Ferroplazma

Ferroplasma
Klasyfikacja naukowa
Domena:	Archeony
Królestwo:	euryarchaeota
Gromada:	euryarchaeota
Klasa:	Termoplazmata
Zamówienie:	termoplazmaty
Rodzina:	Ferroplasmaceae
Rodzaj:	Ferroplazma Gołyszyna i in. 2000
Wpisz gatunek
Ferroplasma acidiphilum Gołyszyna i in. 2000
Gatunek
F. acidiphilum F. acidarmanus F. thermophilum

Ferroplasma to rodzaj Archaea należący do rodziny Ferroplasmaceae . Członkowie Ferroplazmy są zazwyczaj kwasofilnymi, pleomorficznymi ziarniakami o nieregularnym kształcie.

Archaean rodzina Ferroplasmaceae została po raz pierwszy opisana na początku 2000 roku. Do tej pory wyizolowano i scharakteryzowano bardzo niewiele gatunków Ferroplasma . Wyizolowane gatunki obejmują Ferroplasma acidiphilum , Ferroplasma acidarmanus i Ferroplasma thermophilum . Później ustalono , że czwarty izolat Ferroplasma cupricumulans należy do odrębnego rodzaju . Wszystkie znane Ferroplasma sp. są utleniaczami żelaza.

Charakterystyka komórki i fizjologia

ferroplazmy są pleomorficzne i nie mają ściany komórkowej. Wszyscy znani członkowie rodzajów są kwasofilami, które rozwijają się w środowiskach, w których pH waha się od 0,0 do 2,0. Są również mezofilne do umiarkowanie termofilnych z optymalnymi temperaturami w zakresie 35-55 ° C.

Lipidy na bazie tetraeteru są ważną częścią błony komórkowej Ferroplasmy i umożliwiają komórkom utrzymanie gradientu pH. Badanie F. acidarmanus wykazało, że pH cytoplazmy utrzymywało się na poziomie ~5,6, podczas gdy pH środowiska wahało się od ~ 0-1,2. Odmiany lipidów tetraeterowych z rodziny Ferroplasmaceae są wykorzystywane do identyfikacji chemotaksonomicznej na poziomie rodzaju i gatunku, ponieważ wielu członków posiada identyczne sekwencje 16S rRNA.

Członkowie rodzaju Ferroplasma to chemomixotrofy, które mogą utleniać żelazo żelazowe w celu uzyskania energii, ale pomimo dowodów na wiązanie węgla, hodowle laboratoryjne często wymagają organicznego źródła węgla, takiego jak ekstrakt drożdżowy do wzrostu. W przypadku braku żelaza niektóre szczepy hodowane w laboratorium były zdolne do wzrostu chemoorganotroficznego.

Znaczenie ekologiczne

Żelazo jest czwartym najobficiej występującym minerałem w skorupie ziemskiej. Jako utleniacze żelaza Ferroplasma sp. uczestniczyć w biogeochemii żelaza. Ferroplasma sp. są często identyfikowane w miejscach kwaśnego drenażu kopalń (AMD). Gdy żelazo (Fe ²⁺ ) jest utleniane do żelaza (Fe ³⁺ ) w kopalniach, Fe ³⁺ spontanicznie reaguje z wodą i związkami żelaza i siarki, takimi jak piryt, tworząc jony siarczanowe i wodorowe. Podczas tej reakcji żelazo żelazne, które może być wykorzystane przez Ferroplasmę , jest również regenerowane, co prowadzi do „cyklu propagacji”, w którym obniża się pH. Reakcję można opisać następującym równaniem:

${\ Displaystyle {\ ce {FeS2 + 14Fe ^ 3 + + 8H2O-> 15Fe ^ 2 + + 2SO4 ^2- + 16H+}}}$

ferroplasma są często obecne w miejscach AMD, gdzie uczestniczą w tym cyklu poprzez biotyczne utlenianie żelaza.

Ferroplasma sp. mogą mieć ważne zastosowania w bioługowaniu metali. Bioługowanie drobnoustrojów zachodzi naturalnie w silnie kwaśnych środowiskach, w których żyją Ferroplasma sp. Wykorzystanie mocy bioługowania do odzyskiwania metalu z rud niskiej jakości i materiałów odpadowych jest energetycznie korzystne w porównaniu z wytapianiem i oczyszczaniem. Wytwarza również mniej toksycznych produktów ubocznych. Badania wykazały, że włączenie Ferroplasma thermophilum wraz z bakteriami Acidithiobacillus caldus i Leptospirillum ferriphilum może bioaugmentować proces ługowania chalkopirytu i zwiększyć szybkość odzyskiwania miedzi.

Gatunki izolowane

Ferroplasma acidiphilum

Ferroplasma acidiphilum rośnie jako chemomixotrof i rośnie synergistycznie z bakteriami kwasochłonnymi Leptospirillum ferriphilum . Szczep Ferroplasma acidiphilum YT jest fakultatywnym beztlenowcem posiadającym wszystkie geny wymagane do fermentacji argininy ^. Chociaż nie jest jasne, czy Ferroplasma acidiphilum YT wykorzystuje swój szlak fermentacji argininy, sam szlak jest starożytnym metabolizmem, który wywodzi się z ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka (LUCA) trzech domen życia ^.

