Молекулярная биология, 2022, T. 56, № 4, стр. 619-627

Инактивация терминальной оксидазы bd-I приводит к сверхчувствительности E. coli к антибиотикам классов хинолонов и бета-лактамов

Т. А. Серегина a*, К. В. Лобанов a, Р. С. Шакулов a, А. С. Миронов a

a Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук
119991 Москва, Россия

* E-mail: tatyana.s82@gmail.com

Поступила в редакцию 16.02.2022
После доработки 02.03.2022
Принята к публикации 02.03.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Терминальная оксидаза bd-I Escherichia coli, кодируемая генами cydAB, катализирует восстановление кислорода до воды с использованием гидрохинона в качестве донора электронов. Помимо cydAB, для сборки активной bd-I-оксидазы необходимо функционирование еще двух генов ‒ cydDC, контролирующих синтез гетеродимерного АТP-связывающего транспортера. Показано, что инактивация фермента bd-I E. coli путем делеции генов cydB или cydD приводит к возникновению сверхчувствительности бактерий к хинолоновым и бета-лактамным антибиотикам. Чувствительность этих мутантов к антибиотикам частично супрессируется при внесении в их геном конститутивно экспрессируемого гена katG, кодирующего каталазу, под контролем промотора Ptet. К аналогичному эффекту приводит повышение уровня генерации внутриклеточного сероводорода в результате экспрессии гена mstA, поставленного под контроль промотора Ptet (кодирует фермент 3-меркаптопируват-сульфидтрансферазу). Полученные данные свидетельствуют о важной роли терминальной оксидазы bd-I в защите бактерий от окислительного стресса и бактерицидного действия антибиотиков.

Ключевые слова: E. coli, терминальная оксидаза bd-I, гены cydB и cydD, делеции, сверхчувствительность к антибиотикам, окислительный стресс, каталаза КatG, сероводород

ВВЕДЕНИЕ

Геном Е. coli содержит кластеры генов, кодирующих три цитохромоксидазы: bo׳ (оперон сyoABCD), bd-I и II (оперон cydAB) и bd-II (оперон appCD) [1]. Эти три фермента функционируют на последнем этапе дыхательной цепи, контролируя сопряжение окисления дыхательных субстратов с четырехэлектронным восстановлением кислорода до воды. Экспрессия оперона cyoABCD, кодирующего цитохромоксидазу bo׳, максимальна при высоком внутриклеточном содержании кислорода, тогда как экспрессия bd-I и bd-II находится на низком уровне [2]. Напротив, в условиях низких внутриклеточных концентраций кислорода, наблюдаемых, в частности, на стационарной стадии роста бактерий, активность bd-I и bd-II резко повышается, а экспрессия bo׳ существенно снижается [3]. Наряду с опероном cydAB, для сборки активной bd-I-оксидазы необходимо функционирование еще двух генов ‒ cydDC, контролирующих синтез гетеродимерного АТР-связывающего транспортера [4, 5].

Помимо генерации протон-движущей силы, цитохромоксидаза bd-I выполняет в клетке и другие жизненно важные функции. Так, активная bd-I повышает толерантность Е. coli к оксиду азота [6, 7], окислительному стрессу [8, 9] и вовлечена в механизм детоксификации клеток Е. coli от пероксида водорода [10, 11]. Уровень экспрессии и содержание цитохромоксидазы bd-I в мембране увеличиваются не только при низкой концентрации O2 [12‒14], но и в условиях защелачивания среды [15], при высокой температуре [16, 17], при добавлении в среду ядов, в частности цианида [18, 19], в присутствии разобщителей протонофоров [15, 20, 21] и при высоком гидростатическом давлении [22, 23]. Мутанты E. coli, дефектные по bd-I, обнаруживают чувствительность к H2O2 [17], цинку [18, 24], продуцируют внеклеточный фактор, ингибирующий рост бактерий [25, 26], а также теряют способность выходить из стационарной фазы роста и возобновлять аэробный рост при 37°С [27, 28]. В то же время, какие-либо данные об участии цитохромоксидазы bd-I в защите бактерий от действия антибиотиков отсутствуют.

