Acidithiobacillus caldus - Acidithiobacillus caldus
| Acidithiobacillus caldus | |
|---|---|
| Vědecká klasifikace | |
| Doména: | |
| Království: | |
| Kmen: | |
| Třída: | |
| Objednat: | |
| Rodina: | |
| Rod: | |
| Druh: | A. caldus |
| Binomické jméno | |
| Acidithiobacillus caldus (Kelly and Wood 2000) | |
| Typ kmene | |
| DSM 8584 (Kelly & Wood 2000) | |
| Synonyma | |
Thiobacillus caldus | |
Acidithiobacillus caldus dříve patřil do rodu Thiobacillus před rokem 2000, kdy byl překlasifikován spolu s řadou dalších bakteriálních druhů do jednoho ze tří nových rodů, které lépe kategorizují oxidující síru acidofily.[1] Jako člen Gammaproteobakterie třída Proteobakterie, A. caldus lze identifikovat jako a Gramnegativní bakterie, která se často vyskytuje v párech.[2] Považuje se za jeden z nejběžnějších mikrobů zapojených do biominování je schopen oxidovat redukované anorganické sloučeniny síry (RISC), které se tvoří během rozpadu sulfid minerály.[3] Význam předpony acidi ve jménu Acidithiobacillus pochází z latinského slova acidus, což znamená, že členové tohoto rodu milují kyselé a kyselé prostředí. Thio je odvozen z řeckého slova thios a popisuje použití síry jako zdroje energie a bacil popisuje tvar těchto mikroorganismů, kterými jsou malé tyčinky.[1] Název druhu, kaldus, je odvozen z latinského slova pro teplé nebo horké, označující lásku tohoto druhu k teplému prostředí.
Dějiny
Thiobacillus caldus byl překlasifikován do Acidithiobacillus, jeden ze tří nových rodů (také včetně Halothiobacillus a Thermithiobacillus) vytvořený k další klasifikaci členů rodu, kteří spadají do tříd alfa-, beta- a gama Proteobacteria. Thiobacillus druhy vykazují obrovské množství rozmanitosti v fyziologie a složení DNA, což byl jeden z důvodů reklasifikace tohoto druhu do nového rodu obsahujícího čtyři druhy acidofily (mikroorganismy, které fungují nejlépe v kyselém prostředí), z nichž některé jsou také schopné oxidovat železo [II] a sulfidové minerály.[1]
A. caldus, původně izolovaný od kořistí nepotřebných hornin, se kterými se setkáváme při těžbě uhlí, byl prvním acidofilním druhem rodu termofilní thiobacilli bude popsáno.[2] The kmen typu z tohoto druhu byl DSM 8584, také známý jako kmen KU, uložen v Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen, sbírka mikroorganismů v Německu.[1]
Morfologie
A. caldus je krátký, tyč -tvarovaná, Gramnegativní bakterie, která má pohyblivost přes jeden polární bičík umístěný na jeho vnější buněčné stěně, který zobrazuje vlastnosti typické gramnegativní buněčné stěny. Je dlouhý přibližně 1 x 1–2 μm a často se vyskytuje ve dvojicích. Ukázalo se, že různé kmeny se liší ve velikosti ve srovnání s ostatními. Jeden z menších kmenů, BC13, má průměr kolem 0,7 μm a délku asi 1,2 μm, zatímco kmen KU je o něco delší, s průměrem zhruba 0,8 μm a délkou kolem 1,8 μm.[2]
Fyziologická tolerance
A. caldus vykazuje toleranci k širokému spektru podmínek, včetně úrovní kyselého pH a teploty, přičemž nejlepší růst nastává při pH 2,0 až 2,5 a teplotě 45 ° C. Optimální růst vede ke zkratce generační čas 2–3 hodiny, v závislosti na přítomných faktorech prostředí.[2] A. caldus není považován za halofilní protože v prostředích neobsahujících žádné známky růstu NaCl.[4]
Teplota
A. caldus je mírně termofilní a daří se mu při optimální teplotě 45 ° C.[2] U některých kmenů, jako je kmen KU, se stále prokázalo, že vykazují růst na a tetrathionát médium v podmínkách s teplotním rozsahem od 32 ° C do 52 ° C.[4] Při pěstování na médiu obsahujícím síru bylo zjištěno, že kmen BC13 snáší teploty až 55 ° C.[2] Předpokládá se, že existuje genetický základ extrémní teplotní tolerance, kterou ukazuje A. caldus ve srovnání s jinými druhy v jeho rodu, jako např A. ferrooxidany a A. thiooxidans.[5]
pH
Stejně jako u všech acidofilních mikroorganismů A. caldus nejlépe se mu daří v prostředí s nízkým kyselým pH s preferovaným rozsahem pH 2,0-2,5.[2] Tento mikroorganismus je schopen se vyrovnat s velkým gradientem pH přes buněčnou membránu a udržet ji intracelulární pH kolem téměř neutrální úrovně 6,5.[6] Bylo zjištěno, že některé kmeny, včetně KU a BC13, vykazují známky růstu v širokém rozmezí kyselých pH, přičemž pomalá rychlost růstu zahrnuje delší generační čas, přibližně 45 hodin, při pH 4,0 a rychlosti 6–7 hodin při pH 1,0. A. caldus má nejkratší dobu generování 2–3 hodiny za podmínek zahrnujících pH mezi 2,0 a 2,5. Při pH 0,5 nebyl pozorován žádný růst,[2] což ukazuje, že některé podmínky jsou jednoduše příliš kyselé na to, aby podporovaly růst i extrémních acidofilů.
