Hydrogenobacter thermophilus
| Hydrogenobacter thermophilus | |
|---|---|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | |
| Gromada: | |
| Klasa: |
Aquificia
|
| Zamówienie: | |
| Rodzina: | |
| Rodzaj: | |
| Gatunek: |
H. thermophilus
|
| Nazwa dwumianowa | |
|
Hydrogenobacter thermophilus Kawasumi i in. 1984
|
|
Hydrogenobacter thermophilus jest wyjątkowo termofilną bakterią o prostym pręciku ( Bacillus ). TK-6 jest szczepem typowym dla tego gatunku. Jest Gram-ujemnym , nieruchliwym, obligatoryjnym chemolitoautotrofem . Należy do jednego z najwcześniej rozgałęzionych rzędów bakterii. H. thermophilus TK-6 żyje w glebie zawierającej gorącą wodę. Była to jedna z pierwszych bakterii utleniających wodór , która doprowadziła do odkrycia i późniejszego zbadania wielu unikalnych białek zaangażowanych w jej metabolizm. Jego odkrycie przeczyło poglądowi, że nie istnieją żadne bezwzględnie bakterie utleniające wodór, co doprowadziło do nowego zrozumienia tego zjawiska fizjologiczna . Dodatkowo H. thermophilus zawiera skład kwasów tłuszczowych , którego wcześniej nie obserwowano.
Historia
Hydrogenobacter thermophilus TK-6 został pierwotnie odkryty przez Toshiyuki Kawasumi na Wydziale Chemii Rolnej Uniwersytetu Tokijskiego w 1980 roku. TK-6 został znaleziony wraz z czterema innymi nieznanymi wcześniej bakteriami utleniającymi wodór. Bakterię wyizolowano z gorącej wody zawierającej próbki gleby z kopalń na Półwyspie Izu w Japonii. Kolonie izolowano na podłożu złożonym z 1,5% Bacto- Agar i roztworu specyficznego pierwiastka śladowego składającego się z MoO 3 , ZnSO 4 ·H 2 O, CuSO 4 · 5H 2 O, H 3 BO 3 , MnSO 4 ·H 2 O i CoCl 2 ·H 2 O. Przed odkryciem Hydrogenobacter thermophilus opisano tylko jedną wyjątkowo termofilną, tlenową i utleniającą wodór bakterię ( Bacillus schlegelii ). Ponadto H. thermophilus ma zarówno morfologiczne, jak i fizjologiczne różnice, które różnią się od procesów zachodzących u B. schegelii , co sugeruje, że istnieje wiele sposobów na przeżycie w różnych środowiskach. Do czasu odkrycia H. thermophilus uważano, że nie istnieją bezwzględnie chemolitotroficzne bakterie utleniające wodór.
Charakteryzacja
Biologia
Hydrogenobacter thermophilus jest bakterią o prostym pręciku ( bacillus ) i skrajnym termofilem . Rozmiar wynosi około 0,3-0,5 mikrona szerokości i 2-3 mikronów długości. Barwienie metodą Grama przeprowadzono stosując modyfikację Huckera i stwierdzono, że reakcja była Gram-ujemna . Ruchliwość i sporulację zbadano, odpowiednio, metodą wiszących komórek i metodą Dornera, i obie dały wynik ujemny. Nowa kompozycja kwasów tłuszczowych została uwolniona przez fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego zawierający roztwór. Stwierdzono, że kompozycja zawiera C18:0, C 20:1, 2 atomy węgla dłuższe niż jakakolwiek kompozycja widziana wcześniej. Optymalne warunki wzrostu to: temperatura między 70 a 75 °C, słodka woda, pH około 7,2. Siedliskiem jest gleba zawierająca gorącą, świeżą wodę (70-75°C) ze źródeł na Półwyspie Izu w Japonii.
Metabolizm
Hydrogenobacter thermophilus jest bezwzględnym chemolitoautotrofem . H. thermophilus podlega oddychaniu tlenowemu lub beztlenowemu poprzez denitryfikację . Donorem elektronów jest cząsteczkowa postać wodoru, tiosiarczanu lub siarki elementarnej. Źródłami azotu są amonowe i azotanowe . Ta bakteria wykorzystuje specjalną postać redukcyjnego cyklu trójpierścieniowego kwasu ( odwrotny cykl Krebsa ) do wiązania CO 2 . Różne procesy metaboliczne badano na 1,5% Bacto-Agar z różnymi związkami organicznymi, inkubowanym w temperaturze 50-70 stopni C.