Главной задачей настоящей работы было выяснение роли цитохромоксидазы bd-I в обеспечении устойчивости бактерий к действию антибиотиков. С этой целью мы инактивировали цитохромоксидазу bd-I путем делеции генов cydB или cydD в хромосоме E. coli и показали, что полученные мутантные бактерии сверхчувствительны к действию хинолоновых и бета-лактамных антибиотиков. Таким образом, данные, показывающие, что повышенная чувствительность мутантов ∆cydB и ∆cydD к антибиотикам супрессируется при конститутивной экспрессии гена katG или высоком уровне генерации сероводорода, позволяют заключить, что цитохромоксидаза bd-I вовлечена в защиту бактерий от действия бактерицидных антибиотиков.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Бактериальные штаммы. Использованные в работе бактериальные штаммы E. coli и их генотип представлены в табл. 1. Делеционные мутанты получали, выращивая фаг Р1 на штаммах из коллекции Keio [32], содержащих инсерции cysB::kan и cydD::kan, и их последующей трансдукции в геном штамма E. coli MG1655. Из полученных штаммов удаляли канамициновую кассету с помощью хелперной плазмиды pCP20 [33] с образованием делеций ∆cydB и ∆cydD. Наличие делеций подтверждали с помощью ПЦР. Получение штаммов, содержащих гены katG и mstA под контролем конститутивного промотора Ptet, описано в работе [31]. Для количественной оценки уровня генерации супероксид-аниона использовали гибридную плазмиду pSoxS'::lux, в которой промоторно-операторная область перед геном soxS транскрипционно слита с кассетой генов luxCDABE P. luminescens [34, 35].

Таблица 1.  

Генотип и происхождение штаммов E. coli, использованных в работе

Штамм Генотип Происхождение
MG1655 F дикий тип [29]
AM3105 Как MG1655, но ∆cydB [30]
AM3086 Как MG1655, но ∆cydD [30]
AM3096 Как MG1655, но Ptet-katG [30]
AM3009 Как MG1655, но Ptet-mstA [31]
AM3111 Как AM3086, но Ptet-katG Данная работа
AM3113 Как AM3105, но Ptet-katG »
AM3114 Как AM3086, но Ptet-mstA »
AM3115 Как AM3105, но Ptet-mstA »
AM3120 Как MG1655, но pSoxS'::lux »
AM3122 Как AM3105, но pSoxS'::lux »
AM3123 Как AM3086, но pSoxS'::lux »

Среды и условия культивирования. В качестве полноценной питательной среды для выращивания бактерий использовали среду LB без глюкозы [36]. В жидкой среде бактерии культивировали на качалке (200 об./мин). При необходимости в среду добавляли: налидиксовую кислоту (2 мкг/мл), норфлоксацин (0.05 мкг/мл), моксифлоксацин (0.05 мкг/мл), карбенициллин (3 мкг/мл), ампициллин (3 мкг/мл).

Построение кривых роста бактерий. Кривые роста строили с использованием автоматического прибора Bioscreen. Ночные культуры бактерий, выращенные при 37°С в среде LB, разводили в 100 раз, помещали в лунки платформы Bioscreen и растили при 37°С и максимальном встряхивании. Величины OD600 записывали автоматически через определенные промежутки времени. Каждый опыт проводили в трех повторностях, средние значения использовали для построения кривых роста бактерий.

Определение чувствительности бактерий к антибиотикам. Ночные культуры бактерий разводили в 100 раз и выращивали при аэрации и 37°С до титра 107, обрабатывали указанными концентрациями антибиотиков и продолжали выращивать в течение 90 мин, затем делали разведения и высевали пробы на чашки с LB-средой, которые помещали в термостат (37°С, 24 ч). Выживаемость определяли, подсчитывая число колоний в трех независимых опытах и вычисляя средние значения. Кроме того, способность к образованию колоний оценивали методом микроразведений. Ночные культуры бактерий разводили в 100 раз и подращивали на термостатированной качалке при 37°С до OD600 = = 0.5–0.6. Все суспензии выравнивали по оптической плотности. Готовили серию десятикратных разведений полученных культур в 96-луночном планшете в объеме 100 мкл. Полученные разведения высевали на чашки с богатой средой, содержащей различные концентрации исследуемых антибиотиков. Чашки инкубировали в течение ночи в термостате при 37°С и фотографировали с помощью аналитической системы GelCamera M-26XV.

