Alcanivorax borkumensis
| Alcanivorax borkumensis | |
|---|---|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | Bakteria |
| Gromada: | pseudomonadota |
| Klasa: | Gammaproteobakterie |
| Zamówienie: | Oceanospiryle |
| Rodzina: | Alcanivoracaceae |
| Rodzaj: | Alcanivorax |
| Gatunek: |
A. borkumensis
|
| Nazwa dwumianowa | |
|
Alcanivorax borkumensis Jakimow i in. 1998
|
|
| Wpisz szczep | |
| ATCC 700651
|
|
Alcanivorax borkumensis jest bakterią morską rozkładającą alkany , która w naturalny sposób rozmnaża się i staje się dominująca w wodzie morskiej zawierającej ropę naftową, gdy uzupełniane są składniki odżywcze azotu i fosforu .
Opis
A. borkumensis to bakteria w kształcie pałeczki bez wici , która czerpie energię głównie ze spożywania alkanów (rodzaj węglowodoru ). Jest tlenowy , co oznacza, że wykorzystuje tlen do pozyskiwania energii, i jest halofilny , co oznacza, że ma tendencję do życia w środowiskach zawierających sól, takich jak słona woda oceaniczna. Jest również Gram-ujemny , co zasadniczo oznacza, że ma stosunkowo cienką ścianę komórkową. Jest również nieruchliwy; jednak inne organizmy, które wydają się należeć do tego samego rodzaju, poruszają się za pośrednictwem wici .
Odkrycie
pobliżu wyspy Borkum (stąd epitet borkumensis ) przez Centrum Badań nad Zakażeniami im .
Genom
Genom A. borkumensis to pojedynczy okrągły chromosom zawierający 3 120 143 par zasad . Jest wysoce przystosowany do degradacji ropy naftowej . Na przykład pewna sekwencja w genomie koduje degradację pewnego zakresu alkanów. Genom A. borkumensis ma wiele sekwencji, z których każda koduje inny typ alkanu, dzięki czemu jest wysoce elastyczny i wszechstronny. Jego genom zawiera również instrukcje dotyczące tworzenia biosurfaktantów, które wspomagają proces degradacji. Aby poradzić sobie z zagrożeniami zewnętrznymi, A. borkumensis koduje również kilka mechanizmów obronnych. Zarówno radzenie sobie z wysokimi stężeniami jonów sodu (np. w wodzie oceanicznej), jak i ochrona przed promieniowaniem UV występującym na powierzchni ziemi są ważne dla bakterii A. borkumensis , a jej genom zawiera sposoby rozwiązania obu tych problemów.
Ekologia
A. borkumensis występuje naturalnie w środowiskach morskich. Jest bardziej powszechny na obszarach oceanicznych zawierających ropę naftową (z wycieków, pól naturalnych lub innych źródeł), chociaż można go znaleźć w niewielkich ilościach w nieskażonej wodzie. Został znaleziony na całym świecie w różnych miejscach, zarówno w środowiskach przybrzeżnych, jak i oceanicznych. Może również rozwijać się na obszarach o silnych przypływach i innych prądach/przepływach związanych z morzem. Występuje tylko na lub w pobliżu powierzchni wody. A. borkumensis może żyć w zasoleniu w zakresie 1,0-12,5% iw temperaturach w zakresie 4-35 °C. Obfitość A. borkumensis w środowiskach dotkniętych ropą wynika z faktu, że bakterie wykorzystują związki zawarte w ropie jako źródło energii, a zatem populacje A. borkumensis naturalnie rozwijają się na wyciekach ropy lub w innych podobnych miejscach. A. borkumensis konkuruje z innymi gatunkami z rodzaju Alcanivorax , prawdopodobnie ze względu na bardzo elastyczne DNA i metabolizm . A. borkumensis przewyższa również inne organizmy rozkładające alkany, takie jak Acinetobacter venetianus . Po pewnym czasie oleiste i słone środowisko zawierające A. borkumensis i Acinetobacter venetianus ostatecznie zostałoby zdominowane przez A. borkumensis, ponieważ A. borkumensis może spożywać szerszą gamę alkanów niż inne znane gatunki.
Metabolizm
A. borkumensis wykorzystuje głównie alkany jako źródło energii/węgla, ale może wykorzystywać kilka innych związków organicznych . W przeciwieństwie do większości innych komórek, nie może zużywać bardziej powszechnych substancji, takich jak cukry lub aminokwasy, jako źródła energii. Wynika to z braku genów kodujących aktywne lub pasywne transportery węglowodanów, stąd brak możliwości spożywania cukrów monomerycznych.
U A. borkumensis zadaniem wielu różnych enzymów jest utlenianie cząsteczek alkanów . Tlenowy metabolizm alkanów odbywa się poprzez końcowy szlak utleniania alkanów, w którym monooksygenazy inicjują utlenianie końcowych atomów węgla. Ten sekwencyjny szlak najpierw wytwarza alkohole, następnie dehydrogenazy alkoholowe i aldehydowe, a ostatecznie odpowiednio aldehydy i kwasy tłuszczowe.
