Skalindua wagneri
| Candidatus Scalindua wagneri | |
|---|---|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | |
| Gromada: | |
| Klasa: | |
| Zamówienie: | |
| Rodzina: |
Brocadiceae
|
| Rodzaj: | |
| Gatunek: |
" C. S. wagneri"
|
| Nazwa dwumianowa | |
|
" Candidatus Scalindua wagneri" Schmid i in. 2003.
|
|
Candidatus Scalindua wagneri to Gram-ujemna bakteria w kształcie kokosa, która została po raz pierwszy wyizolowana z oczyszczalni ścieków. Ta bakteria jest bezwzględnie beztlenowym chemolitotrofem , który ulega beztlenowemu utlenianiu amonu ( anammox ). Może być stosowany w przemyśle oczyszczania ścieków w reaktorach azotowych do usuwania odpadów azotowych ze ścieków bez przyczyniania się do trwałej utraty azotu i emisji gazów cieplarnianych .
Charakteryzacja
Candidatus Scalindua wagneri to bakteria w kształcie kokosa o średnicy 1 μm. Podobnie jak inne Planctomycetota , S. wagneri jest Gram-ujemna i nie ma peptydoglikanu w ścianie komórkowej . Ponadto bakteria zawiera dwie błony wewnętrzne zamiast jednej błony wewnętrznej i jednej błony zewnętrznej, która otacza ścianę komórkową. Niektórymi bliskimi sąsiadami są inne gatunki z nowego Scalindua , takie jak Candidatus S. sorokinii i Candidatus S. brodae”. Inni sąsiedzi to „ Candidatus Kuenenia stuttgartiensis” i „ Candidatus Brocadia anammoxidans ”. S. wagneri i jego rodzaj mają tylko około 85% podobieństwa z innymi członkami swojej linii ewolucyjnej, co sugeruje, że jest daleko spokrewniony z innymi beztlenowe bakterie utleniające amon (anammox).
Odkrycie
Markus Schmid z laboratorium Strousa po raz pierwszy odkrył S. wagneri w oczyszczalni odcieków wysypiskowych w Pitsea w Wielkiej Brytanii 1 sierpnia 2001 r. Liczba tych bakterii podwajała się mniej więcej co trzy tygodnie w warunkach laboratoryjnych, co bardzo utrudniało ich wyizolowanie. Dlatego naukowcy wykorzystali analizę genu 16S rRNA ( rybosomalnego RNA ) na biofilmie próbek ścieków, aby wykryć obecność tych bakterii. Zamplifikowali i wyizolowali gen 16S rRNA z biofilmu za pomocą PCR i elektroforezy żelowej . Następnie sklonowali DNA do wektorów TOPO . Gdy naukowcy zsekwencjonowali DNA, dopasowali sekwencje genu 16S rRNA do genomu i odkryli, że sekwencje są spokrewnione z bakteriami anammox. Jedna z sekwencji wykazała 93% podobieństwo do Candidatus Scalindua sorokinii, co sugeruje, że ta sekwencja należała do nowego gatunku z rodzaju Scalindua, a naukowcy nazwali ją Candidatus Scalindua wagneri na cześć Michaela Wagnera, ekologa drobnoustrojów .
Metabolizm
S. wagneri jest bezwzględnie beztlenowym chemolitoautotrofem i ulega beztlenowemu utlenianiu amonu (anammox) w przedziale wewnątrzcytoplazmatycznym zwanym anammoksosomem . Podczas procesu anammox amon jest utleniany przy użyciu azotynu jako akceptora elektronów i jako produkt tworzy gaz diazotowy . Proponuje się, aby mechanizm ten zachodził poprzez wytwarzanie pośredniej hydrazyny przy użyciu hydroksyloaminy , który pochodzi z azotynu. Ponadto S. wagneri wykorzystuje azotyn jako donor elektronów do wiązania dwutlenku węgla i tworzy azotan jako produkt uboczny. Aby przetestować metaboliczne S. wagneri, Nakajima et al . przeprowadził testy aktywności anammox przy użyciu związków azotu znakowanych izotopami 15 N i zmierzył 28 N 2 , 29 N 2 i 30 N 2 stężenia po 15 dniach. Naukowcy odkryli, że stężenia 28 N 2 i 29 N 2 znacznie wzrosły. Wyniki te sugerują , że amoniak i azotyn są używane w równych ilościach do wytworzenia 29N 2 , a denitryfikacja zachodzi równolegle z metabolizmem anammox.
