シアノバクテリウムシナコシスティスPCC 6803における重金属応答性プロモーターの活性の特性評価

重金属検出のためのシアノバクテリアベースのバイオセンサーの開発を目指して、シアノバクテリア誘導性遺伝子の発現シアノバクテリア誘導性遺伝子の発現PCC 6803は、CO2+、Zn2+、NI2+、CR6+、AS3+およびAS5+の生物学的に関連する濃度に15分曝露した15分間の定量的RT-PCRによって調査されました。Zn2+輸送P型ATPaseをコードするZiaA遺伝子は、Zn2+イオンによる予想される誘導に加えて、CD2+およびヒ素イオンとのインキュベーション後にmRNAレベルが著しく増加したことを示しました。CO2+排出システムをエンコードする遺伝子コートは、CO2+およびZn2+イオンによって強く誘導され、AS3+イオンによって中程度に誘導され、CD2+およびAS5+イオンによって比較的低いレベルで誘導されました。推定Ni2+流出システムの一部をコードするNRSBの発現は、Ni2+塩によって高度に誘導され、CO2+およびZn2+塩によって低い範囲で誘導されました。推定的なヒ素特異的排出ポンプをコードするARSB遺伝子は、AS3+およびAS5+イオンによって高度に誘導されましたが、他の金属塩はわずかな転写レベルの増加を引き起こしました。CHRAの転写産物は、いくつかの細菌クロム酸輸送体とのタンパク質産物の高い配列類似性にもかかわらず、CR6+塩曝露に対する誘導は示されません。研究された遺伝子の主に非特異的な重金属応答のため、NRSBとARSBのみがNi2+およびヒ素汚染物質を検出するためのバイオセンシングアプリケーションの潜在的な候補であると結論付けています。

Aiming at developing cyanobacterial-based biosensors for heavy metal detection, expression of heavy metal inducible genes of the cyanobacterium Synechocystis PCC 6803 was investigated by quantitative RT-PCR upon 15 minutes exposure to biologically relevant concentrations of Co2+, Zn2+, Ni2+, Cd2+, Cr6+, As3+ and As5+. The ziaA gene, which encodes a Zn2+-transporting P-type ATPase showed a markedly increased mRNA level after incubation with Cd2+ and arsenic ions, besides the expected induction by Zn2+ ions. The Co2+ efflux system-encoding gene coaT was strongly induced by Co2+ and Zn2+ ions, moderately induced by As3+ ions, and induced at a relatively low level by Cd2+ and As5+ ions. Expression of nrsB, which encodes a part of a putative Ni2+ efflux system was highly induced by Ni2+ salts and at a low extent by Co2+ and Zn2+ salts. The arsB gene, which encodes a putative arsenite-specific efflux pump was highly induced by As3+ and As5+ ions, while other metal salts provoked insignificant transcript level increase. The transcript of chrA, in spite of the high sequence similarity of its protein product with several bacterial chromate transporters, shows no induction upon Cr6+ salt exposure. We conclude that due to the largely unspecific heavy metal response of the studied genes only nrsB and arsB are potential candidates for biosensing applications for detection of Ni2+ and arsenic pollutants, respectively.