Investigation of heat stress-induced proteins of cold-adapted Pseudomonas marginalis using proteomic approach

Abstract

Sıcaklık değişimi tüm canlı organizmaların karşılaştığı ve uyum sağlayıp yaşamlarını sürdürmeleri için ısı stresi ya da ısı şoku proteinleri olarak adlandırılan, evrimsel süreçte iyi korunmuş özel proteinleri üreterek karşılık verdiği yaygın çevresel bir stres koşuludur. Bu çalışmada, soğuğa uyum sağlamış Pseudomonas marginalis bakteri ırkı hücrelerindeki ısı stresi proteinlerinin tetiklenmesi proteomik yaklaşımla araştırılmıştır. Bakteri için en elverişli büyüme sıcaklığının belirlenmesi amacıyla 5, 10, 15, 24 ve 30?C olmak üzere beş farklı sıcaklık test edilmiştir. Bunun sonucunda, 15?C en elverişli büyüme sıcaklığı olarak gözlemlenirken 30?C ısı stresi sıcaklığı olarak saptanmıştır. Büyümenin geç logaritmik evresindeki Pseudomonas marginalis hücrelerindeki toplam protein izole edilmiş ve iki boyutlu poliakrilamit jel elektroforezi ile ayrıştırılmıştır. 15?C için 1391, 30?C için 1384 protein spotu görüntülenmiştir. Kontrol örneği (15?C) ile karşılaştırıldığında, ısı stresine (30?C) maruz bırakılmış hücrelerdeki 13 farklı protein spotu jelden kesilmiş ve jel içinde parçalama metodu ile peptitlerine parçalanmıştır. Son olarak, bu proteinler sıvı kromatografisi-tandem kütle spektrometresi (LC-MS/MS) ve veritabanı taraması ile tanımlanmıştır. Bunların arasından ribozom geridönüşüm faktörü, evrensel stres protein ailesi ve şaperonin GroEL, ısı stresinin doğrudan algılayıcıları olarak tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu iki ısı stresi proteinini kodlayan genler izole edilip, endüstriyel atıkların zehirli etkilerinin giderilmesinde ya da biyoremidasyonda kullanılan fakat yüksek sıcaklıklarda yaşayamayan bakteriler gibi yarar sağlayacak herhangi bir mikroorganizmaya klonlanarak bu sıcaklıklarda da etkin olmaları sağlanabilecektir.

Temperature alteration is known as a common environmental stress condition which all living organisms encounter and response by producing evolutionary well- conserved specific proteins called heat stress or heat shock proteins in the cell in order to adapt and survive. In the current study, the induction of heat stress proteins in a cold-adapted bacterial strain of Pseudomonas marginalis cells grown under heat stress was investigated by proteomic approach. Five different temperatures, 5, 10, 15, 24, and 30?C, were examined for the purpose of determining the optimum growth temperature for the bacterium. Consequently, 15?C was observed as optimum temperature for growth while 30?C was established as heat stress temperature. Total proteins from Pseudomonas marginalis cells in the late exponential phase of growth at these two temperatures were extracted and separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis. Totally 1391 protein spots were visualized for 15?C and 1384 protein spots for 30?C. After comparing with 15?C, 13 protein spots that were differentially expressed in the cells exposed to heat stress (30?C) were cut from the gel and fragmented into their peptides by in-gel digestion method. Finally, these proteins were identified by liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) and database searching. Among them, ribosome recycling factor, universal stress protein family and chaperonin GroEL were established as direct sensors of heat stress. As a result, the genes encoding these two heat stress proteins can be isolated and cloned into any other useful microorganism such as bacteria used for detoxification of industrial waste or used in bioremediation but not capable of surviving at high temperatures so that they can be efficient at those temperatures, too.