Sporosarcina mocznik
| Sporosarcina ureae | |
|---|---|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | |
| Gromada: | |
| Klasa: | |
| Zamówienie: | |
| Rodzina: | |
| Rodzaj: | |
| Gatunek: |
Sporosarcina mocznik
|
Sporosarcina ureae jest rodzajem bakterii z rodzaju Sporosarcina i jest blisko spokrewniona z rodzajem Bacillus . S. ureae to tlenowy, ruchliwy, tworzący przetrwalniki Gram-dodatni ziarniak, pierwotnie wyizolowany z gleby na początku XX wieku. S. ureae wyróżnia się zdolnością do wzrostu w stosunkowo wysokich stężeniach mocznika poprzez wytwarzanie co najmniej jednej egzoureazy, enzymu przekształcającego mocznik w amoniak. S. mocznik Stwierdzono również, że zarodnikuje, gdy warunki środowiskowe stają się niesprzyjające, i może pozostać zdolny do życia nawet przez rok.
Historia
Na początku XX wieku słynny holenderski mikrobiolog Martinus Beijerinck wyizolował mikroorganizm, który nazwał Planosarcina ureae . Próbując wyizolować bakterie ze wzbogacania gleby zawierającego mocznik, wielokrotnie natknął się na ruchliwe ziarniaki, które skupiały się w pakiety i miały zdolność tworzenia przetrwalników. Nazewnictwo izolowanego organizmu często się zmieniało w wyniku obserwacji morfologicznych i biochemicznych przeprowadzonych przez wczesnych badaczy. W 1911 roku Lohnis zaproponował, aby organizm nazwać Sarcina ureae z powodu pakietów klastrowych organizm utworzył się w kulturze. W latach sześćdziesiątych badacze MacDonald i MacDonald wraz z Kocurem i Martinec przenieśli mocznik Sarcina do rodzaju Sporosarcina (zaproponowany przez Orlę-Jensena w 1909 r. I po raz pierwszy użyty przez Kluyvera i van Neila w 1936 r.). Później, w 1973 roku, Pregerson wyizolował ponad 50 różnych szczepów S. ureae z wielu próbek gleby na całym świecie, stwierdzając, że organizm ten jest najczęściej obecny w glebie odzwierciedlającej wysoką aktywność psów i ludzi.
Charakterystyka
Komórki są kokosowe . _ Komórki mają 1–2,5 μm. Podział komórek przeprowadza się w dwóch lub trzech kolejnych płaszczyznach, tak że powstają tetrady lub pakiety ośmiu lub więcej komórek. S. ureae tworzy przetrwalniki (podobnie jak wszystkie gatunki z rodzaju). Endospory mają 0,5–1,5 μm. Gatunek może poruszać się za pomocą wici .
Metabolizm
S. ureae jest organizmem heterotroficznym , ponieważ nie przeprowadza fotosyntezy . Jego metabolizm jest spowodowany oddychaniem komórkowym . Gatunek ściśle tlenowy , ponieważ potrzebuje tlenu . Optymalne pH do wzrostu to 7. Optymalna temperatura do wzrostu to 25°C. Wzrost bez dostępu tlenu nie występuje. Test oksydazowy jest pozytywny.
Ekologia
S. ureae jest jedną z bakterii, które mogą wykorzystywać mocznik z enzymem ureazą . Często występuje w glebie i tworzy największe zagęszczenie populacji na glebach narażonych na duże ilości moczu, na przykład na pastwiskach dla krów. Poprzez posiew seryjnych rozcieńczeń gleby, zarówno Gibson, jak i Pregerson odkryli, że gram gleby może zawierać do 10 000 organizmów S. ureae . S. ureae prawdopodobnie odgrywa ważną rolę w degradacji moczu. Występuje również w oborniku i toleruje pH 9–10.
