Deinococcus frigens - Deinococcus frigens

Deinococcus frigens
Vědecká klasifikace
Království:
Bakterie
Kmen:
Deinococcus-Thermus
Třída:
Deinokoky
Objednat:
Deinococcales
Rodina:
Deinococcaceae
Rod:
Deinococcus
Druh:
D. frigens
Binomické jméno
Deinococcus frigens
Hirsch a kol. 2006

Deinococcus frigens je druh bakterií z Antarktidy odolných vůči UV záření a nízkým teplotám. to je Grampozitivní, ne-pohyblivý a kokcoidní. Jeho typový kmen je AA-692.[1] Individuální Deinococcus frigens mají velikost od 0,9 do 2,0 μm a kolonie mají oranžovou nebo růžovou barvu.[1] Buňky pěstované v kapalině zobrazené pomocí fázový kontrast světelná mikroskopie a transmisní elektronová mikroskopie na agarem potažených sklíčkách ukazují, že izolovaný D. frigens Zdá se, že produkují pupeny.[1] Srovnání genomů Deiococcus radiodurans a D. frigens předpovídali, že ne bičíkovec sestava existuje v D. frigens.[2]

Objev

Suchá údolí, Antarktida

Deinococcus frigens byla objevena v roce 2004 uživatelem Peter Hirsch, výzkumný pracovník na Ústavu pro obecnou mikrobiologii Christian-Albrechts-University Kiel, ve vzorcích půdy shromážděných z ledu McMurdo Suchá údolí kontinentální Antarktidy.[1] Zda D. frigens lze nalézt v jiných oblastech Antarktidy je v současné době neznámý. Vzorek půdy obsahující D. frigens byl odebrán z horních 0–4 cm půdy při pH 6,3.[1] K obohacení určitých bakterií byl vzorek půdy přidán do média PYGV a inkubován při 9 ° C a pH 8,0.[1] PYGV je médium obsahující pepton, kvasinky a glukózu v nízkých koncentracích, nejprve použité k kultivaci sladkovodních bakterií, které by mohly přežít oligotrofní podmínky nebo nízké množství živin.[3] K izolaci a kultivaci těchto bakterií byly vzorky obohacení odebrané v různých časových intervalech naneseny na PYGV plotny, kde mohly být jednotlivé kolonie subkultivovány na PYGV svahy.[1]

Taxonomie

Deinococcus frigens je extremofilní, grampozitivní koky bakterie.[1] Rod Deinococcus je obecně známý svou odolností vůči velmi velkým dávkám záření a druhům D. frigens není výjimkou.[4] Druhové označení „frigens“ odkazuje na drsné, chladné podnebí Antarktidy, kde se tento mikrob nachází.[1]

Sekvence DNA ze šesti izolátů nalezených v McMurdo Valley byly určeny extrakce genomové DNA, Amplifikace PCR z 16S rDNA a analýza sekvencí produktu PCR.[1] Byla získána vysokomolekulární DNA a purifikována použitím Marmurova technika lýzy buněk, centrifugace buněčných zbytků, denaturace proteinů, odstranění RNA pomocí RNáza a vysrážení DNA pomocí isopropanol.[1][5] Sekvence 16S rDNA amplifikované z PCR byly poté srovnány se sekvencemi dříve identifikovaných bakteriálních linií původu.[6][1] Použitím databází sekvencí se ukázalo, že všech těchto šest izolátů souvisí se všemi Deinococcus linie; tvoří však tři koherentní klastry, oddělené od ostatních Deinococcus druh.[1] Údaje o podobnosti DNA-DNA získané pomocí DNA hybridizace technika ukazuje, že tyto tři shluky představovaly tři nové druhy Deinococcusa dostali jména D. frigens, Deinococcus saxicola a Deinococcus marmoris.[1] Použitím 16s rRNA řazení jako základ srovnání, D. frigens bylo zjištěno, že má 97,3% podobnost s D. saxicola a 96,6% podobnost s D. marmoris.[2] Nejbližší příbuzný těmto třem nedávno objeveným druhům je Deinococcus radiopugnans, který má genom s 96,1% podobností.[1] Úplná vědecká klasifikace tohoto druhu je Království Bakterie, Kmen Deinococcus-Thermus, Třída Deinokoky, Objednat Deinococcales, Rodina Deinococcaceae, Rod Deinococcus, Druhy D. frigens.[1]

Genom

Celý genom D. frigens byl seřazen podle DOE Společný institut pro genom pomocí technologie sekvenování Illumina HiSeq 2000.[7] Genom byl poté anotován pomocí standardních postupů Pipeta pro popis mikrobiálního genomu DOE-JGI předběžným zpracováním kontroly kvality, strukturální anotací a funkční anotací.[8] Metoda sestavení byla vpAllpaths v.r46652 a použitá metoda volání genu byla Prodigal 2.5.[9] Tyto informace byly shromážděny a vloženy do Společný genomový institut databáze Dr. Nikos Kyrpides a Dr. Tanja Woyke.[7]