Metabolismus
A. caldus je schopen oxidovat redukované anorganické sloučeniny síry spolu s dalšími substráty včetně molekulárních vodík, a mravenčan, kromě mnoha organických sloučenin a sulfidové minerály. Zobrazí se chemolithotrophic růst při vystavení substrátům obsahujícím síru, tetrathionát nebo thiosíran, s síran jako konečný produkt.[2] Snížené sloučeniny síry používají A. caldus podporovat jeho autotrofní růst v prostředí bez slunečního záření.[1] Růst A. caldus se zvyšuje, když se používá vzduch prskající, proces, při kterém bubliny chemicky inertní Plyn je čerpán kapalinou a je doplňován 2% (hmotn./obj.) CO2.[2] Ani 0,05% výtažek z kvasnic (kvasinkový produkt, který se vytvoří, když se odstraní stěny buňky a extrahuje se její vnitřní obsah[7]), kasamino kyseliny (an aminokyselina /peptid směs společná mikrobiálním růstová média vytvořené z kyseliny hydrolýza z kasein[8]), ani 2,5 mM koncentrace glukóza protože se ukázalo, že jediný substrát vyvolává heterotrofní růst A. caldus. Místo toho dochází k růstu mixotroficky s tetrathionát a kvasnicový extrakt nebo glukóza. Kmen BC13 je schopen růstu na glukózovém médiu, ale ne poté, co byl přenesen do glukózového média z média, které kromě glukózy obsahovalo i síru.[2]
Klíč meziprodukty v metabolismu A. caldus jsou elementární síra (S0) a tetrathionát. Hydrolýza tetrathionátu klíčovým enzymem tetrathionát hydrolázou (tetH) složenou z 503 aminokyselin poskytuje pentathionát, thiosíran a síra, zatímco elementární síra se oxiduje siřičitanem na síran.[3]
Genomika
Většina toho, co je známo o rodu Acidithiobacillus pochází z experimentů a genomických analýz dvou jejích druhů: A. ferrooxidany a A. caldus. S délkou 2 932 225 párů bází byla genomová sekvence z A. caldus je bohatý na GC a Obsah GC (mol%) v rozmezí 63,1-63,9% pro kmen KU[4] a 61,7% pro kmen BC13.[2] DNA hybridizace studie ukázaly, že kmeny KU a BC13 vykazovaly 100% homologie navzájem, ale zatím ne DNA hybridizace významnosti (2–20%) u jiných druhů rodu včetně A. ferrooxidany a A. thiooxidans, nebo s jinými podobnými Proteobakterie, jako Thiomonas cuprina nebo Thiobacillus thioparus.[1]
Kmeny A. caldus byly odlišeny od jiných souvisejících acidithiobacilů, včetně A. ferrooxidany a A. thiooxidanssekvenční analýzou PCR - zesílený 16S -23S rDNA intergenní spacer (ITS) a polymorfismus délky restrikčních fragmentů.[9] Fylogenetická analýza sekvencí ITS stačilo k rozlišení tří jedinečných druhů Acidithiobacillus u nichž bylo zjištěno, že mají mírně odlišné fyziologické tolerance. Spacerová oblast 16S-23S rDNA je užitečným cílem pro vývoj molekulárních metod zaměřených na detekci, rychlou diferenciaci a identifikaci Acidithiobacillus druh.[9]
Aplikace
Od svého objevu v roce 1994 A. caldus bylo zjištěno, že má významné praktické uplatnění v průmyslové oblasti biominování a minerální biotechnologie, přispívající ke zvýšené obnově požadovaných minerálů z hornin známých jako rudy.[3] Kovy jako zlato byly získány z rud, které obsahují pyrit (také známý jako Bláznovo zlato ) a arsenopyrit, dva sulfid minerály, které jsou často spojeny se značným množstvím tohoto drahého kovu.[2]
Biominování se týká jak biooxidace, kdy se sulfidový minerál obklopující požadovaný kov oxiduje, aby se odkryl požadovaný kov, a biologické bělení, kde je sulfidový minerál solubilizovaný získat požadovaný kov.[3] V důsledku exotermické povaha biologické bělení, termofilní povaha A. caldus umožňuje menší chlazení a celkově vyšší rychlost biologického odlučování.[2] Bakterie patřící do rodu Acidithiobacillus mají schopnost oxidovat sulfidové rudy a tím solubilizovat kovy. Tato schopnost přispěla k obecnému zájmu veřejnosti o tento mikroorganismus díky jeho použití v průmyslovém biologickém odlučování kovů z rud a díky jeho účinným prostředkům, jakými se regenerovat drahé kovy.[2] Bakterie podílející se na biologickém odlučování fungují primárně k produkci Fe3+ z oxidace železnatého železa, které se poté používá k oxidaci síry, která poskytuje základní zdroj energie pro důležité buněčné metabolické funkce[3]
Reference
- ^ A b C d E F Kelly, Donovan P .; Wood, Ann P. (2000). "Reklasifikace některých druhů Thiobacillus do nově určených rodů Acidithiobacillus gen. listopad., Halothiobacillus gen. listopad. a Thermithiobacillus gen. listopad". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 50: 511–516. doi:10.1099/00207713-50-2-511. PMID 10758854.
- ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó Hallberg, Kevin B .; Lindström, E. Börje (1994). „Charakterizace Thiobacillus caldus sp. Nov., Středně termofilní acidofil“. Mikrobiologie. 140 (12): 3451–3456. doi:10.1099/13500872-140-12-3451. PMID 7533596.
- ^ A b C d E Rzhepishevska, Olena I .; et al. (2007). „Regulace románu Acidithiobacillus caldus genový klastr podílející se na metabolismu redukovaných anorganických sloučenin síry ". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 73 (22): 7367–7372. doi:10.1128 / aem.01497-07. PMC 2168230. PMID 17873067.
- ^ A b C Vy, Xiao-Yan; et al. (2011). „Odhalení úplného genomu Acidithiobacillus caldus a jeho centrálních metabolismu pro asimilaci uhlíku“. Journal of Genetics and Genomics. 38 (6): 243–252. doi:10.1016 / j.jgg.2011.04.006.
- ^ Valdes, Jorge; Pedroso, Inti; Quatrini, Raquel; Holmes, David S. (2008). "Srovnávací analýza genomu Acidithiobacillus ferrooxidans, A. thiooxidans a A. caldus: pohledy na jejich metabolismus a ekofyziologii “. Hydrometalurgie. 94: 180–184. doi:10.1016 / j.hydromet.2008.05.039.
- ^ Mangold, Stephanie; et al. (2013). "Odpověď z Acidithiobacillus caldus směrem k neoptimálním podmínkám pH ". Extremophiles. 17 (4): 689–696. doi:10.1007 / s00792-013-0553-5.
- ^ Herbst, Sharon (2001). Food Lover's Companion. Hauppauge, New York: Barron's Educational Series, Inc.
- ^ Mueller, J. Howard; Johnson, Everett R. (1941). "Kyselé hydrolyzáty kaseinu jako náhrada peptonu při přípravě bakteriologických médií". The Journal of Immunology. 40 (1): 33–38.
- ^ A b Bergamo, Rogério F .; Novo, Maria Teresa M .; Verissimo, Ricardo V .; Paulino, Luciana C .; Stoppe, Nancy C .; Sato, Maria Inês Z .; Manfio, Gilson P .; Inácio Prado, Paulo; Garcia Jr., Garcia; Ottoboni, Laura M.M. (2004). "Diferenciace Acidithiobacillus ferrooxidans a A. thiooxidans kmeny založené na analýze polymorfismu spaceru 16S-23S rDNA ". Výzkum v mikrobiologii. 155 (7): 559–567. doi:10.1016 / j.resmic.2004.03.009.
Další čtení
- Lebedev, Nikolai; Chen, Linxu; Ren, Yilin; Lin, Jianqun; Liu, Xiangmei; Pang, Xin; Lin, Jianqiang (2012). „Acidithiobacillus caldus Oxidační model síry založený na analýze transkriptomu mezi divokým typem a defektním mutantem kysličníkové oxidázy reduktázy“. PLOS ONE. 7 (9): e39470. doi:10.1371 / journal.pone.0039470. ISSN 1932-6203. PMC 3440390. PMID 22984393.
- Valdes, J .; Quatrini, R .; Hallberg, K .; Dopson, M .; Valenzuela, P. D. T .; Holmes, D. S. (2009). „Návrh genomové sekvence extrémně kyselých bakterií Acidithiobacillus caldus ATCC 51756 odhaluje metabolickou všestrannost rodu Acidithiobacillus“. Journal of Bacteriology. 191 (18): 5877–5878. doi:10.1128 / JB.00843-09. ISSN 0021-9193. PMC 2737959. PMID 19617360.
- Dopson, Mark; Holmes, David S .; Valdés, Jorge; Mangold, Stefanie (2011). "Metabolismus síry v extrémním Acidophile Acidithiobacillus Caldus". Hranice v mikrobiologii. 2. doi:10.3389 / fmicb.2011.00017. ISSN 1664-302X. PMC 3109338.