Genom
Obecnie informacje genomiczne o S. wagneri są bardzo ograniczone. Bieżące sekwencje genomu zebrano z DNA wyizolowanego z bakterii rosnących w reaktorze morskich bakterii anammox (MAB). Następnie geny 16S rRNA na DNA zamplifikowano przy użyciu specyficznego startera oligonukleotydowego dla Planctomycetales , rozdzielono za pomocą elektroforezy żelowej i zsekwencjonowano za pomocą sekwencera DNA CEQ 2000. Analizę sekwencji genu 16S rRNA przeprowadzono za pomocą programu GENETYX, a dopasowania i drzewa filogenetyczne wykonano za pomocą BLAST , CLUSTALW i łączenia sąsiadów odpowiednio. Aby lepiej zrozumieć genom , S. wagneri można porównać do jednego z jego lepiej znanych krewnych. Na przykład Candidatus Scalindua profunda ma długość genomu 5,14 miliona par zasad z zawartością GC 39,1%. Nie ma informacji genomowych o długości lub % zawartości GC dla S. wagneri. Jednak istnieją setki częściowych sekwencji 476 par zasad dla jego genu 16S rRNA. Wykorzystanie fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH), techniki stosowanej do wykrywania określonych sekwencji DNA na chromosomach , naukowcy nie byli w stanie wykryć hybrydyzacji między chromosomem S. wagneri a przypuszczalną sondą DNA anammox. Sugeruje to, że S. wagneri nie jest bardzo podobny do znanych bakterii anammox, więc naukowcy sklasyfikowali bakterię we własnym rodzaju.
Ekologia
Chociaż naukowcy nie są w stanie wyizolować czystej kultury S. wagneri, uważa się, że obejmuje ona szeroką niszę . Korzystając z analizy genu 16S rRNA, Schmid po raz pierwszy znalazł dowody na obecność bakterii w oczyszczalniach ścieków. Inni badacze znaleźli również dowód genu 16S rRNA w zbiorniku ropy naftowej utrzymywanym w temperaturze w zakresie od 55°C do 75°C oprócz ekosystemów słodkowodnych i morskich , takich jak ujścia rzek .
Znaczenie i przydatne aplikacje
S. wagneri pozwala oczyszczalniom ścieków na obniżenie kosztów eksploatacji przy jednoczesnym zmniejszeniu negatywnego wpływu nitryfikacji i denitryfikacji na środowisko. Bakterie te przyczyniają się do rozwoju nowych technologii gospodarki ściekowej, pomagając w skutecznym usuwaniu związków azotu ze ścieków. Zwykle reaktory azotowe wykorzystują zarówno nitryfikację, jak i denitryfikację do usuwania odpadów azotowych. Procesy te charakteryzują się wysokimi kosztami eksploatacji ze względu na ciągłe utrzymywanie tlenowych w reaktorze. Produkuje również denitryfikacja podtlenek azotu (N 2 O), który jest gazem cieplarnianym, który jest szkodliwy dla środowiska. Produkcja N 2 O przyczynia się do utraty związanego azotu, który reguluje biologiczną produktywność ekosystemów . Zaszczepiając reaktory ściekowe beztlenowymi S. wagneri, można obniżyć koszty operacyjne o około dziewięćdziesiąt procent bez wytwarzania gazów cieplarnianych. Pozwala to na lepszą gospodarkę ściekową w bardziej opłacalny sposób bez przyczyniania się do zmian klimatu .