Increased Oxidative Stress Tolerance by Cambialistic Superoxide Dismutase Overexpression in Mesorhizobium japonicum MAFF303099

Abstract

Oxidative stress is a common denominator underlying many environmental insults. As a global response, the increment of intracellular reactive oxygen species leads to the activation of the antioxidant system to maintain cellular homeostasis. The Mesorhizobium japonicum MAFF303099 mlr7636 SOD gene was constitutively overexpressed to test if the enhanced superoxide dismutase (SOD) activity contributes to oxidative stress tolerance in free-living cells. Salt stress, decreases in the osmotic potential, and superoxide generation by killing assays were assayed in cultures of M. japonicum with a constitutive SOD overexpression under the nptII promoter of pFAJ1708 plasmid to evaluate bacterial survival. The results showed that the strain carrying an additional mlr7636 copy had five-fold increased SOD activity in the periplasmic space using Fe as a cofactor, and that its higher tolerance to oxidative stress was related to high SOD activity per se, which contributes to fast superoxide dismutation associated with hydrogen peroxide reduction by increases in Catalase activity. To our knowledge, this is the first report of homologous superoxide dismutase overexpression in M. japonicum, which contributes to the description of its role in the tolerance to oxidative stress under free-living conditions.

El estrés oxidativo es un común denominador que subyace a muchas agresiones ambientales. Como respuesta global, el aumento de especies reactivas de oxígeno intracelular desembocan en la activación del sistema antioxidante para mantener la homeostasis celular. El gen SOD mlr7636 de Mesorhizobium japonicum MAFF303099 fue sobreexpresado constitutivamente para evaluar el efecto en la tolerancia del rizobio al estrés hídrico y oxidativo en vida libre. Se llevaron a cabo ensayos de estrés salino, osmótico y oxidativo por generación de ion superóxido en cultivos de M. japonicum con sobreexpresión de SOD bajo el promotor nptII del plásmido pFAJ1708 para evaluar la supervivencia bacteriana. Se observó un incremento cinco veces mayor en la actividad de la mutante que llevaba una copia adicional del gen mlr7636, localizada principalmente en el espacio periplásmico, mediante el uso de Fe como cofactor. El incremento en la tolerancia de la cepa M. japonicum SOD al estrés oxidativo se relacionó con el incremento a la actividad SOD per se, al contribuir a una rápida dismutación del superóxido a peróxido de hidrógeno, asociada a incrementos de la actividad catalasa. Hasta donde sabemos, este es el primer reporte del efecto de la sobreexpresión homóloga de la superóxido dismutasa en M. japonicum, el cual contribuye a la descripción de su rol en la tolerancia al estrés oxidativo en condiciones de vida libre.