Desulfobulbus propionicus

Desulfobulbus propionicus
Klasyfikacja naukowa
Domena:	Bakteria
Gromada:	Thermodesulfobacteriota
Klasa:	desulfobakterie
Zamówienie:	Desulfobakterie
Rodzina:	Desulfobulbaceae
Rodzaj:	Desulfobulbus
Gatunek:	D. propionicus
Nazwa dwumianowa
	Desulfobulbus propionicus; Paganiego i in. 2011
Szczep typu
	1pr3 T (DSM 2032, ATCC 33891, VKM B-1956)

Desulfobulbus propionicus jest Gram-ujemnym , beztlenowym chemoorganotrofem . Zidentyfikowano trzy oddzielne szczepy: 1pr3 ^T , 2pr4 i 3pr10. Jest to również pierwszy przykład udanej dysproporcjonowania siarki elementarnej do siarczanu i siarczku w czystej kulturze . Desulfobulbus propionicus ma potencjał do wytwarzania darmowej energii (w postaci elektronów ) i produktów chemicznych.

Odkrycie

Desulfobulbus propionicus został odkryty w 1982 roku przez Friedricha Widdela i Norberta Pfenninga. Desulfobulbus propionicus został wyizolowany z próbek pobranych z błota beztlenowego w wiejskim rowie, stawie i morskiej równinie błotnej w Niemczech . Wszystkie trzy szczepy zostały wyizolowane przy użyciu metody rozcieńczania wstrząsanego agaru na podłożu podstawowym z dodatkiem siarczanu , soli mineralnych, żelaza , pierwiastków śladowych , wodorowęglanu , siarczku i siedmiu witamin .

Napięcie	Położenie geograficzne	Typ siedliska
1pr3 ^T	Lindhort, Niemcy	Błoto z rowów słodkowodnych
2pr4	Hanower, Niemcy	Błoto stawowe słodkowodne
3pr10	Jadebusen, Niemcy (Morze Północne)	Płaskie błoto morskie

Etymologia

Rodzaj Desulfobulbus może pochodzić od łacińskich słów -de oznaczających od, -sulfo oznaczających siarkę i -bulbus oznaczających kształt cebuli , co dosłownie oznacza reduktor siarczanu w kształcie cebuli. Nazwa gatunku propionicus pochodzi od propionianu będącego donorem elektronów .

Opis taksonomiczny i filogenetyczny

Desulfobulbus propionicus posiada trzy szczepy: 1pr3 ^T , 2pr4 i 3pr10. Podobnie, wszystkie trzy szczepy są Gram-ujemnymi , redukującymi siarkę, zdolnymi do wzrostu wyłącznie na mleczanie lub pirogronianie bez żadnych zewnętrznych źródeł elektronów lub węgla. To, co odróżnia 1pr3 ^T od jego siostrzanych szczepów, to zdolność do redukcji siarczynu i tiosiarczanu do siarkowodoru (H ₂ S); zredukować azotany do amoniaku ; wreszcie obecność cytochromów typu b- i c-. Ponadto szczep 1pr3 ^T różnił się od innych kształtem (1pr3 ^T ma spiczaste końce w porównaniu z końcówkami o kształcie jajowatym lub elipsoidalnym), ruchliwością (1pr3 ^T nie ma ruchliwości, podczas gdy inne posiadają wici) oraz obecnością fimbrii (szczepy 2pr4 i 3pr10 nie rób).

Jeśli chodzi o rodzaj Desulfobulbus , najbliższymi krewnymi D. propionicus są D. elongatus z tożsamością 96,9%, następnie D. rhabdoformis , a następnie D. mediterraneus i D. japonicas w równym stosunku odpowiednio do drzewa filogenetycznego skonstruowanego przy użyciu Sekwencje 16S rRNA .

Charakteryzacja

Morfologia

Desulfobulbus propionicus jest Gram-ujemną bakterią o kształcie elipsoidalnym lub cytrynowym , o średniej długości od 1,0 do 1,3 μm i szerokości od 1,8 do 2,0 μm . D. propionicus funkcjonuje jako beztlenowy chemoorganotrof . Trzy szczepy różnią się kształtem , ruchliwością i obecnością fimbrii .

