Alcanivorax - Alcanivorax

Ropná skvrna ošetřená Alcanivoraxem

Alcanivorax
Vědecká klasifikace
Doména:
Bakterie
Kmen:
Proteobakterie
Třída:
Gammaproteobakterie
Objednat:
Oceanospirillales
Rodina:
Alcanivoracaceae
Rod:
Alcanivorax

Jakimov et al. 1998
Zadejte druh
Alcanivorax borkumensis
Druh

Alcanivorax balearicus
Alcanivorax borkumensis
Alcanivorax dieselolei
Alcanivorax gelatiniphagus[1]
Alcanivorax hongdengensis
Alcanivorax jadensis[1]
Alcanivorax marinus
Alcanivorax mobilis[1]
Alcanivorax pacificus
Alcanivorax venustensis
Alcanivorax xenomutans[1]

Alcanivorax borkumensis je alkanu -ponižující mořská bakterie který se přirozeně množí a stává se převládajícím v mořské vodě obsahující ropu, když dusík a fosfor živiny jsou doplňovány.[2][3]

Popis

A. borkumensis je tyčinkovitá bakterie bez bičíky který získává energii primárně z konzumace alkanů (typ uhlovodík ). to je aerobní, což znamená, že používá kyslík k získání energie, a to je halofilní, což znamená, že má tendenci žít v prostředích, které obsahují sůl, jako je slaná oceánská voda. Je to také Gramnegativní, což v podstatě znamená, že má relativně tenkou buněčnou stěnu. Je také nepohyblivý; jiné organismy, které se zdají být ve stejném rodu, jsou však pohyblivé bičíky.[4][5]

Genom

The genom z A. borkumensis je jediný kruhový chromozóm který obsahuje 3 120 143 základních párů. Je vysoce přizpůsoben k degradaci ropný olej. Například určitá sekvence na genomu kóduje degradaci určitého rozsahu alkanů. The A. borkumensis genom má mnoho sekvencí, které každý kóduje pro jiný typ alkanu, což mu umožňuje být vysoce adaptabilní a univerzální. Jeho genom také obsahuje pokyny pro tvorbu biosurfaktantů, které napomáhají procesu degradace. Pro řešení vnějších hrozeb A. borkumensis genom také kóduje několik obranných mechanismů. Jak zvládat vysoké koncentrace iontů sodíku (tj. Ve vodě oceánu), tak chránit před UV zářením na povrchu Země jsou důležité pro A. borkumensis bakterie a její genom obsahuje způsoby, jak vyřešit oba tyto problémy.[6]

Ekologie

A. borkumensis se přirozeně vyskytuje v prostředí mořské vody. Je častější v oceánských oblastech obsahujících ropný olej (ať už z úniků, přírodních polí nebo jiných zdrojů), i když se v malém množství nachází v neznečištěné vodě. Bylo zjištěno po celém světě na různých místech, a to jak v pobřežních, tak v oceánských prostředích. Může také vzkvétat v oblastech se silným přílivem a odlivem a jinými mořskými proudy / proudy. Nachází se pouze na povrchu vody nebo v jeho blízkosti. A. borkumensis může žít v slanosti v rozmezí od 1,0 do 12,5% a při teplotách v rozmezí od 4 do 35 ° C.[5] Hojnost A. borkumensis v prostředích ovlivněných ropou je to, že bakterie používají sloučeniny v oleji jako zdroj energie, tedy populace A. borkumensis přirozeně vzkvétat při úniku ropy nebo na podobných místech. A. borkumensis překonává ostatní druhy Alcanivorax rod, pravděpodobně díky své vysoce flexibilní DNA a metabolismus. A. borkumensis také překonává jiné organismy degradující alkany, jako je Acinetobacter venetianus. Po určité době obsahuje olejové a solné prostředí A. borkumensis a Acinetobacter venetianus by se nakonec stal ovládán A. borkumensis protože A. borkumensis může konzumovat širší škálu alkanů než jiné známé druhy.[7]

Metabolismus

A. borkumensis primárně používá alkany jako zdroj energie / uhlíku, ale může použít i několik dalších organické sloučeniny. Na rozdíl od většiny ostatních buněk nemůže konzumovat běžnější látky jako např cukry nebo aminokyseliny jako zdroj energie. To je způsobeno nedostatkem genů, které kódují aktivní nebo pasivní transportéry sacharidů, a tudíž neschopnost konzumovat monomerní cukry.[8]