Определение уровня генерации активных форм кислорода в присутствии антибиотиков. Ночные культуры бактерий, содержащие плазмиду pSoxS'::lux, разводили до титра 107 клеток/мл в свежей среде LB и выращивали с аэрацией при 30°С до ранней экспоненциальной стадии. Пробы объемом 200 мкл переносили в специальные кюветы, одна из проб, в которую добавляли 4 мл дистиллированной воды, служила контролем, а во вторую добавляли антибиотики с заданной концентрацией. Пробы помещали перед фотоумножителем люминометра LMAO1 (“Beckmann”, США) для измерения интенсивности биолюминесценции. Интенсивность биолюминесценции определяли согласно [37].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Инактивация цитохромоксидазы bd-I приводит к сверхчувствительности к антибиотикам

Согласно многочисленным исследованиям, генетическое повреждение цитохромоксидазы bd-I снижает устойчивость бактерий к окислительному и другим видам физиологического стресса [6‒11]. Для проверки возможного участия этого ферментного комплекса в защите бактерий от бактерицидных антибиотиков проведена инактивация bd-I путем трансдукционного переноса инсерций cydB::kan и cydD::kan из штаммов коллекции Keio [32] в хромосому штамма MG1655 с последующим выщеплением канамициновой кассеты и образованием соответствующих делеций ∆cydB и ∆cydD. Ген cydB кодирует субъединицу II цитохромоксидазы bd-I, которая: в комплексе с субъединицей I образует активный фермент, способный связывать металлсодержащие кофакторы: гем b558, гем b595 и гем d [38]. Ген cydD кодирует транспортер типа ABC, содержащий сайт связывания АТР, и участвует в сборке активного комплекса bd-I [39].

Построение кривых роста мутантных клеток (рис. 1) показало, что у обоих мутантов ∆cydB и ∆cydD продолжительность лаг-фазы значительно увеличивается по сравнению с родительским штаммом MG1655, однако по достижении экспоненциальной стадии скорости роста мутантов и бактерий дикого типа, выравниваются.

Рис. 1.

Мутанты cydB и cydD характеризуются увеличением продолжительности лаг-фазы роста. Показаны кривые роста штаммов MG1655 (дикий тип) и мутантов cydB и cydD. Ночные культуры бактерий, выращенные при 37°С в среде LB, разводили в 100 раз, помещали в лунки платформы прибора Bioscreen С и растили при 37°С и максимальном встряхивании. Величины OD600 записывали автоматически через определенные промежутки времени. Каждый опыт проводили в трех повторностях, для построения кривых роста бактерий использовали средние значения.

На следующем этапе работы определяли чувствительность полученных мутантов к антибиотикам, принадлежащим к классу хинолонов – налидиксовой кислоте, норфлоксацину и моксифлоксацину, а также к бета-лактамам – ампициллину и карбенициллину (рис. 2 и 3). Как показано на рис. 2 и 3, оба мутанта (∆cydB и ∆cydD) обнаруживают значительно более высокий уровень чувствительности ко всем трем хинолонам, а также к бета-лактамам по сравнению с родительским штаммом MG1655.

Рис. 2.

Конститутивная экспрессия гена katG супрессирует сверхчувствительность мутантов cydB и cydD к действию хинолоновых антибиотиков: налидиксовой кислоте (Nal), норфлоксацину (Nor) и моксифлоксацину (Mox). а – Эффективность образования колоний в присутствии антибиотиков определяли путем нанесения бактериальных суспензий из серии 10-кратных разведений на чашки с LB-средой, содержащей антибиотики в указанных концентрациях; б – ночные культуры бактерий разводили в 100 раз и выращивали при аэрации и 37°С до титра 107, обрабатывали антибиотиками в указанных концентрациях и продолжали выращивать в течение 90 мин. Затем делали разведения и высевали пробы на чашки с LB-средой, которые помещали в термостат (37°С, 24 ч). Здесь и на рис. 3‒5 выживаемость определяли, подсчитывая число колоний в трех независимых опытах для вычисления средних значений.

