Dehalococcoides
| Dehalococcoides | |
|---|---|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | |
| Gromada: | |
| Klasa: | |
| Zamówienie: | |
| Rodzina: | |
| Rodzaj: |
Dehalococcoides
Löffler i in. 2013
|
| Wpisz gatunek | |
|
Dehalococcoides mccartyi Löffler i in. 2013
|
|
| Gatunek | |
|
|
| Synonimy | |
|
|
Dehalococcoides to rodzaj bakterii należących do klasy Dehalococcoidia, które uzyskują energię poprzez utlenianie wodoru, a następnie redukcyjną dehalogenację chlorowcowanych związków organicznych w trybie oddychania beztlenowego zwanego oddychaniem organohalogenkowym. Są dobrze znane ze swojego ogromnego potencjału remediacji fluorowcowanych etenów i związków aromatycznych. Są to jedyne bakterie, o których wiadomo, że przekształcają silnie chlorowane dioksyny, PCB. Ponadto są jedynymi znanymi bakteriami, które przekształcają tetrachloroeten ( perchloroeten , PCE) w eten.
Mikrobiologia
Pierwszy przedstawiciel rodzaju Dehalococcoides został opisany w 1997 roku jako Dehalococcoides ethenogenes szczep 195 ( nom. inval. ). Dodatkowi Dehalococcoides zostali później opisani jako szczepy CBDB1, BAV1, FL2, VS i GT. W 2012 roku wszystkie dotychczas wyizolowane Dehalococcoides zostały podsumowane pod nową nazwą taksonomiczną D. mccartyi , ze szczepem 195 jako typem szczepu.
GTDB wydanie 202 grupuje rodzaj w trzy gatunki, wszystkie oznaczone jako Dehalococcoides mccartyi w ich przystąpieniu do NCBI.
Zajęcia
Dehalococcoides są bakteriami bezwzględnie oddychającymi organohalogenkami , co oznacza, że mogą rosnąć tylko przy użyciu związków chlorowcowanych jako akceptorów elektronów. Obecnie wodór (H 2 ) jest często uważany za jedyny znany donor elektronów wspomagający wzrost bakterii Dehalococcoides . Jednak badania wykazały, że wykorzystanie różnych donorów elektronów, takich jak mrówczan i viologen metylu , było również skuteczne w promowaniu wzrostu różnych gatunków dehalococcoides . W celu przeprowadzenia procesów redukcyjnej dehalogenacji elektrony są przenoszone z donorów elektronów przez dehydrogenazy i ostatecznie wykorzystywane do redukcji związków chlorowcowanych, z których wiele to chemikalia syntetyzowane przez człowieka, działające jako zanieczyszczenia . Ponadto wykazano, że większość aktywności redukcyjnej dehalogenazy znajduje się w zewnątrzkomórkowych i błoniastych składnikach D. ethenogenes , co wskazuje, że procesy odchlorowania mogą działać częściowo niezależnie od układów wewnątrzkomórkowych. Obecnie wszystkie znane Dehalococcoides wymagają octanu do produkcji materiału komórkowego, jednak podstawowe mechanizmy nie są dobrze poznane, ponieważ wydaje się, że brakuje im podstawowych enzymów, które uzupełniają cykle biosyntezy występujące w innych organizmach.
Dehalococcoides mogą przekształcać wiele wysoce toksycznych i/lub trwałych związków. Obejmuje to tetrachloroeten (PCE) i trichloroeten (TCE), które są przekształcane w nietoksyczny eten, a także chlorowane dioksyny, chlorek winylu , benzeny, polichlorowane bifenyle (PCB), fenole i wiele innych zanieczyszczeń aromatycznych.
Aplikacje
Dehalococcoides mogą w unikalny sposób przekształcać wiele wysoce toksycznych i / lub trwałych związków, które nie są przekształcane przez żadne inne znane bakterie, oprócz związków chlorowcowanych, które wykorzystują inne powszechne związki halogenoorganiczne. Na przykład powszechne związki, takie jak chlorowane dioksyny , benzeny , PCB , fenole i wiele innych substratów aromatycznych można zredukować do mniej szkodliwych form chemicznych. Jednak dehalokokody są obecnie jedynymi znanymi bakteriami odchlorującymi o unikalnej zdolności do degradacji wysoce opornych związków tetrachloroetenu (PCE) i trichloroetenu (TCE) do postaci mniej toksycznych, bardziej odpowiednich do warunków środowiskowych, a tym samym wykorzystywanych w bioremediacji . Ich zdolność do wzrostu dzięki wykorzystaniu zanieczyszczeń pozwala im namnażać się w zanieczyszczonej glebie lub wodach gruntowych, co daje nadzieję na odkażanie in situ .