Ferroplasma acidarmanus

Ferroplasma acidarmanus Fer1 wyizolowano z próbek kopalni pobranych w Iron Mountain w Kalifornii. Iron Mountain (Kalifornia) to dawna kopalnia znana z kwaśnego odwadniania kopalni (AMD) i zanieczyszczenia metalami ciężkimi. Oprócz tego, że jest kwasochłonny, F. acidarmanus Fer1 jest wysoce odporny zarówno na miedź, jak i arsen.

Ferroplasma cupricumulans (dawniej Ferroplasma cyprexacervatum)

W 2006 Ferroplasma cupricumulans została wyizolowana z roztworu odcieku pobranego z kopalni Myanmar Ivanhoe Copper Company (MICCL) w Birmie. Zauważono, że był to pierwszy lekko termofilny przedstawiciel rodzaju Ferroplasma . Jednak w 2009 roku zidentyfikowano nowy rodzaj kwaśnych, ciepłolubnych archeonów, Acidiplasma . Zaproponowano, aby na podstawie podobieństwa 16S rRNA i hybrydyzacji DNA-DNA przenieść go do rodzaju Acidiplasma i przemianować na Acidiplasma cupricumulans.

Ferroplasma thermophilum

W 2008 roku Zhou i in. opisali izolację organizmu Ferroplasma thermophilum L1 ^T z chalkopirytowego reaktora kolumnowego, który został zaszczepiony kwaśnym drenażem kopalni (AMD) z kopalni miedzi Daye w chińskiej prowincji Hubei. W warunkach tlenowych przy niskich stężeniach ekstraktu drożdżowego F. thermophilum rozmnaża się poprzez utlenianie żelaza. Jednak w warunkach beztlenowych F. thermophilum redukuje żelazo żelazowe i siarczany. To sprawia, że ​​F. thermophilum jest ekologicznie ważny dla obiegu żelaza i siarki w kopalniach bogatych w piryt.

Zobacz też

• Lista rodzajów Archaea

Dalsza lektura

•    Grigor'eva NV, Tsaplina IA, Paniushkina AE, Kondrat'eva TF (25 września 2014). „[Optymalizacja bioługowania i utleniania koncentratu rudy pirytowo-arsnopirytowej zawierającej złoto w trybie wsadowym]”. Mikrobiologii . 83 (5): 565–74. doi : 10.1134/S0026261714040043 . PMID 25844468 . S2CID 14429161 .
•   Chen YT, Li JT, Chen LX, Hua ZS, Huang LN, Liu J i in. (maj 2014). „Procesy biogeochemiczne regulujące naturalne utlenianie pirytu i uwalnianie kwaśnego drenażu metalonośnego”. Nauka o środowisku i technologia . 48 (10): 5537–45. Bibcode : 2014EnST...48.5537C . doi : 10.1021/es500154z . PMID 24730689 .
•    Ohara K, Unno H, Oshima Y, Hosoya M, Fujino N, Hirooka K i in. (sierpień 2014). „Wgląd strukturalny w adaptację niskiego pH unikalnej karboksyloesterazy z Ferroplasma: zmiana optymalnego pH dwóch karboksyloesteraz” . Journal of Biological Chemistry . Dokumenty JBC w prasie. 289 (35): 24499–510. doi : 10.1074/jbc.M113.521856 . PMC 4148875 . PMID 25043762 .
•    Gihring TM, Bond PL, Peters SC, Banfield JF (kwiecień 2003). „Odporność na arsen w archeonie„ Ferroplasma acidarmanus ”: nowe spojrzenie na strukturę i ewolucję genów ars” (PDF) . Ekstremofile . Springer-Verlag . 7 (2): 123–30. doi : 10.1007/s00792-002-0303-6 . hdl : 2027.42/42444 . PMID 12664264 . S2CID 16997297 .
•    Eppley JM, Tyson GW, Getz WM, Banfield JF (wrzesień 2007). „Wymiana genetyczna przez granicę gatunku w archaealnym rodzaju ferroplasma” . Genetyka . 177 (1): 407–16. doi : 10.1534/genetics.107.072892 . PMC 2013692 . PMID 17603112 .
•   Golyshina OV, Pivovarova TA, Karavaiko GI, Kondratéva TF, Moore ER, Abraham WR i in. (maj 2000). „Ferroplasma acidiphilum gen. nov., sp. nov., kwasofilny, autotroficzny, utleniający żelazo żelazo, pozbawiony ściany komórkowej, mezofilny członek rodziny Ferroplasmaceae fam. nov., obejmujący odrębną linię Archaea” . International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology . 50 pkt 3 (3): 997–1006. doi : 10.1099/00207713-50-3-997 . PMID 10843038 .
• Madigan MT, Martinko JM (2005). Brock Biology of Microorganisms (wyd. 11). Pearson Prentice Hall .