Рис. 3.

Конститутивная экспрессия гена katG супрессирует сверхчувствительность мутантов cydB и cydD к действию бета-лактамных антибиотиков: ампициллину (Amp) и карбенициллину (Car). а – Эффективность образования колоний в присутствии антибиотиков определяли путем нанесения бактериальных суспензий из серии 10-кратных разведений на чашки с LB-средой, содержащей антибиотики в указанных концентрациях. б – Ночные культуры бактерий разводили в 100 раз и выращивали при аэрации и 37°С до титра 107, обрабатывали антибиотиками в указанных концентрациях и продолжали выращивать в течение 90 мин. Затем делали разведения и высевали пробы на чашки с LB-средой, которые помещали в термостат (37°С, 24 ч). Выживаемость определяли как на рис. 2.

Сверхчувствительность мутантов ∆cydB и ∆cydD частично супрессируется конститутивным синтезом каталазы KatG и высоким уровнем генерации сероводорода

Хинолоны ингибируют ДНК-гиразу грамотрицательных бактерий, один из ключевых ферментов, участвующих в репликации бактериальной хромосомы, на стадии формирования эфирной связи тирозилфосфата, в результате чего в основной цепи ДНК образуется разрыв. Этот этап бактериостатичен и обратим. Бактерицидное (летальное) необратимое действие хинолонов связано с последующим процессом накопления одно- и двухцепочечных разрывов в ДНК [40], оно определяется сложным взаимодействием хинолона и гидроксил-радикала OH' [41‒43]. Гидроксил-радикал играет ключевую роль и в летальном эффекте антибиотиков других групп (β-лактамных, аминогликозидных и др.) [4449]. При росте необработанных хинолонами бактерий в аэробных условиях активные формы кислорода (АФК) образуются как побочный продукт активности ферментов дыхательной системы. Однако системы защиты от пероксида водорода (каталазы KatG и KatE, алкилгидропероксидредуктаза AhpC) и супероксид-аниона (супероксиддисмутазы MnSodA, FeSodB, CuSodC) обеспечивают очень низкий базальный уровень АФК, не способный повредить ДНК, тем более что клетка содержит специальные ферменты, репарирующие окисленные азотистые основания в ДНК.

Обнаруженная нами сверхчувствительность мутантов ∆cydB и ∆cydD к антибиотикам указывает на критическую роль цитохромоксидазы bd-I в защите клетки от предполагаемого повышенного уровня генерации АФК при обработке бактерий антибиотиками. Для проверки этого предположения мы решили усилить экспрессию гена katG, кодирующего каталазу, ‒ один из основных ферментов, обеспечивающих защиту клеток от действия АФК. С этой целью ген katG поместили под контроль сильного промотора Ptet, и полученную конструкцию перенесли в геном мутантов ∆cydB и ∆cyd. Как следует из рис. 2 и 3, конститутивная экспрессия katG приводит к существенной супрессии бактерицидного действия антибиотиков на мутантов ∆cydB и ∆cydD. Обращает на себя внимание тот факт, что сверхэкспрессия каталазы более эффективно супрессирует чувствительность к антибиотикам на фоне делеции ∆cydD, чем при повреждении гена cydB.

Аналогичный уровень супрессии наблюдается при внесении в хромосому гена mstA под контролем сильного промотора Ptet, что обеспечивает высокий уровень генерации внутриклеточного сероводорода (рис. 4 и 5). Ранее мы показали, что ген mstA, кодирующий 3-меркаптопируват-сульфидтрансферазу, играет ключевую роль в генерации эндогенного сероводорода и в условиях конститутивного синтеза обеспечивает защиту бактерий от окислительного стресса и антибиотиков [29, 31]. Главным механизмом защитного действия сероводорода является его способность титровать молекулы свободного железа в реакции Фентона, приводящей к генерации токсичного гидроксил-радикала [31]. Таким образом, полученные данные позволяют предположить, что важной составляющей бактерицидного действия используемых антибиотиков является генерация АФК.