V A. borkumensis, řada různých enzymů má za úkol oxidovat alkanu molekuly. Aerobní metabolismus alkanů se provádí terminální oxidační cestou alkanu, kde monooxygenázy zahájit oxidaci koncových uhlíků. Tato sekvenční cesta nejprve produkuje alkoholy, poté alkohol a aldehyddehydrogenázy a nakonec aldehydy a mastné kyseliny.[9]

Po úniku ropy lze pozorovat obrovskou nerovnováhu v poměru uhlík / dusík a uhlík / fosfor. Pro tohle, A. borkumensis mají nesčetné množství transportních proteinů, které umožňují rychlý příjem klíčových živin, které omezují životní prostředí.[8] Zvýšit tempo růstu populace A. borkumensis bakterie, fosfor a dusíkaté sloučeniny mohou být přidány do životního prostředí. Tyto látky působí jako a hnojivo pro bakterie a pomoci jim růst rychleji.

A. borkumensis a biologické povrchově aktivní látky

Když A. borkumensis bakterie používají jako zdroj energie alkany nebo pyruvát, každá buňka tvoří a biosurfaktant. Biosurfaktant je další vrstva materiálu, který se tvoří podél buněčné membrány. Látky, které tvoří biosurfaktant z A. borkumensis může snížit povrchové napětí vody, která pomáhá při odbourávání oleje. Jsou taky emulgátory, které dále slouží k vytvoření emulze olej / voda, čímž se olej stává rozpustnějším. A. borkumensis tvoří a biofilm kolem kapičky oleje v mořské vodě a pokračuje v používání biosurfaktantů a metabolismu k degradaci oleje na látku rozpustnou ve vodě.[10]

Biotechnologické aplikace

Role v biodegradaci ropy

Ropa ropa je toxická pro většinu forem života a znečištění z životní prostředí ropou způsobuje velké ekologické problémy. Značné množství ropného oleje vstupujícího do moře eliminuje mikrobiální biodegradace činnosti mikrobiálních komunit. Jako nedávno objevený uhlovodíkový plast A. borkumensis je schopen degradovat ropu v prostředí mořské vody. Uhlovodíkový plast má kořen „klastický“, což znamená, že může něco rozdělit na části (v tomto případě uhlovodíky ). Ropa nebo ropa je převážně tvořena uhlovodíky, produktem, který se skládá z dlouhého řetězce atomů uhlíku připojeného k atomům vodíku. Vzhledem k tomu, že většina organismů používá jako zdroj uhlíku / energie cukry nebo aminokyseliny, A. borkumensis používá ve svém metabolickém procesu alkany, typ uhlovodíku. Tato strava umožňuje A. borkumensis vzkvétat v mořském prostředí, které bylo ovlivněno ropné skvrny. Prostřednictvím svého metabolismu A. borkumensis může rozložit olej na neškodné sloučeniny. Díky této schopnosti je tento konkrétní druh hlavním potenciálním zdrojem pro bioremediaci mořského prostředí znečištěného ropou.

Potenciál jako prostředek proti úniku oleje

Ropné skvrny může nastat během přeprava ropy nebo během extrakce. Takové rozlití může způsobit značné množství nafty do oceánu a znečištění životního prostředí, což ovlivní blízké i vzdálené ekosystémy.

Normálně je zapotřebí mnoho let, aby se ekosystém plně (pokud vůbec) zotavil z ropné skvrny, takže vědci hledali způsoby, jak urychlit vyčištění oblastí zasažených ropnou skvrnou. Většina úsilí doposud využívá přímé lidské zapojení / práci k fyzickému odstranění oleje z prostředí. Nicméně, A. borkumensis představuje možnou alternativu. Od té doby A. borkumensis přirozeně rozkládá molekuly oleje do neznečišťujícího stavu, pomohlo by to ekosystémům rychle se zotavit z katastrofy úniku ropy. Organismy také přirozeně rostou v mořské vodě kontaminované ropou, jsou tedy původním druhem. Pokud proces A. borkumensis mohla by se urychlit nebo zefektivnit použití k rozložení ropy, což by pomohlo obnově ekosystémů. Některé příklady zahrnují podporu růstu A. borkumensis (prostřednictvím hnojení fosforem a dusíkem), takže více z nich rozkládá ropu nebo podporuje metabolismus A. borkumensis takže metabolizují rychleji a více.[11]