Po wycieku ropy można zaobserwować ogromne zaburzenia równowagi w stosunkach węgiel/azot i węgiel/fosfor. W tym celu A. borkumensis ma niezliczoną ilość białek transportowych, które umożliwiają szybkie wchłanianie kluczowych składników odżywczych, które ograniczają środowisko. Aby przyspieszyć tempo wzrostu populacji A. borkumensis , do środowiska można dodawać związki fosforu i azotu. Substancje te działają jak nawóz dla bakterii i pomagają im szybciej rosnąć.
A. borkumensis i biosurfaktanty
Kiedy bakterie A. borkumensis wykorzystują alkany lub pirogroniany jako źródło energii, każda komórka tworzy biosurfaktant . Biosurfaktant to dodatkowa warstwa materiału, która tworzy się wzdłuż błony komórkowej. Substancje tworzące biosurfaktant A. borkumensis mogą zmniejszać napięcie powierzchniowe wody, co pomaga w degradacji oleju. Są również emulgatorami , które dodatkowo służą do tworzenia emulsji olej/woda, dzięki czemu olej jest bardziej rozpuszczalny. A. borkumensis tworzy biofilm wokół kropli oleju w wodzie morskiej i przystępuje do wykorzystania biosurfaktantów i metabolizmu do degradacji oleju do substancji rozpuszczalnej w wodzie.
Zastosowania biotechnologiczne
Rola w biodegradacji oleju
naftowa jest toksyczna dla większości form życia, a zanieczyszczenie środowiska ropą powoduje poważne problemy ekologiczne. Znaczna ilość ropy naftowej przedostająca się do morza jest eliminowana w wyniku biodegradacji mikrobiologicznej społeczności drobnoustrojów. Jako niedawno odkryty hydrokarbonoklastyk, A. borkumensis jest zdolny do degradacji ropy w środowisku wody morskiej. Hydrocarbonoklastic ma rdzeń „clastic”, co oznacza, że może podzielić coś na części (w tym przypadku węglowodory ). Ropa naftowa lub ropa naftowa składa się głównie z węglowodorów, produktu składającego się z długiego łańcucha atomów węgla przyłączonych do atomów wodoru. Podczas gdy większość organizmów wykorzystuje cukry lub aminokwasy jako źródło węgla/energii, A. borkumensis wykorzystuje w swoich procesach metabolicznych alkany, rodzaj węglowodorów. Ta dieta umożliwia A. borkumensis rozkwit w środowiskach morskich, które zostały dotknięte wyciekami ropy . Poprzez swój metabolizm A. borkumensis może rozkładać olej na nieszkodliwe związki. Ta zdolność sprawia, że ten konkretny gatunek jest głównym potencjalnym źródłem bioremediacji zanieczyszczonych olejami środowisk morskich .
Potencjalny jako środek zapobiegający wyciekom oleju
Wycieki ropy mogą wystąpić podczas transportu ropy lub podczas jej wydobycia . Takie wycieki mogą spowodować zrzucenie znacznych ilości ropy do oceanu i zanieczyszczenie środowiska, wpływając na ekosystemy bliskie i dalekie.
Zwykle potrzeba wielu lat, aby ekosystem w pełni (jeśli w ogóle) zregenerował się po wycieku ropy, dlatego naukowcy szukali sposobów przyspieszenia oczyszczania obszarów dotkniętych wyciekiem ropy. Większość dotychczasowych wysiłków polega na bezpośrednim zaangażowaniu/pracy człowieka w celu fizycznego usunięcia ropy ze środowiska. Jednak A. borkumensis przedstawia możliwą alternatywę. Ponieważ A. borkumensis w naturalny sposób rozkłada cząsteczki ropy do stanu niezanieczyszczającego, pomogłoby to ekosystemom w szybkiej odbudowie po katastrofie związanej z wyciekiem ropy. Organizmy te naturalnie rosną również w wodzie morskiej zanieczyszczonej ropą, a zatem są gatunkiem rodzimym. Jeśli proces, który A. borkumensis wykorzystuje do rozkładu ropy, mógłby zostać przyspieszony lub usprawniony, pomogłoby to w odbudowie ekosystemów. Niektóre przykłady obejmują zachęcanie do wzrostu A. borkumensis (poprzez nawożenie fosforem i azotem), aby więcej z nich rozkładało olej lub stymulowanie metabolizmu A. borkumensis , aby metabolizowały szybciej i więcej.
Potencjał w produkcji biopolimerów
Zakłócając gen tioesterazy acylo-koenzymu A (CoA), Sabirova i współpracownicy byli w stanie zmutować organizm w celu hiperprodukcji polihydroksyalkanianów (PHA). Następnie byli w stanie stosunkowo łatwo odzyskać duże ilości PHA, które zostały uwolnione przez zmutowanego Alcanivorax z pożywek hodowlanych. Wcześniej w celu odzyskania PHA z granulek wewnątrzkomórkowych konieczne było stosowanie kosztownych i niebezpiecznych dla środowiska rozpuszczalników. Pozwala to na produkcję przyjaznych dla środowiska polimerów w fabrykach wykorzystujących mutanta Alcanivorax .