Рис. 4.

Конститутивная экспрессия гена mstA супрессирует сверхчувствительность мутантов cydB и cydD к действию хинолоновых антибиотиков: налидиксовой кислоте (Nal), норфлоксацину (Nor) и моксифлоксацину (Mox). а – Эффективность образования колоний в присутствии антибиотиков определяли путем нанесения бактериальных суспензий из серии 10-кратных разведений на чашки с LB- средой, содержащей антибиотики в указанных концентрациях. б – Ночные культуры бактерий разводили в 100 раз и выращивали при аэрации и 37°С до титра 107, обрабатывали антибиотиками в указанных концентрациях и продолжали выращивать в течение 90 мин, затем делали разведения и высевали пробы на чашки с LB-средой, которые помещали в термостат (37°С, 24 ч). Выживаемость определяли, как на рис. 2.

Рис. 5.

Конститутивная экспрессия гена mstA супрессирует сверхчувствительность мутантов cydB и cydD к действию бета-лактамных антибиотиков: ампициллину (Amp) и карбенициллину (Car). а – Эффективность образования колоний в присутствии антибиотиков определяли путем нанесения бактериальных суспензий из серии 10-кратных разведений на чашки с LB-средой, содержащей антибиотики в указанных концентрациях. б – Ночные культуры бактерий разводили в 100 раз и выращивали при аэрации и 37°С до титра 107, обрабатывали антибиотиками в указанных концентрациях и продолжали выращивать в течение 90 мин, затем делали разведения и высевали пробы на чашки с LB-средой, которые помещали в термостат (37°С, 24 ч). Выживаемость определяли, как на рис. 2.

Мутанты ∆cydB и ∆cydD характеризуются более высоким базальным уровнем генерации АФК

Уровень генерации АФК определяли с использованием плазмиды SoxS'::lux – специфического индуцируемого lux-биосенсора, позволяющего детектировать супероксид-анион [34]. Этой плазмидой трансформировали клетки мутантов ∆cydB и ∆cydD и измеряли интенсивность биолюминесценции полученных штаммов в зависимости от времени инкубации (рис. 6). Как следует из данных, представленных на рис. 6, мутанты ∆cydB и ∆cydD характеризуются резким нарастанием интенсивности биолюминесценции по сравнению с бактериями дикого типа. Из этого следует, что повреждение цитохромоксидазы bd-I действительно сопровождается более высоким базальным уровнем генерации супероксидного аниона.

Рис. 6.

Мутанты cydB и cydD обнаруживают повышенный уровень генерации супероксидного аниона по сравнению с бактериями дикого типа. Показана интенсивность люминесценции, обеспечиваемой плазмидой pSoxS'::lux, в клетках мутантов cydB и cydD, и штамма MG1655 дикого типа.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Бактериальная клетка содержит ферменты, осуществляющие защиту от АФК: каталазы (KatG и KatE) и алкилгидропероксидредуктаза AhpC разлагают пероксид водорода до сверхнизких концентраций, а супероксиддисмутазы SodA, SodB и SodC восстанавливают супероксид-анионы до кислорода и пероксида водорода, который в дальнейшем разлагается каталазами. Показано, что основной вклад в летальное действие пероксида водорода вносят присутствующие в клетке свободные ионы Fe2+ [50, 51]. В этом случае пероксид водорода в реакции с ионом железа (реакция Фентона) превращается в гидроксил-радикал OH:

${{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{{{\text{O}}}_{2}} + {\text{F}}{{{\text{e}}}^{{2 + }}} \to {\text{F}}{{{\text{e}}}^{{3 + }}} + {\text{OH}} + {\text{О}}{{{\text{H}}}^{ - }}.$

Радикал OH характеризуется высокой стабильностью и способностью вызывать разрывы в цепи ДНК. Полученные нами данные позволяют заключить, что цитохромоксидаза bd-I, наряду с описанными выше ферментами, играет важную роль в защите клеток бактерий от окислительного стресса и бактерицидного действия антибиотиков. Кроме того, наши данные подтверждают концепцию о важном вкладе АФК в летальное действие бактерицидных антибиотиков на бактериальные клетки [41‒48, 52]. Результаты нашей работы показывают, что цитохромоксидазу bd-I можно рассматривать как перспективную мишень для создания ингибиторов, обладающих антибактериальной активностью.