Napięcie	Kształt	Poruszanie się	fimbrie
1pr3 ^T	W kształcie cytryny	Nieruchliwy	+
2pr4	Jajowaty	Pojedyncza wici polarna	-
3pr10	Elipsoidalny	Pojedyncza wici polarna	-

Metabolizm

Desulfobulbus propionicus jest beztlenowym chemoorganotrofem . D. propionicus wykorzystuje szlak metylomalony-CoA do fermentacji 3 moli pirogronianu do 2 moli octanu i 1 mol propionianu . Desulfobulbus propionicus wykorzystuje propionian , mleczan , pirogronian i alkohole ze środowiska nie tylko jako źródło elektronów , ale także źródła węgla. Gazowy wodór (H ₂ ) jest wykorzystywany jako donor elektronów tylko w obecności dwutlenku węgla i octanu . Jak sama nazwa wskazuje, Desulfobulbus propionicus redukuje siarczany , siarczyny i tiosiarczany do siarkowodoru (H2S ₎ , ale nie redukuje siarki elementarnej , jabłczanu i fumaranu . Gdy siarczan jest nieobecny, etanol jest fermentowany do propionianu i octanu . W przypadku braku akceptora elektronów D. propionicus wytwarza siarczan i siarczek z elementarnej siarki i wody. Również Desulfobulbus propionicus 1pr3 ^T i 3pr10 mogą rosnąć tylko w określonych pożywkach minimalnych z dodatkiem kwasu witaminy 4-aminobenzoesowej , podczas gdy szczep 2pr4 nie wykazuje tego dodatkowego wymogu. Ponadto szczep 2pr4 jako jedyny z trzech wykazuje wzrost z maślanem jako donorem elektronów i źródłem węgla, jednak wzrost jest powolny w porównaniu z innymi substratami .

Genom

Spośród trzech szczepów w obrębie Desulfobulbus propionicus , 1pr3 ^T jest jedynym, którego genom został całkowicie zsekwencjonowany. Został zsekwencjonowany w 2011 roku przez Pagani i in. Stwierdzono, że szczep 1pr3 ^T obejmuje genom o wielkości 3 851 869 bp , z zawartością GC 58,93%. Paganiego i in. przewidział 3408 genów w genomie 1pr3 ^T , z 3351 genami kodującymi białka . Genom zawiera 57 RNA i dwa operony rRNA . Ponadto istnieje 68 pseudogenów , co stanowi 2,0% całkowitego rozmiaru genomu.

Ekologia

Desulfobulbus propionicus zamieszkuje beztlenowe wody słodkie i osady morskie. Wśród trzech szczepów różnią się one: zakresem temperatury, optymalną temperaturą, zakresem pH, optymalnym pH oraz wymaganiami dotyczącymi stężenia NaCl (1pr3 ^T i 2pr4 wykazują spowolniony wzrost powyżej stężenia NaCl 15 g/L, a 3pr10 nie wykazują wzrostu poniżej 15 g/L). g/L).

Napięcie	Zakres umiarkowany (°C)	Optymalna temperatura (°C)	Zakres pH	pH optymalne	Wymagane stężenie NaCl (g/L)
1pr3 ^T	10 - 43	39	6,0 - 8,6	7.2	<15
2pr4	10 - 36	30	6,6 - 8,1	7.2	<15
3pr10	15 - 36	29	6,6 - 8,1	7.4	>15

Aplikacja

Desulfobulbus propionicus może służyć jako biokatalizator w elektrosyntezie drobnoustrojów . Elektrosynteza mikrobiologiczna to wykorzystanie elektronów przez mikroorganizmy do redukcji dwutlenku węgla do cząsteczek organicznych . Desulfobulbus propionicus , gdy jest obecny na anodzie , utlenia siarkę elementarną do siarczanu , który w procesie tworzy wolne elektrony. Swobodne elektrony płyną do organizmu znajdującego się przy katodzie . Drobnoustrój obecny na katodzie wykorzystuje energię elektronów przeniesioną z Desulfobulbus propionicus do tworzenia materii organicznej (np. octanu ) poprzez redukcję dwutlenku węgla . Zastosowanie elektrosyntezy mikrobiologicznej może potencjalnie pomóc w produkcji i konserwacji odpadów chemikaliów przemysłowych i produkcji energii.

^; ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^hi ^j ^k ^l ^m ⁿ ^o ^p ^q ^r Pagani, Ioanna Lapidus, Alla; Nolan, Matt; Łukasz, Zuzanna; Hammon, Nancy; Deshpande, Shweta; Cheng, Jan-Fang; Czertkow, Olga; Davenport, Karen; Tapia, Roksana; Han, Urwisko; Goodwin, Lynne; Szczęście, Sam; Liolios, Konstantinos; Mavromatis, Konstantinos; Iwanowa, Natalia; Michajłowa, Natalia; Pati, Amrita; Chen, Amy; Palaniappan, Kryszna; Ziemia, Miriam; Hauser, Loren; Chang, Yun-Juan; Jeffries, Cynthia D.; Detter, John C.; Brambilla, Evelyne; Kannan, K. Palani; Ngatchou Djao, Olivier D.; Rohde, Manfred; Pukall, Rüdiger; Wiosna, Stefanie; Goker, Markus; Sikorski, Johannes; Woyke, Tanja; Bristow, James; Eisen, Jonathan A.; Markowitz, Victor; Hugenholtz, Filip; Kyrpides, Nikos C.; Klenk, Hans-Peter (2011). „Pełna sekwencja genomu szczepu typu Desulfobulbus propionicus (1pr3T)” . Standardy w naukach genomicznych . 4 (1): 100–110. doi : 10.4056/sigs.1613929 . PMC 3072085 . PMID 21475592 .
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ^ja ^j ^k ^l ^m ⁿ ^o ^p ^q ^r ^s ^t ^u ^v ^w ^x ^y Widdel, F.; Pfenning, N. (1982). „Badania nad dysymilacyjnymi bakteriami redukującymi siarczany, które rozkładają kwasy tłuszczowe II. Niepełne utlenianie propionianu przez Desulfobulbuspropionicusgen. Nov., Sp. Nov”. Arch Microbiol . 131 (4): 360–365. doi : 10.1007/BF00411187 . S2CID 52801829 .
^ ^ab ^Piękny , Derek R.; Phillips, Elżbieta JP (1994). „Nowe procesy beztlenowej produkcji siarczanów z siarki elementarnej przez bakterie redukujące siarczany” . Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . 60 (7): 2394–2399. Bibcode : 1994ApEnM..60.2394L . doi : 10.1128/AEM.60.7.2394-2399.1994 . PMC 201662 . PMID 16349323 .
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Gong, Yanming; Ebrahim Ali; Feist, Adam M.; Embree, Mallory; Zhang, Tian; Cudownie, Derek; Zengler, Karsten (2013). „Elektrosynteza drobnoustrojów sterowana siarczkami”. Nauka o środowisku i technologia . 47 (1): 568–573. Bibcode : 2013EnST...47..568G . doi : 10.1021/es303837j . PMID 23252645 .

Linki zewnętrzne

Dalsza lektura

Holmes, Niemcy; Obligacja, DR; Lovley, DR (2004). „Przeniesienie elektronów przez Desulfobulbus propionicus na elektrody Fe (III) i grafitowe” . Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . 70 (2): 1234–1237. Bibcode : 2004ApEnM..70.1234H . doi : 10.1128/AEM.70.2.1234-1237.2004 . ISSN 0099-2240 . PMC 348862 . PMID 14766612 .
Laanbroek, Hendrikus J.; Abee, Tjakko; Voogd, Irma L. (1982). „Konwersja alkoholu przez Desulfobulbus propionicus Lindhorst w obecności i nieobecności siarczanu i wodoru”. Archiwa Mikrobiologii . 133 (3): 178–184. doi : 10.1007/BF00414998 . ISSN 0302-8933 . S2CID 13646178 .
Anandkumar, B.; George, RP; Marutamuthu, S.; Palaniswamy, N.; Dayal, RK (2012). „Zachowanie korozyjne SRB Desulfobulbus propionicus wyizolowanego z indyjskiej rafinerii ropy naftowej na stali miękkiej”. Materiały i korozja . 63 (4): 355–362. doi : 10.1002/maco.201005883 . ISSN 0947-5117 . S2CID 96758067 .
Kremer, DR; Hansen, TA (1988). „Droga degradacji propionianu w Desulfobulbus propionicus” . Listy mikrobiologiczne FEMS . 49 (2): 273–277. doi : 10.1111/j.1574-6968.1988.tb02729.x . ISSN 0378-1097 .
Benoit, JM; Gilmour, CG; Mason, RP (luty 2001). „Wpływ siarczków na biodostępność rtęci w fazie stałej do metylacji przez czyste kultury Desulfobulbus propionicus (1pr3)”. Nauka o środowisku i technologia . 35 (1): 127–135. Bibcode : 2001EnST...35..127B . doi : 10.1021/es001415n . PMID 11351996 .
Moreau, JW; Gionfriddo, CM; Krabbenhoft, DP; Ogórek, JM; DeWild, JF; Aiken, GR; Roden, EE (2015). „Wpływ naturalnej materii organicznej na metylację rtęci przez Desulfobulbus propionicus 1pr3” . Granice w mikrobiologii . 6 : 1389. doi : 10.3389/fmicb.2015.01389 . PMC 4683176 . PMID 26733947 .
Mehrotra, AS; Horne, AJ; Sedlak, DL (2003). „Redukcja metylacji rtęci netto przez kultury Ironin Desulfobulbus propionicus (1pr3): implikacje dla inżynieryjnych terenów podmokłych”. Nauka o środowisku i technologia . 37 (13): 3018–3023. Bibcode : 2003EnST...37.3018M . doi : 10.1021/es0262838 . PMID 12875409 .

