Escherichia coli W3110'da porin proteinlerinin (OmpA, OmpC, OmpF. OmpG, OmpT, LamB ve PhoE) metal stresindeki rollerinin belirlenmesi

Metaller, canlılar için oldukça önemlidir. Genellikle metaller, temel biyolojik süreçler için önemli olan biyomoleküllerin yapısal veya katalitik bileşeni olarak görev almaktadır. Ancak çeşitli nedenlerden dolayı doğada biriken bakır, kadmiyum, kurşun, çinko, nikel, civa ve krom gibi ağır metaller, canlıları olumsuz etkileyen en önemli çevre sorunlarından biri haline gelmiştir. Hücredeki metallerin homeostazı, öncelikle hücre içine ve hücre dışına metal taşınmasının düzenlenmesi ile ilgilidir. Bu nedenle membran geçirgenliğinde rolü olan porin proteinlerinin metal direncinin gelişmesinde önemli rolü olacağı değerlendirilmektedir. Bu çalışmada, Escherichia coli W3110'nun dış membran kanal proteinlerinden OmpA, OmpC, OmpF, OmpG, OmpT, LamB, ve PhoE porin proteinlerinin kobalt, bakır, çinko, kadmiyum ve nikel metallerine karşı rolleri belirlendi. Bununla birlikte, metal homeostazında yer alan CueR, RcnR, NikR, Zur, CpxAR ve CusSR proteinlerinin porin genleri üzerindeki rolleri araştırıldı. Çalışmada kullanılmak üzere E. coli W3110 mutantları ve komplement hücreleri elde edildi. Porin proteinlerinin kobalt, bakır, çinko, kadmiyum ve nikel metallerine karşı rolleri, yabani tip E. coli W3110 ve porin mutantlarının çoğalma ve yaşam deneyleri yapılarak belirlendi. Porin genlerinin ifadelerinin çalışılan metallerin varlığında değişimi ve bu değişimde CueR, RcnR, NikR, Zur, CpxAR ve CusSR proteinlerinin rolü gerçek zamanlı PZR ile belirlendi. Son olarak, zayıflatılmış toplam yansıtma (ATR)–Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi kullanılarak, metale maruz kalan yabani E. coli W3110 ile farklı porin mutantlarında meydana gelen moleküler profiller karşılaştırıldı. Çalışmalar sonunda elde edilen verilerin istatiksel analizleri GraphPAD Prism 8.3.0 programında 2way ANOVA testine göre yapıldı ve P≤ 0.05 sistemine göre önem dereceleri belirlendi. Çalışma sonucunda, genel olarak OmpA ve OmpC proteinlerinin yokluğu hücreyi duyarlı hale getirirken, OmpF ve LamB'nin yokluğu metale karşı direnci arttırdığı belirlendi. Bütün metal streslerinde, yabani tip E. coli W3110'da ompA, ompC, ompF genlerinin sentezinin azaldığı, ompG ve phoE genlerinin sentezinin ise önemli derecede arttığı belirlendi. ompT geninin sentezi kadmiyum metalinde önemli derecede baskılandığı, lamB'nin ise Cu ve Zn varlığında sentezinin arttığı ancak Cd ve Co varlığında ise azaldığı belirlendi. Bu sonuçlar, porin proteinlerinin metal direnci geliştirmede önemli rolü olduğunu göstermektedir. Cd stresinde önemli rolü olduğu belirlenen ompF ve lamB genlerinin baskılanmasında NikR'nin, ompT iv geninin baskılanmasından ve phoE geninin artışından NikR ve CueR'nin; ve ompG'nin artışından ise NikR ve Zur'un rolllerinin olduğu belirlendi. Co stresinde, ompC ve ompF'nin baskılanmasından NikR'nin, phoE ve ompG'nin artışından ise RcnR ve NikR'nin rolü olduğu görüldü. Cu stresinde, ompA'nın baskılanmasının CpxA ve CusSR'nin; ompC'nin baskılanmasının CueR ve CusS'nin; ompF ve ompT sentezlerinin baskılanmasının CusS'nin; ompG'nin artışının NikR ve CusR'nin ve phoE'nin ise artışının NikR, Zur, CpxR ve CusSR sisteminin kontrolünde olduğu tespit edildi. Ni stresinde, anlamlı olarak belirlenen ompA'nın baskılanmasında, ompG ve phoE'nin artışından CueR, RcnR, NikR ve Zur proteinlerinin rolü olmadığı farklı bir düzenleyicinin kontrolünde olduğu belirlendi. Son olarak, Zn stresinde ise ompA ve ompC'nin NikR ve Zur'un, ompT'nin ise NikR tarafından kontrol edildiği tespit edildi. Bu çalışma, metallerin detoksifikasyon etkinliğini karakterize etmeye yardımcı olabilir ve biyoremediasyonda kullanılacak aktif canlı hücrelerin elde edilmesi için rehberlik edebilir.