Filogeneza
Sekwencjonowanie genu 16S rRNA umieszcza rodzinę H. thermophilus , Aquificaceae , w bliskim związku filogenetycznym z rodziną Aquifex na podstawie 88,5% do 88,9% podobieństwa sekwencji. Następnym bezpośrednim punktem rozgałęzienia H. thermophilus jest gatunek Caldobacterium hydrogenopailum str. z-823 i poprzednie gałęzie dywergencji ze szczepami Hydrogenobacter. Badania genomowe genu 16S rybosomalnego RNA u H. thermophilus sugerują również, że są one częścią niektórych z najwcześniejszych różnicujących rzędów bakterii zwanych Aquificales . W wyniku wczesnego punktu rozgałęzienia w historii genetycznej Aquificales wskazuje to, że cechy ostatniego wspólnego przodka życia były prawdopodobnie termofilne i chemoautotroficzne związane z węglem; nadaje to pewien kierunek ewolucji życia.
Genomika
W 2010 roku cały genom Hydrogenobacter thermophilus TK-6 został zsekwencjonowany przez Hiroyuki Arai i in. Sekwencjonowanie przeprowadzono metodą shotgun całego genomu sekwencjonowania Sangera i zmontowano za pomocą Paracel Genome Assembler. Stwierdzono, że składa się z 1 743 135 par zasad ułożonych w kolisty chromosom z szacunkowo 1864 genami kodującymi białka i 22 pseudogenami . Stwierdzono, że genom zawiera jeden rRNA 16S - 23S - 5S operon i 44 geny kodujące tRNA . Zawartość GC w genomie wynosi 44%, co w momencie jego odkrycia było najniższe spośród wszystkich bakterii utleniających wodór. H. thermophilus zawiera cztery skupiska genów dla hydrogenaz związanych z błoną. Należy również zauważyć, że H. thermophilus nie ma typowego PSP ( fosfatazy fosfoserynowej). ) geny zaangażowane w metabolizm aminokwasów. Ponadto jest to bezwzględny chemolitoautotrof, więc obecne były geny powszechnie stosowane w wiązaniu węgla. Zaobserwowano geny kodujące białka zaangażowane w RTCA (redukcyjny cykl kwasów trójpierścieniowych) i glukoneogenezę . Odnotowano również klaster genów sox, gen sqr i geny sorAB, które są zaangażowane w kompleks białek utleniających siarkę, odpowiednio siarczek: oksydoreduktaza chinonu i siarczyn : oksydoreduktaza cytochromu c . H. thermophilus zawiera również niezbędne geny dla redukcja i asymilacja azotanów .
Proteomika
Hydrogenobacter thermophilus ma kilka unikalnych białek, które pozwalają mu żyć w swoim środowisku. Cytochrom b i cytochrom c są obecne we wszystkich szczepach. Szczepy H. thermophilus posiadają również bardzo charakterystyczny chinon zawierający siarkę , 2-metylotio-1,4-naftochinon. Jest to pierwszy przypadek szlaku innego niż Calvin, który jest wykorzystywany do przekształcania dwutlenku węgla w składniki komórkowe. Oprócz unikalnego chinonu , nowe typy fosfatazy fosfoserynowej (PSP) zostały odkryte i przeanalizowane przez wstępną krystalizację i dyfrakcję rentgenowską . Zarówno białka iPSP1, jak i iPSP2 znalezione w H. thermophilus wykorzystują szlaki niezależne od jonów metali, podczas gdy typowe PSP potrzebują Mg2 + do działania i są uważane za część nadrodziny hydrolaz podobnych do dehalogenaz halokwasów. iPSP1 składa się z dwóch podjednostek PspA, podczas gdy iPSP2 jest heterodimerem i ma zarówno podjednostki PspA, jak i PspB. Zaobserwowano, że iPSP1 i iPSP2 mają silne powinowactwo wiązania w kierunku L-fosfoseryny, która wspiera jej działanie jako PSP. Nowe białka, takie jak syntetaza cytrylo-CoA (CCS) i ciitryl-CoA (CLL), są wykorzystywane w redukcyjnym cyklu TCA ( odwrócony cykl Krebsa ). Białka te odkryto i scharakteryzowano poprzez oczyszczanie aktywności, analizę SDS-PAGE i chromatografię żelową. Dodatkowo zastosowano sondy oligonukleotydowe w celu sekwencjonowania i sklonowania powiązanych genów. Rozszczepienie cytrylo-CoA na acetylo-CoA i szczawiooctan zachodzi w procesie dwuetapowym. Po pierwsze, syntetaza cytrylo-CoA katalizuje tworzenie cytrylo-CoA, który jest natychmiast rozszczepiany przez liazę cytrylo-CoA . Zaobserwowano również znaczny poziom homologii sekwencji białek między białkiem CCL a regionem C-końcowym liazy cytrynianowej ATP (ACL), enzymu powszechnie wykorzystywanego w redukcyjnym cyklu TCA.
Dalsza lektura
- Ishii, Masaharu (sierpień 2012). „Krystalizacja i wstępna analiza dyfrakcji rentgenowskiej nowego typu fosfatazy fosfoserynowej z Hydrogenobacter thermophilus TK-6” . Acta Crystallographica Sekcja F . 68 (część 8): 911–913. doi : 10.1107/S1744309112025213 . PMC 3412771 . PMID 22869120 .