol. 2005. V. 71. P. 2338–2346. https://doi.org/10.1128/AEM.71.5.2338-2346.2005

  4. Manukhov I.V., Kotova V.Yu., Zavilgelsky G.B. Action of 1,1-dimethylhydrazine on bacterial cells is determined by hydrogen peroxide // Mut. Res. 2007. V. 634. P. 176–179.

  5. Song Y., Li G., Thornton S.F., Thompson I.P. Optimization of bacterial whole cell bioreporters for toxicity assay of environmental samples // Environ. Sci. Technol. 2009. V. 43. № 20. P. 7931–7938.

  6. Котова В.Ю., Манухов И.В., Завильгельский Г.Б. Lux-биосенсоры для детекции SOS-ответа, теплового шока и окислительного стресса // Биотехнология. 2009. № 6. С. 16–25. https://doi.org/10.1134/S0003683810080089

  7. Завильгельский Г.Б., Котова В.Ю., Манухов И.В. Сенсорные биолюминесцентные системы на основе lux-оперонов для детекции токсичных веществ // Хим. физика. 2012. Т. 31. № 10. С. 15–20.

  8. Ahn J.-M., Hwang E.T., Youn C.-H. et al. Prediction and classification of the modes of genotoxic actions using bacterial biosensors specific for DNA damages // Biosensors and Bioelectronics. 2009. V. 25. P. 767–772. https://doi.org/10.1016/j.bios.2009.08.025

  9. Игонина Е.В., Марсова М.В., Абилев С.К. Lux-биосенсоры: скрининг биологически активных соединений на генотоксичность // Экол. генет. 2016. Т. 14. С. 52–62. https://doi.org/10.17816/ecogen14452-62

  10. Van Dyk T.K., Rosson R.A. Photorhabdus luminescens lux CDABE promoter probe vectors // Meth. Mol. Biol. 1998. V. 102. P. 85–95.

  11. Weng M.-W., Zheng Y., Jasti V.P. et al. Repair of mitomycin C mono- and interstrand cross-linked DNA adducts by UvrABC: a new model // Nucl. Ac. Res. 2010. V. 38. № 20. P. 6976–6984.

  12. Абилев С.К., Глазер В.М. Генетическая токсикология: итоги и проблемы // Генетика. 2013. Т. 49. № 1. С. 81–93. https://doi.org/10.7868/S0016675813010025

  13. McCann J., Choi E., Yamasaki E., Ames B.N. Detection of carcinogens as mutagens in the Salmonella/microsome test: Assay of 300 chemicals // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1975. V. 72. № 12. P. 5135–5139.

  14. Quillardet P., Huisman O., D’Ari R. et al. SOS chromotest, a direct assay of induction of an SOS function in Escherichia coli K12 to measure genotoxity // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1982. V. 79. № 19. P. 5971–5975. https://doi.org/10.1073/pnas.79.19.5971

  15. Quillardet P., Hofnung M. SOS chromotest: A review // Mut. Res. 1993. V. 297. P. 235–279. https://doi.org/10.1016/0165-1110(93)90019-j

  16. Cox M.M. Regulation of bacterial RecA protein function // Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2007. V. 42. № 1. P. 41–63. https://doi.org/10.1080/10409230701260258

  17. Galkin V.E., Britt R.L., Bane L.B. et al. Two modes of binding of DinI to RecA filament provide a new insight into the regulation of SOS response by DinI protein // J. Mol. Biol. 2011. V. 408. P. 815–824. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2011.03.046

  18. Voloshin O.N., Ramirez B.E., Bax A., Camerini-Otero R.D. A model for the abrogation of the SOS response by an SOS protein: A negatively charged helix in DinI mimics DNA in its interaction with RecA // Genes. Dev. 2001. V. 15. P. 415–427. https://doi.org/10.1101/gad.86290

  19. Yasuda T., Morimatsu K., Kato R. et al. Physical interactions between DinI and RecA nucleoprotein filament for the regulation of SOS mutagenesis // EMBO J. 2001. V. 20. P. 1192–1202. https://doi.org/10.1093/emboj/20.5.1192

  20. Yasuda T., Morimatsu K., Horii K. et al. Inhibition of Escherichia coli RecA coprotease by DinI // EMBO J. 1998. V. 17. № 11. P. 3207–3216. https://doi.org/10.1093/emboj/17.11.3207

  21. Longley D.S., Harkin D.P., Johnston P.G. 5-Fluorouracil: Mechanisms of action and clinical strategies // Nature Rev. Cancer. 2003. V. 3. № 5. P. 330–337. https://doi.org/10.1038/nrc1074

Дополнительные материалы отсутствуют.