Rhodopseudomonas palustris
|
|
| Rhodopseudomonas palustris | |
|---|---|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | |
| Gromada: | |
| Klasa: | |
| Zamówienie: | |
| Rodzina: | |
| Rodzaj: | |
| Gatunek: |
R. palustris
|
| Nazwa dwumianowa | |
|
Rhodopseudomonas palustris (Molisch 1907) Niela 1944
|
|
| Synonimy | |
|
|
Rhodopseudomonas palustris to Gram-ujemna , purpurowa, niesiarkowa bakteria w kształcie pałeczki , charakteryzująca się zdolnością do przełączania pomiędzy czterema różnymi trybami metabolizmu.
R. palustris występuje powszechnie w przyrodzie i został wyizolowany z lagun odchodów świń, odchodów dżdżownic, osadów przybrzeżnych morskich i wody w stawach. Chociaż fioletowe bakterie niesiarkowe są zwykle fotoheterotroficzne , R. palustris może elastycznie przełączać się pomiędzy dowolnym z czterech trybów metabolizmu podtrzymujących życie: fotoautotroficzny , fotoheterotroficzny , chemoautotroficzny lub chemoheterotroficzny .
Etymologia
R. palustris występuje zwykle w postaci zwitka śluzowatej masy, a kultury mają barwę od jasnobrązowej do brzoskwiniowej. Etymologicznie rodum to grecki rzeczownik oznaczający różę, pseudes to grecki przymiotnik oznaczający fałsz, a monas odnosi się do jednostki w języku greckim. Dlatego Rhodopseudomonas , co oznacza jednostkę fałszywej róży, opisuje wygląd bakterii. Palustris to po łacinie bagnisty i wskazuje na wspólne siedlisko bakterii.
Tryby metabolizmu
R. palustris może rosnąć z tlenem lub bez niego , może wykorzystywać do produkcji energii światło lub związki nieorganiczne lub organiczne. Może również pozyskiwać węgiel z wiązania dwutlenku węgla lub zielonych związków pochodzenia roślinnego. Wreszcie R. palustris jest również zdolny do wiązania azotu potrzebnego do wzrostu. Ta wszechstronność metaboliczna wzbudziła zainteresowanie społeczności badawczej i sprawia, że bakteria ta nadaje się do potencjalnego zastosowania w biotechnologicznych .
Obecnie podejmowane są wysiłki, aby zrozumieć, w jaki sposób organizm ten dostosowuje swój metabolizm w odpowiedzi na zmiany środowiskowe. Kompletny genom szczepu Rhodopseudomonas palustris CGA009 zsekwencjonowano w 2004 r. (zobacz listę zsekwencjonowanych genomów bakteryjnych ), aby uzyskać więcej informacji o tym, jak bakteria wyczuwa zmiany środowiskowe i reguluje swoje szlaki metaboliczne. R. palustris potrafi zręcznie pozyskiwać i przetwarzać różne składniki ze swojego otoczenia, zgodnie z koniecznością wahań poziomu węgla, azotu, tlenu i światła.
R. palustris ma geny kodujące białka tworzące kompleksy zbierające światło (LHC) i centra reakcji fotosyntezy. LHC i centra reakcji fotosyntezy zwykle znajdują się w organizmach fotosyntetycznych, takich jak rośliny zielone. Co więcej, R. palustris, podobnie jak inne fioletowe bakterie, może modulować fotosyntezę w zależności od ilości dostępnego światła. Na przykład w warunkach słabego oświetlenia reaguje zwiększeniem poziomu LHC, które umożliwiają absorpcję światła. Długości fal światła pochłanianego przez R. palustris różnią się od absorbowanych przez inne fototrofy.
R. palustris ma również geny kodujące białko ruBisCO , enzym niezbędny do wiązania dwutlenku węgla w roślinach i innych organizmach fotosyntetyzujących. Genom CGA009 ujawnia również istnienie białek zaangażowanych w wiązanie azotu (patrz diazotrof ).
Ponadto bakteria ta może łączyć w procesie metabolizmu procesy reakcji enzymatycznych wrażliwe na tlen i wymagające tlenu, dzięki czemu może rozwijać się przy zmiennym, a nawet bardzo niskim poziomie tlenu.
