Haloferax volcanii

DS2 MidExp.jpg
Haloferax volcanii
Wyhodowana laboratoryjnie kultura Haloferax volcanii zobrazowana pod wkładką agarozową przy użyciu mikroskopii z kontrastem fazowym.
Klasyfikacja naukowa
Domena:
Archeony
Królestwo:
euryarchaeota
Gromada:
euryarchaeota
Klasa:
Halobakterie
Zamówienie:
Haloferakale
Rodzina:
Haloferacaceae
Rodzaj:
Haloferaks
Gatunek:
H. volcanii
Nazwa dwumianowa
Haloferax volcanii
(Mullakhanbhai i Larsen, 1975) Torreblanca i in., 1986
Synonimy
  • Halobacterium volcanii Mullakhanbhai i Larsen, 1975

Haloferax volcanii to gatunek organizmu z rodzaju Haloferax w Archaea .

Opis i znaczenie

Mikrobiolog Benjamin Elazari Volcani po raz pierwszy odkrył Haloferax volcanii , samozwańczego ekstremofila, w latach trzydziestych XX wieku. H. volcanii to halofilny archeon mezofilny, który można izolować ze środowisk hipersalinowych, takich jak: Morze Martwe, Wielkie Jezioro Słone i środowiska oceaniczne z wysokimi koncentratami chlorku sodu. Haloferax volcanii jest godny uwagi, ponieważ można go hodować bez większych trudności, co jest rzadkością u ekstremofila. H. volcanii jest chemoorganotroficzny, metabolizujący cukry jako źródło węgla. Jest głównie tlenowy, ale jest zdolny do oddychania beztlenowego w warunkach beztlenowych. Ostatnio izolat tego gatunku był badany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley w ramach projektu dotyczącego przetrwania haloarchei na Marsie.

Struktura genomu

Genom H. volcanii składa się z dużego (4 Mb ), wielokopiowego chromosomu i kilku megaplazmidów. Pełny genom dzikiego szczepu H. volcanii (DS2) składa się z około 4130 genów.

Genom został całkowicie zsekwencjonowany, a artykuł omawiający go został opublikowany w 2010 roku. Biologia molekularna H. volcanii była szeroko badana przez ostatnią dekadę, aby dowiedzieć się więcej o replikacji DNA, naprawie DNA i syntezie RNA. Białka archeonów stosowane w tych procesach są niezwykle podobne do białek eukariotycznych i dlatego są badane przede wszystkim jako system modelowy dla tych organizmów. H. volcanii podlega płodnemu poziomemu transferowi genów poprzez mechanizm „kojarzenia” – fuzji komórek.

Budowa komórki i metabolizm

Rozmnażanie wśród H. volcanii zachodzi bezpłciowo przez rozszczepienie binarne. Ta praktyka jest podobna do praktyki innych Archaea, a nawet bakterii.

Podobnie jak wiele archeonów, komórki H. volcanii nie mają ściany komórkowej i dlatego ich struktura zależy od innych mechanizmów, takich jak ich warstwa S i białka cytoszkieletu. Pojedynczy H. volcanii może mieć średnicę od 1 do 3 mikrometrów. Są pleomorficzne, generalnie przechodząc od ruchomych, wydłużonych kształtów prętów do nieruchomych, tworzących biofilm kształtów dysków w miarę starzenia się kultury. Dodatkowo biofilmy generowane przez H. volcanii są zdolne do szybkiego tworzenia wzorów plastra miodu pod wpływem zmian wilgotności. Błony tego organizmu są zbudowane z typowych lipidów błonowych połączonych eterem, występujących wyłącznie w archeonach, a także zawierają wysoki poziom karotenoidów, w tym likopenu, który nadaje im charakterystyczny czerwony kolor.

H. volcanii wykorzystują metodę soli w celu utrzymania osmostazy, zamiast typowej kompatybilnej metody substancji rozpuszczonych obserwowanej u bakterii. Ta metoda polega na utrzymaniu wysokiego poziomu jonów potasu w komórce, aby zrównoważyć jony sodu na zewnątrz. Z tego powodu H. volcanii ma złożony system regulacji jonów.

H. volcanii optymalnie rośnie w temperaturze 42°C w 1,5-2,5 M NaCl i złożonej pożywce. Nadal będzie rosnąć w temperaturze 37 ° C, ale nadal wymaga stężonego NaCl i złożonej pożywki.

Ze względu na sól w metodzie białka cytoplazmatyczne są zbudowane tak, aby fałdowały się w obecności wysokich stężeń jonów. Jako takie, zazwyczaj mają dużą liczbę naładowanych reszt na zewnętrznej części białka i bardzo hydrofobowych reszt tworzących rdzeń. Ta struktura znacznie zwiększa ich stabilność w środowisku zasolonym, a nawet w środowisku o wysokiej temperaturze, ale wiąże się z pewną utratą procesowości w porównaniu z homologami bakteryjnymi.

H. volcanii oddychają jako jedyne źródło ATP, w przeciwieństwie do kilku innych halobateriacae, takich jak Halobacterium salinarum, nie są one zdolne do fotofosforylacji , ponieważ brakuje im niezbędnej bakteriorodopsyny .