Авторы выражают благодарность Е.А. Нудлеру за ценные комментарии при обсуждении результатов настоящей работы.

Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (Контракт в системе электронный бюджет № 075-10-2021-113, ID проекта: RF-193021X0001).

Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов исследований.

Авторы сообщают об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

  1. Anraku Y., Gennis R.B. (1987) The aerobic respiratory chain of Escherichia coli. Trends Biochem. Sci. 12, 262–266.

  2. Kranz R.G., Gennis R.B. (1983) Immunological characterization of the cytochrome o terminal oxidase from Escherichia coli. J. Biol. Chem. 258, 10614‒10621.

  3. Rice C.W., Hempfling W.P. (1978) Oxygen-limited continuous culture and respiratory energy conservation in Escherichia coli. J. Bacteriol. 134, 115–124.

  4. Georgiou C.D., Fang H., Gennis R.B. (1987) Identification of the cydC locus required for the expression of the functional form of the cytochrome d terminal oxidase complex in Escherichia coli. J. Bacteriol. 169, 2107–2112.

  5. Poole R.K., Hatch L., Cleeter M.W.J., Gibson F., Cox G.B., Wu G. (1993) Cytochrome bd biosynthesis in Escherichia coli: the sequences of the cydC and cydD genes suggest that they encode the components of an ABC membrane transporter. Mol. Microbiol. 10, 421–430.

  6. Borisov V.B., Forte E., Konstantinov A.A., Poole R.K., Sarti P., Giuffre A. (2004) Interaction of the bacterial terminal oxidase cytochrome bd with nitric oxide. FEBS Lett. 576, 201–204.

  7. Mason M.G., Shepherd M., Nicholls P., Dobbin P.S., Dodsworth K.S., Poole R.K., Cooper C.E. (2009) Cytochrome bd confers nitric oxide resistance to Escherichia coli. Nat. Chem. Biol. 5, 94–96.

  8. Lindqvist A., Membrillo-Hernandez J., Poole R.K., Cook G.M. (2000) Roles of respiratory oxidases in protecting Escherichia coli K12 from oxidative stress. Antonie Van Leuwenhoek. 78, 23–31.

  9. Giuffre A., Borisov V.B., Arese M., Sarti P., Forte E. (2014) Cytochrome bd oxidase and bacterial tolerance to oxidative and nitrosative stress. Biochim. Biophys. Acta. 1837, 1178–1187.

  10. Борисов В.Б., Давлетшин А.И., Константинов А.А. (2010) Пероксидазная активность цитохрома bd из Escherichia coli. Биохимия. 75, 520–530.

  11. Korshunov S., Imlay J.A. (2010) Two sources of endogenous hydrogen peroxide in Escherichia coli. Mol. Microbiol. 75, 1389–1401.

  12. Rice C.W., Hempfling W.P. (1978) Oxygen-limited continuous culture and respiratory energy conservation in Escherichia coli. J. Bacteriol. 134, 115–124.

  13. Cotter P.A., Chepuri V., Gennis R.B., Gunsalus R.P. (1990) Cytochrome o (cyoABCDE) and d (cydAB) oxidase gene expression in Escherichia coli is regulated by oxygen, pH, and the fnr gene product. J. Bacteriol. 172, 6333–6338.

  14. Fu H.-A., Iuchi S., Lin E.C.C. (1991) The requirement of ArcA and Fnr for peak expression of the cyd operon in Escherichia coli under microaerobic conditions. Mol. Gen. Genet. 226, 209–213.

  15. Avetisyan A.V., Bogachev A.V., Murtasina R.A., Skulachev V.P. (1992) Involvement of a d-type oxidase in the Na+-motive respiratory chain of Escherichia coli growing under low ΔμH+ conditions. FEBS Lett. 306, 199–202.