[:0-1] ; ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^hi ^j ^k ^l ^m ⁿ ^o ^p ^q ^r Pagani, Ioanna Lapidus, Alla; Nolan, Matt; Łukasz, Zuzanna; Hammon, Nancy; Deshpande, Shweta; Cheng, Jan-Fang; Czertkow, Olga; Davenport, Karen; Tapia, Roksana; Han, Urwisko; Goodwin, Lynne; Szczęście, Sam; Liolios, Konstantinos; Mavromatis, Konstantinos; Iwanowa, Natalia; Michajłowa, Natalia; Pati, Amrita; Chen, Amy; Palaniappan, Kryszna; Ziemia, Miriam; Hauser, Loren; Chang, Yun-Juan; Jeffries, Cynthia D.; Detter, John C.; Brambilla, Evelyne; Kannan, K. Palani; Ngatchou Djao, Olivier D.; Rohde, Manfred; Pukall, Rüdiger; Wiosna, Stefanie; Goker, Markus; Sikorski, Johannes; Woyke, Tanja; Bristow, James; Eisen, Jonathan A.; Markowitz, Victor; Hugenholtz, Filip; Kyrpides, Nikos C.; Klenk, Hans-Peter (2011). „Pełna sekwencja genomu szczepu typu Desulfobulbus propionicus (1pr3T)” . Standardy w naukach genomicznych . 4 (1): 100–110. doi : 10.4056/sigs.1613929 . PMC 3072085 . PMID 21475592 .

[:1-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ^ja ^j ^k ^l ^m ⁿ ^o ^p ^q ^r ^s ^t ^u ^v ^w ^x ^y Widdel, F.; Pfenning, N. (1982). „Badania nad dysymilacyjnymi bakteriami redukującymi siarczany, które rozkładają kwasy tłuszczowe II. Niepełne utlenianie propionianu przez Desulfobulbuspropionicusgen. Nov., Sp. Nov”. Arch Microbiol . 131 (4): 360–365. doi : 10.1007/BF00411187 . S2CID 52801829 .

[:3-3] Piękny , Derek R.; Phillips, Elżbieta JP (1994). „Nowe procesy beztlenowej produkcji siarczanów z siarki elementarnej przez bakterie redukujące siarczany” . Mikrobiologia stosowana i środowiskowa . 60 (7): 2394–2399. Bibcode : 1994ApEnM..60.2394L . doi : 10.1128/AEM.60.7.2394-2399.1994 . PMC 201662 . PMID 16349323 .

[:2-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Gong, Yanming; Ebrahim Ali; Feist, Adam M.; Embree, Mallory; Zhang, Tian; Cudownie, Derek; Zengler, Karsten (2013). „Elektrosynteza drobnoustrojów sterowana siarczkami”. Nauka o środowisku i technologia . 47 (1): 568–573. Bibcode : 2013EnST...47..568G . doi : 10.1021/es303837j . PMID 23252645 .