Metabolomic and proteomic investigations of impacts of titanium dioxide nanoparticles on Escherichia coli

Autor: Gaspard Huber, Roselyne Ferrari, Mariane Planchon, Olivier Spalla, Thibaut Léger
Přispěvatelé: Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire Interdisciplinaire sur l'Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS), Institut Jacques Monod (IJM (UMR_7592)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire des Energies de Demain (LIED (UMR_8236)), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), C'Nano Ile de France, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-IPG PARIS-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Palacin, Serge, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2017
Předmět:
0301 basic medicine
Metabolic Processes
Proteomics
Proton Magnetic Resonance Spectroscopy
Cell Membranes
Microbial metabolism
lcsh:Medicine
Metal Nanoparticles
medicine.disease_cause
Biochemistry
Mass Spectrometry
Chaperonin
Adenosine Triphosphate
Metabolites
Nanotechnology
lcsh:Science
Protein Metabolism
Titanium
Multidisciplinary
[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry
Proteome
Engineering and Technology
Cellular Structures and Organelles
Research Article
Cell Physiology
Citric Acid Cycle
Biology
03 medical and health sciences
Metabolomics
medicine
Metabolome
Escherichia coli
[CHIM.MATE] Chemical Sciences/Material chemistry
lcsh:R
technology
industry
and agriculture
Biology and Life Sciences
Proteins
Membrane Proteins
Reproducibility of Results
Metabolism
Cell Biology
Outer Membrane Proteins
Chaperone Proteins
Cell Metabolism
Citric acid cycle
030104 developmental biology
13. Climate action
Nanoparticles
lcsh:Q
Zdroj: SMMAP 2017
SMMAP 2017, Oct 2017, Marne la Vallée, France
PLoS ONE
PLoS ONE, Public Library of Science, 2017, 12, pp.0178437. ⟨10.1371/journal.pone.0178437.s008⟩
PLoS ONE, 2017, 12, pp.0178437. ⟨10.1371/journal.pone.0178437.s008⟩
PLoS ONE, Vol 12, Iss 6, p e0178437 (2017)
ISSN: 1932-6203
DOI: 10.1371/journal.pone.0178437.s008⟩
Popis: International audience; In a previous study, it was demonstrated that the toxic impact of titanium dioxide nanoparticles on Escherichia coli starts at 10 ppm and is closely related to the presence of little aggregates. It was also assumed that only a part of the bacterial population is able to adapt to this stress and attempts to survive. Proteomic analyses, supported by results from metabolo-mics, reveal that exposure of $E. coli$ to nano-TiO$_2$ induces two main effects on bacterial metabolism: firstly, the up-regulation of proteins and the increase of metabolites related to energy and growth metabolism; secondly, the down-regulation of other proteins resulting in an increase of metabolites, particularly amino acids. Some proteins, e.g. chaperonin 1 or isocitrate dehydrogenase, and some metabolites, e.g. phenylalanine or valine, might be used as biomarkers of nanoparticles stress. Astonishingly, the ATP content gradually rises in relation with the nano-TiO$_2$ concentration in the medium, indicating a dramatic release of ATP by the damaged cells. These apparently contradictory results accredit the thesis of a heterogeneity of the bacterial population. This heterogeneity is also confirmed by SEM images which show that while some bacteria are fully covered by nano-TiO$_2$ , the major part of the bacterial population remains free from nanoparticles, resulting in a difference of prote-ome and metabolome. The use of combined–omics has allowed to better understand the heterogeneous bacterial response to nano-TiO$_2$ stress due to heterogeneous contacts between the protagonists under environmental conditions.
Databáze: OpenAIRE
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