Proces przekształcania fluorowcowanych zanieczyszczeń w związki nietoksyczne obejmuje różne enzymy redukujące. Szczep BAV1 D. mccartyi jest w stanie zredukować chlorek winylu , toksyczne zanieczyszczenie, które zwykle pochodzi ze składowisk odpadów, do etenu za pomocą specjalnej reduktazy chlorku winylu, o której sądzi się, że jest kodowana przez gen bvcA . W szczepie CBDB1 zidentyfikowano również dehalogenazę redukującą chlorobenzen.
Kilka firm na całym świecie używa obecnie mieszanych kultur zawierających Dehalococcoides w komercyjnych działaniach naprawczych. W kulturach mieszanych inne obecne bakterie mogą nasilać proces dehalogenacji poprzez wytwarzanie produktów metabolicznych, które mogą być wykorzystywane przez Dehalococcoides i inne osoby zaangażowane w proces degradacji. Na przykład Dehalococcoides sp. szczep WL może współpracować z Dehalobacter w sposób stopniowy w celu degradacji chlorku winylu: Dehalobacter przekształca 1,1,2-TCA w chlorek winylu, który jest następnie rozkładany przez Dehalococcoides . Konieczne jest również dodanie akceptorów elektronów - są one przekształcane in situ w wodór przez inne obecne bakterie, które następnie mogą być wykorzystywane jako źródło elektronów przez Dehalococcoides. Udokumentowano, że MEAL (mieszanina metanolu, etanolu, octanu i mleczanu) została użyta jako substrat. W Stanach Zjednoczonych BAV1 został opatentowany do redukcyjnego odchlorowania chlorków winylu i dichloroetenów in situ w 2007 r. D. mccartyi w biokłaczkach odchlorujących o dużej gęstości były również stosowane w bioremediacji ex situ .
Chociaż wykazano, że dehalokokody zmniejszają zanieczyszczenia , takie jak PCE i TCE, wydaje się, że poszczególne gatunki mają różne zdolności odchlorowania, co przyczynia się do stopnia redukcji tych związków. Może to mieć wpływ na skutki taktyki bioremediacji. Na przykład określone szczepy dehalococcoides wykazały preferencje do wytwarzania bardziej rozpuszczalnych, rakotwórczych związków pośrednich, takich jak izomery 1,2-dichloroetenu i chlorek winylu , co kontrastuje z celami bioremediacji, głównie ze względu na ich szkodliwy charakter. Dlatego ważnym aspektem obecnej taktyki bioremediacji jest wykorzystanie wielu organizmów odchlorujących w celu promowania symbiotycznych relacji w kulturze mieszanej, aby zapewnić całkowitą redukcję do mniej toksycznego etenu. W rezultacie badania skupiły się na szlakach metabolicznych i czynnikach środowiskowych, które regulują redukujące procesy dehalogenacyjne, aby lepiej wdrożyć dehalococcoides w taktyce bioremediacji.
Jednak nie wszyscy członkowie Dehalococcoides mogą zredukować wszystkie zanieczyszczenia chlorowcowane. Niektóre szczepy nie mogą używać PCE lub TCE jako akceptorów elektronów (np. CBDB1), a niektóre nie mogą wykorzystywać chlorku winylu jako akceptora elektronów (np. FL2). D. mccartyi są hamowane przez wysokie stężenia acetylenu (który gromadzi się w zanieczyszczonych wodach gruntowych w wyniku degradacji TCE) poprzez zmiany w ekspresji genów, które prawdopodobnie zakłócają normalną funkcję łańcucha transportu elektronów. Wybierając Dehalococcoides do zastosowania w bioremediacji, należy wziąć pod uwagę ich zdolności metaboliczne i wrażliwość na różne chemikalia.
Genomy
Kilka szczepów Dehalococcoides sp. został zsekwencjonowany. Zawierają od 14 do 36 operonów homologicznych do dehalogenazy redukcyjnej (rdh), z których każdy składa się z genu aktywnych dehalogenaz (rdhA) i genu domniemanej kotwicy błonowej (rdhB). Większość operonów rdh w Dehalococcoides jest poprzedzona genem regulatorowym typu marR (rdhR) lub dwuskładnikowym (rdhST). Dehalococcoides mają bardzo małe genomy o wielkości około 1,4-1,5 miliona par zasad. Jest to jedna z najmniejszych wartości dla organizmów wolno żyjących.
Biochemia
Dehalococcoides nie kodują chinonów, ale oddychają nowym łańcuchem transportu elektronów związanym z białkami.