Aplikacje komercyjne
Przemysł paliw biokopalnych
R. palustris podczas swojego fotoautotroficznego trybu metabolizmu prawdopodobnie wykorzystuje wanabinę do odszczepienia rdzenia ze związków na bazie chloru , takich jak magnez w chlorofilu , i zastępuje go centrum wanadowym w celu przyłączania i zbierania energii poprzez kompleksy zbierające światło, tworząc R. Palustris potencjalny składnik przyszłości przemysłu paliwowego.
Biodegradacja
Genom R. palustris składa się z różnych genów odpowiedzialnych za biodegradację. Może metabolizować ligninę i kwasy znajdujące się w rozkładających odpadach roślinnych i zwierzęcych poprzez metabolizację dwutlenku węgla. Ponadto może rozkładać związki aromatyczne znajdujące się w odpadach przemysłowych. Bakteria ta jest skutecznym katalizatorem biodegradacji zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym. [ potrzebne źródło ]
Produkcja wodoru
Fioletowe bakterie fototroficzne wzbudziły zainteresowanie ze względu na ich zastosowania biotechnologiczne. Bakterie te można wykorzystać do syntezy bioplastików i produkcji wodoru . R. palustris ma unikalną cechę kodowania azotazy zawierającej wanad . Jako produkt uboczny wiązania azotu wytwarza trzy razy więcej wodoru niż azotazy zawierające molibden innych bakterii. Możliwość manipulowania R. palustris do wykorzystania jako niezawodne źródło produkcji wodoru lub do biodegradacji, nadal brakuje szczegółowej wiedzy na temat jego szlaków metabolicznych i mechanizmów regulacyjnych.
Generowanie elektryczności
R. palustris DX-1
Szczep R. palustris (DX-1) jest jednym z niewielu mikroorganizmów i pierwszą Alphaproteobacteria, która wytwarza energię elektryczną przy dużej gęstości mocy w mikrobiologicznych ogniwach paliwowych (MFC) o niskim oporze wewnętrznym . DX-1 wytwarza prąd elektryczny w MFC bez katalizatora, bez wytwarzania światła i wodoru. Szczep ten jest egzoelektrogenny , co oznacza, że może przenosić elektrony na zewnątrz komórki. Inne mikroorganizmy wyizolowane z MFC nie mogą wytwarzać gęstości mocy wyższej niż mieszane kultury drobnoustrojów w tych samych warunkach ogniwa paliwowego, ale R. palustris DX-1 może wytwarzać znacznie wyższe gęstości mocy.
Ten gatunek Rhodopseudomonas jest powszechnie spotykany w ściekach, a DX-1 wytwarza energię elektryczną przy użyciu związków, o których wiadomo, że Rhodopseudomonas rozkładają. Dlatego też technologię tę można wykorzystać do produkcji bioelektryczności z biomasy i do oczyszczania ścieków. Jednakże energia wytwarzana w tym procesie nie jest obecnie wystarczająca do oczyszczania ścieków na dużą skalę.
Rhodopseudomonas palustris TIE-1
Badanie z 2014 roku wyjaśniło procesy komórkowe umożliwiające szczepowi R. palustris TIE-1 pozyskiwanie energii poprzez zewnątrzkomórkowy transfer elektronów. Co ciekawe, TIE-1 pobiera elektrony z materiałów bogatych w żelazo, siarkę i inne minerały znajdujące się w osadach pod powierzchnią. W ramach niezwykłej strategii, gdy drobnoustroje odciągają elektrony od żelaza, tlenek żelaza krystalizuje w glebie, ostatecznie staje się przewodzący i ułatwia TIE-1 utlenianie innych minerałów.
TIE-1 następnie przekształca te elektrony w energię, wykorzystując dwutlenek węgla jako receptor elektronów. Gen wytwarzający ruBisCo pomaga temu szczepowi R. palustris wytwarzać energię za pośrednictwem elektronów. TIE-1 wykorzystuje ruBisCo do przekształcania dwutlenku węgla w pożywienie dla siebie. Metabolizm ten ma aspekty fototroficzne, ponieważ gen i zdolność do wychwytywania elektronów są stymulowane przez światło słoneczne. Dlatego R. palustris TIE-1 ładuje się za pomocą minerałów znajdujących się głęboko w glebie, jednocześnie wykorzystując światło pozostając na samej powierzchni. Zdolność TIE-1 do wykorzystania energii elektrycznej można wykorzystać do produkcji akumulatorów, ale jego wydajność jako źródła paliwa pozostaje wątpliwa, ale ma możliwe zastosowania w przemyśle farmaceutycznym.