  16. Delaney J.M., Fayet O., Lipinska B., Yamamoto T., Georgopoulos C. (1992) arc-Dependent thermal regulation and extragenic suppression of the Escherichia coli cytochrome d operon. J. Bacteriol. 174, 6554–6562.

  17. Delaney J.M., Wall D., Georgopoulos C. (1993) Molecular characterization of the Escherichia coli htrD gene: cloning, sequence, regulation, and involvement with cytochrome d oxidase. J. Bacteriol. 175, 166–175.

  18. Ashcroft J.R., Haddock B.A. (1975) Synthesis of alternative membrane-bound redox carriers during aerobic growth of Escherichia coli in the presence of potassium cyanide. Biochem. J. 148, 349–352.

  19. Brekasis D., Paget M.S. (2003) A novel sensor of NADH/NAD+ redox poise in Streptomyces coelicolor A3(2). EMBO J. 222, 4856–4865.

  20. Bogachev A.V., Murtazina R.A., Skulachev V.P. (1993) Cytochrome d induction in Escherichia coli growing under unfavorable conditions. FEBS Lett. 336, 75–78.

  21. Bogachev A.V., Murtazine R.A., Shestopalov A.I., Skulachev V.P. (1995) Induction of the Escherichia coli cytochrome d by low ΔμH+ and by sodium ions. Eur. J. Biochem. 232, 304–308.

  22. Tamegai H., Kato C., Horikoshi K. (1998) Pressure-regulated respiratory system in barotolerant bacterium, Shewanella sp. strain DSS12. J. Biochem. Mol. Biol. Biophys. 1, 213–220.

  23. Tamegai H., Kawano H., Ishii A., Chikuma S., Nakasone K., Kato C. (2005) Pressure-regulated biosynthesis of cytochrome bd in piezo- and psychrophilic deep-sea bacterium Shewanella violacea DSS12. Extremophiles. 9, 247–253.

  24. Poole R.K., Williams H.D., Downie J.A., Gibson F. (1989) Mutations affecting the cytochrome d-containing oxidase complex of Escherichia coli K12: identification and mapping of a fourth locus, cydD. J. Gen. Microbiol. 135, 865–1874.

  25. Macinga D.R., Rather P.N. (1996) aarD, a Providencia stuartii homologue of cydD: role in 2′-N-acetyltransferase expression, cell morphology and growth in the presence of an extracellular factor. Mol. Microbiol. 19, 511–520.

  26. Cook G.M., Loder C., Soballe B., Stafford G.P., Membrillo-Hernandez J., Poole R.K. (1998) A factor produced by Escherichia coli K-12 inhibits the growth of E. coli mutants defective in the cytochrome bd quinol oxidase complex: enterochelin rediscovered. Microbiology. 144, 3297–3308.

  27. Siegele D.A., Kolter R. (1993) Isolation and characterization of an Escherichia coli mutant defective in resuming growth after starvation. Genes Dev. 7, 629–640.

  28. Siegele D.A., Imlay K.R., Imlay J.A. (1996) The stationary-phase-exit defect of cydC (surB) mutants is due to the lack of a functional terminal cytochrome oxidase. J. Bacteriol. 178, 6091–6096.

  29. Shatalin K, Shatalina E., Mironov A., Nudler E. (211) H2S: A universal defense against antibiotics in bacteria. Science. 334, 986–990.

  30. Mironov A., Seregina T., Shatalin K., Nagornykh M., Shakulov R., Nudler E. (2020) CydDC functions as a cytoplasmic cystine reductase to sensitize Escherichia coli to oxidative stress and aminoglycosides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 117, 23565‒23570.

  31. Mironov A., Seregina T., Nagornykh M., Luhachack L., Korolkova L, Errais Lopes L, Kotova V., Zavilgelsky G., Shakulov R., Shatalin R., Nudler E. (2017) A mechanism of H2S-mediated protection against oxidative stress in E. coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 114, 6022‒6027.

  32. Baba T., Ara T., Hasegawa M., Takai Y., Okumura Y., Baba M., Datsenko K.A., Tomita M., Wanner B.L., Mori H. (2006) Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-gene knockout mutants: the Keio collection. Mol. Syst. Biol. 2, 2006.0008.