Izolacja
Na przestrzeni lat opracowano kilka metod izolowania i utrzymywania kultur S. ureae . W 1935 roku Gibson użył standardowego agaru odżywczego uzupełnionego 3-5% mocznikiem w celu zahamowania rozwoju większości innych organizmów glebowych, które w innym przypadku przewyższyłyby S. ureae . Technika izolacji Pregerson (1973) była podobna, ale użyła agaru tryptonowo-sojowego (27,5 g bulionu tryptonowo-sojowego Difco, 5,0 g ekstraktu drożdżowego Difco, 15,0 g agaru Difco, 1 litr wody) uzupełnionego 1% mocznikiem i inkubowanych seryjnych rozcieńczeń próbki gleby w temperaturze 22 °C. Pominięcie mocznika zapewnia skuteczną pożywkę konserwacyjną.
Etymologia
Nazwa rodzaju pochodzi od greckiego słowa spora („zarodnik”) i łacińskiego słowa sarcina („pakiet”, „wiązka”) i odnosi się do faktu, że tworzy przetrwalniki i typowy układ komórek. Nazwa gatunku pochodzi od zdolności tego gatunku do rozkładania mocznika.
Genetyka i filogeneza
Obecnie istnieje tylko szkic genomu S. ureae . Zautomatyzowany serwer adnotacji RAST (rast.nmpdr.org) ujawnia określone geny zaangażowane między innymi w reakcję na stres, ścianę komórkową i kapsułkę oraz geny domowe. Mikołaj i in. (1983) określili zawartość GC w mocznikach na 40,6-40,8%. S. ureae jest blisko spokrewniony z innymi organizmami tworzącymi przetrwalniki z rodzaju Bacillus , obserwacja po raz pierwszy odnotowana przez Beijerincka w 1903 r. Fox i in. (1977) wykazali, że S. ureae jest najbliżej spokrewniony z B. pasteurii .
Zastosowania biotechnologiczne
Ostatnio zainteresowanie S. ureae wzrosło ze względu na potencjalne zastosowania biotechnologiczne; jednak badania koncentrowały się prawie wyłącznie na unikalnej zewnętrznej warstwie powierzchni komórki (warstwa S). Warstwy S składają się z pojedynczych białek, które tworzą przewidywalną strukturę sieciową i mają potencjalne zastosowanie w nanoelektronice, medycynie i bioczujnikach. Przykładem tych badań jest obiecująca rola warstwy S w immobilizacji enzymów. Proces sztucznego rozkładania niektórych metabolitów i trucizn jest często spowalniany przez bliskość potrzebnych enzymów. Jednakże, gdyby można było użyć S. ureae W warstwie S wszystkie wymagane enzymy potrzebne do metabolizowania określonej trucizny mogą być ze sobą związane, co znacznie zwiększa szybkość reakcji. Co więcej, wiele badań dotyczy właściwości samoorganizacji warstw S, które po związaniu z pewnymi przeciwciałami mają zdolność przyspieszania prac nad szczepionką. Badania dotyczą również jego roli w niektórych patogenach, takich jak B. anthracis , gdzie bierze udział w przyczepianiu się komórek.
Inne ważne obszary tych badań można zobaczyć w niektórych bieżących pracach prowadzonych w Ames Research Center (NASA), przyglądając się organizmom, które przekształcają mocznik w amon. Prezentacja Lynn Rothschild (Horizon Lectures, wrzesień 2012) wskazywała, że niektórzy z pierwszych kolonizatorów Marsa mogli wykorzystywać te organizmy do przekształcania ludzkich odchodów w amon, a następnie używać amoniaku do obniżania pH marsjańskich gleb do produkcji cementu z węglanu wapnia. Cement ten można następnie wykorzystać do produkcji cegieł i innych materiałów budowlanych.
Zdolność S.ureae do przekształcania mocznika w amoniak ma potencjalne potencjalne zastosowania w produkcji biopaliw i nawozów. Amoniak jest obecnie aktywnie poszukiwany jako źródło paliwa alternatywnego dla węgla. Wysoka liczba oktanowa (110-130) i względne bezpieczeństwo w porównaniu z benzyną sprawiają, że jest idealnym zamiennikiem dla obecnych benzyn. Tradycyjne metody wytwarzania amoniaku do nawozów w dużej mierze opierają się na wykorzystaniu gazu ziemnego; w rzeczywistości produkcja amoniaku potrzebnego do zaspokojenia obecnego zapotrzebowania na nawozy pochłania około 2% światowego zużycia energii.