Genom D. frigens je tvořen 2 015 889 párů bází DNA s a Obsah GC 65,5%.[10] Z 4057 genů nalezených v D. frigens, 3987 kóduje bílkoviny.[7] The Databáze JGI IMG ukazuje geny, které se nacházejí uvnitř D. frigens a spojené s metabolickými cestami nalezenými v Databáze KEGG.[9] Pro metabolismus sacharidů je genom D. frigens obsahuje geny nezbytné pro metabolismus fruktóza na glukózu, galaktóza na glukózu, celý glykolýza cesta, metabolismus pyruvátu, TCA cyklus, glukoneogeneze, pentóza fosfátová cesta.[10] Genom navíc zahrnuje geny nezbytné pro extracelulární dusičnan a dusitany transport, asimilační redukce dusitanů na amoniak asimilační redukce dusičnanů na dusitany a siřičitan snížení.[10] The elektronový transportní řetězec D. frigens se skládá z pěti komplexů: NADH dehydrogenáza, sukcinát dehydrogenáza, komplex cytochromu bc1, cytochrom c oxidáza, a ATP syntáza.[10] Na rozdíl od svého blízkého příbuzného Deinococcus radiodurans, D. frigens nemá žádný bičíkovec sestava pro pohyb.[10]

Podmínky růstu

Deinococcus tyto druhy jsou dobře známé jako jedny z nejodolnějších bakterií objevených na Zemi.[11] Deinococcus frigens je v mnoha ohledech podobný jiným mikrobům rodu Deinococcus, ale s několika úpravami, které mu umožňují žít v extrémním prostředí EU antarktický - oblast charakterizovaná silným neustálým větrem, suchem a silně chladnými zimami.[1] D. frigens je aerobní na fakultativně anaerobní umožnit mu přežít v ornici a je schopen hydrolyzovat glukóza, acetát, a kasein pro použití jako zdroje uhlíku.[1] Navíc tento druh roste při nízkých teplotách v rozmezí od 1 do 21 ° C, což bylo stanoveno umístěním zkumavek obsahujících izoláty do hliníkového bloku, který produkuje rozsah teplot od 0 do 40 ° C.[12] D. frigens snáší růst až 10% NaCl a může růst pH v rozmezí od 3,8 do 8,7.[1] Za účelem stanovení ideální koncentrace NaCl a úrovní pH pro růst byly izolované vzorky umístěny na několik PYGV destiček, kde byla různá množství NaCI v rozmezí od 1 do 20% objemových a 0,05 g * 1−1 byl přidán fosfátový pufr.[1] D. frigens je také odolný vůči UV záření.[1] Umístěním vzorků D. frigens v různých vzdálenostech 8–12 cm od UV lampy o vlnové délce 254 nm bylo možné měřit růst bakterií za UV podmínek po dobu 4–20 minut.[1]

Relevantnost

Tyto vlastnosti jsou extrémně tolerantní D. frigens kandidát na další studium v ​​tak rozmanitých oblastech, jako je rakovina, stárnutí a mikrobiologie ve vesmíru. Kvůli jejich vytrvalé povaze a extrémním vlastnostem Deinococcus druhy se často používají jako modelové organismy pro onkologický a stárnutí.[13] Jejich schopnost bojovat oxidační stres a vznik karcinogenní reaktivní formy kyslíku může být klíčovým klíčem v budoucích snahách o výzkum proti stárnutí a protinádorovou léčbu.[4] The psychrofilní nebo prosperující za nízkých teplot, povaha D. frigens je také v zájmu lidstva. Schopnost psychrofilů přežít v extrémně chladném prostředí může být potenciálně studována astrofyziky, kteří se pokoušejí odemknout klíč k prozkoumání zmrzlého prostředí v naší sluneční soustavě.[14] Pole „astrobiologie “Se snaží prozkoumat život v horní atmosféře Země.[14] Bylo zjištěno, že psychrofily v atmosféře žijí na samém rozhraní mezi vodou a ledem a novými druhy, jako jsou Colwellia psychrerythraea byly objeveny jako výsledek tohoto výzkumu.[14] Bylo také prokázáno, že psychrofilní bakterie obsahují jedinečné lipidy a membránové struktury, které pomáhají přidat stabilitu membrány buněk.[15] Obecně se mikroorganismy z Antarktidy používají jako modelové organismy pro studium metod a nástrojů adaptace na extrémně nízké teploty.[14]