  33. Datsenko K.A., Wanner B.L. (2000) One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 97, 6640–6645.

  34. Котова В.Ю., Миронов А.С., Завильгельский Г.Б. (2014) Вклад активных форм кислорода в бактерицидное действие хинолонов ‒ ингибиторов ДНК-гиразы. Молекуляр. биология. 48(6), 990‒998.

  35. Котова В.Ю., Манухов И.В., Завильгельский Г.Б. (2009) Lux-биосенсоры для детекции SOS-ответа, теплового шока и окислительного стресса. Биотехнология. №6, 16‒25.

  36. Miller J.H. (1972) Experiments in Molecular Genetics. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Lab. Press.

  37. Zavilgelsky G.B., Kotova V.Y., Manukhov I.V. (2007) Action of 1,1-dimethylhydrazine on bacterial cells is determined by hydrogen peroxide. Mutat. Res. 634, 172–176.

  38. Kita K., Konishi K., Anraku Y. (1984) Terminal oxidases of Escherichia coli aerobic respiratory chain. II. Purification and properties of cytochrome b558-d complex from cells grown with limited oxygen and evidence of branched electroncarrying systems. J. Biol. Chem. 259, 3375‒3381.

  39. Cruz-Ramos H., Cook G.M., Wu G., Cleeter M.W., Poole R.K. (2004). Membrane topology and mutational analysis of Escherichia coli CydDC, an ABC-type cysteine exporter required for cytochrome assembly. Microbiology. 150, 3415‒3427.

  40. Luan G., Hong Y., Drlica K., Zhao X. (2018) Suppression of reactive oxygen species accumulation accounts for paradoxical bacterial survival at high quinolone concentration. Antimicrob. Agents Chemother. 62, e01622-17.

  41. Malik M., Zhoo X., Drlica K. (2006) Lethal fragmentation of bacterial chromosomes mediated by DNA gyrase and quinolones. Mol. Microbiol. 61, 810–825.

  42. Dwyer D.J., Kohanski M.A., Hayele B., Collins J.J. (2007) Gyrase inhibitors induce an oxidative damage cellular death pathway in Escherichia coli. Mol. Syst. Biol. 3, 91–106.

  43. Kohanski M.A., Dwyer D.J., Hayele B., Lawrence C.A., Collins J.J. (2007) A common mechanism of cellular death induced by bactericidal antibiotics. Cell. 130, 797–810.

  44. Wang X., Zhao X., Malik M., Drlica K. (2010) Contribution of reactive oxygen species to pathways of quinolone-mediated bacterial cell death. J. Antimicrob. Chemother. 65, 520–524.

  45. Dwyer D.J., Kohanski M.A., Collins J.J. (2009) Role of reactive oxygen species in antibiotic action and resistance. Curr. Opin. Microbiol. 12, 482–489.

  46. Wang X., Zhao X. (2009) Contribution of oxidative damage to antimicrobial lethality. Antimicrob. Agents Chemother. 53, 1395–1402.

  47. Kohanski M.A., Dwyer D.J., Collins J.J. (2010) How antibiotics kill bacteria: from targets to networks. Nat. Rev. Microbiol. 8, 423–435.

  48. Belenky P., Collins J.J. (2011) Antioxidant strategies to tolerate antibiotics. Science. 334, 915–916.

  49. Foti J.J., Devadoss B., Winkler J.A., Collins J.J., Wal-ker G.C. (2012) Oxidation of the guanine nucleotide pool underlies cell death by bactericidal antibiotics. Science. 336, 315–319.

  50. Imlay J.A., Chin S.M., Linn S. (1988) Toxic DNA damage by hydrogen peroxide through the Fenton reaction in vivo and in vitro. Science. 240, 640–642.

  51. Park S., You X., Imlay J.A. (2005) Substantial DNA damage from submicromolar intracellular hydrogen peroxide detected in Hpx7 mutants of Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 102, 9317–9322.

  52. Zhao X., Drlica K. (2014) Reactive oxygen species and the bacterial response to lethal stress. Curr. Opin. Microbiol. 21, 1–6.

Дополнительные материалы отсутствуют.