Ekologia

Izolaty H. volcanii są powszechnie spotykane w środowiskach wodnych o wysokim zasoleniu, takich jak Morze Martwe. Ich dokładna rola w ekosystemie jest niepewna, ale węglowodany zawarte w tych organizmach potencjalnie służą wielu praktycznym celom. Ze względu na ich zdolność do utrzymania homeostazy pomimo otaczającej ich soli, H. volcanii może być ważnym graczem w rozwoju biotechnologii. Ponieważ jest prawdopodobne, że H. volcanii i porównywalne gatunki należą do najwcześniejszych żywych organizmów, dostarczają one również informacji związanych z genetyką i ewolucją.

Morze Martwe

Morze Martwe zawiera bardzo wysokie stężenie soli sodu, magnezu i wapnia. Ta kombinacja sprawia, że ​​morze jest idealnym środowiskiem dla ekstremofilów, takich jak H.volcanii. Morze Martwe ma zróżnicowaną społeczność mikroorganizmów, chociaż testy terenowe przeprowadzone przez Kaplana i Friedmana wykazały, że H.volcanii miał największą liczebnie obecność w społeczności. Często zdarza się, że latem występuje większa liczba halofilów, ponieważ Morze Martwe jest znacznie cieplejsze, średnio około 37 stopni Celsjusza, a zatem bardziej sprzyja zakwitowi bakterii. Niestety Morze Martwe staje się coraz mniej gościnne dla takich ekstremofili jak np H. volcanii ze względu na rosnące zasolenie, przypisywane zarówno czynnikom naturalnym, jak i działalności człowieka. Jako dominujące środowisko dla Haloferax volcanii , zmiana zasolenia naraża ten gatunek na ryzyko.

Uszkodzenia i naprawy DNA

U prokariotów genom DNA jest zorganizowany w dynamiczną strukturę, nukleoid, który jest osadzony w cytoplazmie. Ekspozycja Haloferax volcanii na stresy uszkadzające DNA powoduje zagęszczenie i reorganizację nukleoidu. Zagęszczanie zależy od kompleksu białkowego Mre11-Rad50, który jest wykorzystywany w homologicznej rekombinacyjnej naprawie pęknięć podwójnej nici DNA. Delmas i in. zaproponowali, że zagęszczanie nukleoidów jest częścią odpowiedzi na uszkodzenie DNA, która przyspiesza regenerację komórek, pomagając białkom naprawy DNA w lokalizacji celów oraz ułatwiając poszukiwanie nienaruszonych sekwencji DNA podczas rekombinacji homologicznej.

Wymiana genetyczna

Wykazano, że H. volcanii może podlegać procesowi wymiany genetycznej poprzez mieszanie komórek razem na stałej błonie nitrocelulozowej. Wykluczono proces transdukcji i transformacji, pozostawiając koniugację jako potencjalny mechanizm przenoszenia. Uważa się, że mechanizm ten jest nowatorski w porównaniu z innymi znanymi formami, ponieważ wymiana genetyczna nie wydaje się być jednokierunkowa, jak w klasycznych formach koniugacji innych systemów prokariotycznych.

Wymagany jest przedłużony kontakt między komórkami, ponieważ komórki hodowane w płynnej pożywce, podczas mieszania, nie wykazują transferu genetycznego. Eksperymenty z mikroskopem elektronowym uchwyciły obrazy H. volcanii połączonych ze sobą za pomocą wielu cytoplazmatycznych struktur podobnych do mostków i uważa się, że jest to pozorna metoda wymiany genetycznej. Mechanizm białkowy bezpośrednio zaangażowany w tworzenie tych mostków i przenoszenie DNA nie został jeszcze odkryty, chociaż badanie publikujące dane RNAseq wskazuje na różne zaangażowane białka. Inni wykazali również, że mieszanie się ze stężeniem soli w środowisku, globalną glikozylacją i lipidacją powierzchni komórki zmienia szybkość transferu genów.

Wykazano, że ten archeologiczny system koniugacji DNA działa nawet w sposób międzygatunkowy, ponieważ H. volcanii i blisko spokrewniony gatunek H. mediterranei są w stanie wymieniać informacje genetyczne w tym procesie na poziomie podobnym do wymiany wewnątrzgatunkowej. O ile nie wybrano potrzeby rekombinacji wymienianych chromosomów, rekombinacja nie jest wymagana do przeżycia wymienianych komórek. Może to prowadzić do powstania komórek hybrydowych zawierających 2 różne chromosomy.

CRISPR może również odgrywać rolę w regulacji tego transferu genetycznego, ponieważ wykazano, że komórki pozyskują nowe przerywniki do swoich macierzy CRISPR podczas tego procesu.

Astrobiologia

Warunki, w których przeżywa Haloferax volcanii , wysokie zasolenie i wysokie promieniowanie, są bardzo podobne do warunków panujących na powierzchni Marsa. W związku z tym organizm jest obecnie używany do testowania przeżywalności ziemskich ekstremofilów na Marsie. Postępy w tej dziedzinie mogą doprowadzić do lepszego zrozumienia możliwości i harmonogramu życia pozaziemskiego.

Zobacz też

Dalsza lektura

Książki naukowe

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Haloferax_volcanii&oldid=1136094834 ”