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q r s t u proti Hirsch, Peter; Gallikowski, Claudia A .; Siebert, Jörg; Peissl, Klaus; Kroppenstedt, Reiner; Schumann, Peter; Stackebrandt, Erko; Anderson, Robert (2004). „Deinococcus frigens sp. Nov., Deinococcus saxicola sp. Nov. A Deinococcus marmoris sp. Nov., Bakterie odolné proti UV záření a nízkoteplotní UV záření z kontinentální Antarktidy“. Systematická a aplikovaná mikrobiologie. 27 (6): 636–645. doi:10.1078/0723202042370008. ISSN  0723-2020. PMID  15612620.
  2. ^ A b Markowitz, V; Chen, já; Palaniappan, K; Chu, K; Szeto, E; Grechkin, Y; Ratner, A; Jacob, B; Huang, J; Williams, P; Huntemann, M; Anderson, já; Mavromatis, K; Ivanova, N; Kyrpides, N (2012). „IMG: integrovaná databáze mikrobiálních genomů a systém srovnávací analýzy“. Výzkum nukleových kyselin. 40 (D1): 115–122. doi:10.1093 / nar / gkr1044. PMC  3245086. PMID  22194640.
  3. ^ Staley, J (1968). „Prosthecomicrobium and Ancalomicrobium: New prosthecate sladkovodní bakterie“. Journal of Bacteriology. 95 (5): 1921–1942. doi:10.1128 / JB.95.5.1921-1942.1968.
  4. ^ A b Battista, J; Earl, A; Park, M (1999). „Proč je Deinococcus radiodurans tak odolný vůči ionizujícímu záření?“. Trendy v mikrobiologii. 7 (9): 362–365. doi:10.1016 / S0966-842X (99) 01566-8. PMID  10470044.
  5. ^ Marmur, J (1960). „Postup izolace deoxyribonukleové kyseliny z mikroorganismů“. Journal of Molecular Biology. 3 (2): 208–218. doi:10.1016 / s0022-2836 (61) 80047-8.
  6. ^ Rainey, F; Nobre, M (1997). "Fylogenetická rozmanitost deinokoků, jak je stanoveno porovnáním sekvence 16S ribozomální DNA "(PDF). International Journal of Systematic
  7. ^ A b C "Zpráva o shromáždění genomu pro Deinococcus frigens ". NCBI JGI. 11. listopadu 2014.
  8. ^ Huntemann, M .; Ivanova, N .; Mavromatis, K .; Tripp, H.J .; Paez-Espino, D .; Palaniappan, K .; Szeto, E .; Pillay, M .; Chen, I.A .; Pati, A .; Nielsen, T .; Markowitz, V.M .; Kyrpides, N.C. (2015). „Standardní operační postup mikrobiálního anotačního potrubí DOE-JGI (MGAP v.4)“. Standardy v genomické vědě. 10: 86. doi:10.1186 / s40793-015-0077-r. PMC  4623924. PMID  26512311.
  9. ^ A b "JGI GOLD | Analýza projektu ". gold.jgi.doe.gov. Citováno 2018-05-02.
  10. ^ A b C d E „JGI IMG Integrated Microbial Genomes & Microbiomes“. img.jgi.doe.gov. Citováno 2018-05-03.
  11. ^ Rew, D (2003). "Deinococcus radiodurans". European Journal of Surgical Oncology. 29 (6): 557–558. doi:10.1016 / S0748-7983 (03) 00080-5. PMID  12875865.
  12. ^ Hirsch, P; Mevs, U; Kroppenstedt, R; Schumann, P; Stackebrandt, E (2004). „Cryptoendolithic Actinomycetes from Antarctic Sandstone Rock Samples: Micromonospora endolithica sp. Nov. And two Isolates related to Micromonospora coerulea Jensen 1932“. Systematická a aplikovaná mikrobiologie. 27 (2): 166–174. doi:10.1078/072320204322881781. PMID  15046305.
  13. ^ Slade, D; Radman, M (2011). „Odolnost proti oxidačnímu stresu u deinococcus radiodurans“. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie. 75 (1): 133–191. doi:10.1128 / MMBR.00015-10. PMC  3063356. PMID  21372322.
  14. ^ A b C d Deming, J (2002). "Psychrofily a polární oblasti". Současný názor v mikrobiologii. 5 (3): 301–309. doi:10.1016 / S1369-5274 (02) 00329-6. PMID  12057685.
  15. ^ Chattopadhyay, M; Jagannadham, M (2001). "Udržování tekutosti membrány u antarktických bakterií". Polární biologie. 24 (5): 386–388. doi:10,1007 / s003000100232.

Další čtení

  • Bej, Asim K., Jackie Aislabie a Ronald M. Atlas, eds. Polární mikrobiologie: ekologie, biodiverzita a bioremediační potenciál mikroorganismů v extrémně chladném prostředí. CRC Press, 2009.
  • Staley, James T. a kol. „Bergeyův manuál systematické bakteriologie, svazek 3.“ Williams a Wilkins, Baltimore, MD (1989): 2250–2251.

externí odkazy