Potenciál ve výrobě biopolymerů

Narušením genu thioesterázy pro acyl-koenzym A (CoA) byla Sabirova a kolegové schopni mutovat organismus na hyperprodukci polyhydroxyalkanoáty (PHA). Poté byli schopni relativně snadno získat velká množství PHA, která byla uvolněna mutantním Alcanivoraxem z kultivačního média.[9] Dříve bylo nutné použít nákladná a pro životní prostředí nebezpečná rozpouštědla, aby se získal PHA z intracelulárních granulí. To umožňuje výrobu ekologicky šetrných polymerů v továrnách, které využívají mutantní Alcanivorax.[8]

Reference

  1. ^ A b C d Parte, A.C. "Alcanivorax". LPSN.
  2. ^ Martins VAP; et al. (2008). „Genomic Insights into Oil Biodegradation in Marine Systems“. Mikrobiální biodegradace: Genomika a molekulární biologie. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-17-2.
  3. ^ Kasai Yuki (2002). „Převládající růst kmenů Alcanivorax v mořské vodě kontaminované ropou a doplněnou živinami“. Mikrobiologie prostředí. 4 (3): 141–147. doi:10.1046 / j.1462-2920.2002.00275.x. PMID  12000314.
  4. ^ „Fernandez-Martinez, Javier a kol.“ Popis Alcanivorax venustensis sp. listopad. a reklasifikace Fundibacter jadensis DSM 12178T (Bruns and Berthe-Corti 1999) as Alcanivorax jadensis Hřeben. listopadu., členové emendovaného rodu Alcanivorax"International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 53 (2003): 331–338". Archivovány od originál dne 21. 8. 2009. Citováno 2011-04-27.
  5. ^ A b Yakimov, Michail M .; et al. (1998). „Alcanivorax Borkumensis gen. Nov., Sp. Nov., Nové mořské bakterie degradující uhlovodíky a povrchově aktivní látky“ (PDF). International Journal of Systematic Bacteriology. 48 (2): 339–348. doi:10.1099/00207713-48-2-339. PMID  9731272.
  6. ^ [1] Schneiker, Susanne a kol. „Sekvence genomu všudypřítomné mořské bakterie Alcanivorax Borkumensis degradující uhlovodíky.“ Nature Biotechnology 24.8 (2006): 997-1004.
  7. ^ Hara Akihiro (2003). „Alcanivorax, který převládá v mořské vodě kontaminované ropou, vykazuje širokou substrátovou specificitu pro degradaci alkanu“. Mikrobiologie prostředí. 5 (9): 746–753. doi:10.1046 / j.1468-2920.2003.00468.x. PMID  12919410.
  8. ^ A b C Yakimov, Michail M; Timmis, Kenneth N; Golyshin, Peter N (červen 2007). „Povinné mořské bakterie degradující ropu“. Aktuální názor na biotechnologie. 18 (3): 257–266. CiteSeerX  10.1.1.475.3300. doi:10.1016 / j.copbio.2007.04.006. PMID  17493798.
  9. ^ A b Sabirova, Julia S .; Ferrer, Manuel; Lünsdorf, Heinrich; Wray, Victor; Kalscheuer, Rainer; Steinbüchel, Alexander; Timmis, Kenneth N .; Golyshin, Peter N. (2006-12-15). „Mutace v„ tesB-like “genu thioesterázy specifickém pro hydroxyacyl-koenzym A způsobuje hyperprodukci extracelulárních polyhydroxyalkanoátů Alcanivorax borkumensis SK2“. Journal of Bacteriology. 188 (24): 8452–8459. doi:10.1128 / jb.01321-06. ISSN  0021-9193. PMC  1698222. PMID  16997960.
  10. ^ Abbasi, Akram; Bothun, Geoffrey D .; Bose, Arijit (2018-04-16). „Připevnění Alcanivorax borkumensis k kapkám emulze mořské vody v hexadekanu v umělé vodě“. Langmuir. 34 (18): 5352–5357. doi:10.1021 / acs.langmuir.8b00082. ISSN  0743-7463. PMID  29656641.
  11. ^ Yakimov, Michail M .; Golyshin, Peter N .; Lang, Siegmund; Moore, Edward R. B .; Abraham, Wolf-Rainer; Lünsdorf, Heinrich; Timmis, Kenneth N. (1998). „Alcanivorax borkumensis gen. Nov., Sp. Nov., Nová mořská bakterie degradující uhlovodíky a povrchově aktivní látka“. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 48 (2): 339–348. doi:10.1099/00207713-48-2-339. PMID  9731272.

externí odkazy