24 Nov Mining for Perchlorate Resistance Genes in Microorganisms From Sediments of a Hypersaline Pond in Atacama Desert, Chile
Título | Mining for Perchlorate Resistance Genes in Microorganisms From Sediments of a Hypersaline Pond in Atacama Desert, Chile/ Extracción de genes de resistencia al perclorato en microorganismos de sedimentos de un estanque hipersalino en el desierto de Atacama, Chile |
| Autores | Jorge Díaz-Rullo, Gustavo Rodríguez-Valdecantos, Felipe Torres-Rojas, Luis Cid, Ignacio T. Vargas, Bernardo González, José Eduardo González-Pastor. |
| Línea | Critical Resources/ Recursos Críticos |
| Año publicación | 2021 |
| Revista | Frontiers in Microbiology |
| Palabras clave | Perchlorate-resistance, oxidative stress, tRNA modification, DNA repair, protein damage, hypersaline environments, Atacama Desert, Mars, Resistencia al perclorato, estrés oxidativo, modificación del ARNt, reparación del ADN, daño proteico, ambientes hipersalinos, Desierto de Atacama, Marte. |
| Resumen | Perchlorate is an oxidative pollutant toxic to most of terrestrial life by promoting denaturation of macromolecules, oxidative stress, and DNA damage. However, several microorganisms, especially hyperhalophiles, are able to tolerate high levels of this compound. Furthermore, relatively high quantities of perchlorate salts were detected on the Martian surface, and due to its strong hygroscopicity and its ability to substantially decrease the freezing point of water, perchlorate is thought to increase the availability of liquid brine water in hyper-arid and cold environments, such as the Martian regolith. Therefore, perchlorate has been proposed as a compound worth studying to better understanding the habitability of the Martian surface. In the present work, to study the molecular mechanisms of perchlorate resistance, a functional metagenomic approach was used, and for that, a small-insert library was constructed with DNA isolated from microorganisms exposed to perchlorate in sediments of a hypersaline pond in the Atacama Desert, Chile (Salar de Maricunga), one of the regions with the highest levels of perchlorate on Earth. The metagenomic library was hosted in Escherichia coli DH10B strain and exposed to sodium perchlorate. This technique allowed the identification of nine perchlorate-resistant clones and their environmental DNA fragments were sequenced. A total of seventeen ORFs were predicted, individually cloned, and nine of them increased perchlorate resistance when expressed in E. coli DH10B cells. These genes encoded hypothetical conserved proteins of unknown functions and proteins similar to other not previously reported to be involved in perchlorate resistance that were related to different cellular processes such as RNA processing, tRNA modification, DNA protection and repair, metabolism, and protein degradation. Furthermore, these genes also conferred resistance to UV-radiation, 4-nitroquinoline-N-oxide (4-NQO) and/or hydrogen peroxide (H2O2), other stress conditions that induce oxidative stress, and damage in proteins and nucleic acids. Therefore, the novel genes identified will help us to better understand the molecular strategies of microorganisms to survive in the presence of perchlorate and may be used in Mars exploration for creating perchlorate-resistance strains interesting for developing Bioregenerative Life Support Systems (BLSS) based on in situ resource utilization (ISRU). El perclorato es un contaminante oxidativo tóxico para la mayor parte de la vida terrestre al promover la desnaturalización de las macromoléculas, el estrés oxidativo y el daño del ADN. Sin embargo, varios microorganismos, especialmente los hiperhalófilos, pueden tolerar altos niveles de este compuesto. Además, se detectaron cantidades relativamente altas de sales de perclorato en la superficie marciana y, debido a su fuerte higroscopicidad y su capacidad para disminuir sustancialmente el punto de congelación del agua, se cree que el perclorato aumenta la disponibilidad de agua de salmuera líquida en condiciones hiperáridas y frías. entornos, como el regolito marciano. Por lo tanto, se ha propuesto el perclorato como un compuesto que vale la pena estudiar para comprender mejor la habitabilidad de la superficie marciana. En el presente trabajo, para estudiar los mecanismos moleculares de la resistencia al perclorato se utilizó un enfoque metagenómico funcional, y para ello se construyó una biblioteca de pequeños insertos con ADN aislado de microorganismos expuestos a perclorato en sedimentos de un estanque hipersalino en el desierto de Atacama. , Chile (Salar de Maricunga), una de las regiones con mayores niveles de perclorato en la Tierra. La biblioteca metagenómica se alojó en la cepa Escherichia coli DH10B y se expuso a perclorato de sodio. Esta técnica permitió la identificación de nueve clones resistentes al perclorato y se secuenciaron sus fragmentos de ADN ambiental. Se predijo un total de diecisiete ORF, clonados individualmente, y nueve de ellos aumentaron la resistencia al perclorato cuando se expresaron en células de E. coli DH10B. Estos genes codificaban proteínas conservadas hipotéticas de funciones desconocidas y proteínas similares a otras que no se había informado previamente que estuvieran involucradas en la resistencia al perclorato que estaban relacionadas con diferentes procesos celulares como el procesamiento del ARN, la modificación del ARNt, la protección y reparación del ADN, el metabolismo y la degradación de proteínas. Además, estos genes también conferían resistencia a la radiación UV, 4-nitroquinolina-N-óxido (4-NQO) y / o peróxido de hidrógeno (H2O2), otras condiciones de estrés que inducen estrés oxidativo y daño en proteínas y ácidos nucleicos. Por lo tanto, los nuevos genes identificados nos ayudarán a comprender mejor las estrategias moleculares de los microorganismos para sobrevivir en presencia de perclorato y pueden usarse en la exploración de Marte para crear cepas resistentes al perclorato interesantes para el desarrollo de sistemas de soporte vital biorregenerativo (BLSS) basados en utilización de recursos in situ (ISRU). |
| Doi | https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.723874 |
| Autor principal | Ignacio Vargas itvargas@ing.puc.cl |