Ferroplasma - Ferroplasma

Ferroplasma
Vědecká klasifikace
Doména:
Archaea
Království:
Euryarchaeota
Kmen:
Euryarchaeota
Třída:
Termoplazmy
Objednat:
Thermoplasmatales
Rodina:
Ferroplasmaceae
Rod:
Ferroplasma

Golyshina et al. 2000
Druh

Ferroplasma je rod Archaea které patří do rodiny Ferroplasmaceae. Členové Ferroplasma jsou typicky acidofilní, pleomorfní, nepravidelně tvarované koky.[1][2]

Rodina archaeanů Ferroplasmaceae byla poprvé popsána počátkem roku 2000.[3] K dnešnímu dni velmi málo druhů Ferroplasma byly izolovány a charakterizovány. Mezi izolované druhy patří Ferroplasma acidiphilum, Ferroplasma acidarmanus, a Ferroplasma thermophilum.[1][4] Čtvrtý izolát Ferroplasma cupricumulans později bylo rozhodnuto, že patří do samostatného rodu.[5][6] Všechny známé Ferroplasma sp. jsou oxidanty železa.

Vlastnosti buněk a fyziologie

Ferroplasma buňky jsou pleomorfní a postrádají buněčnou stěnu.[2] Všechny známé členy rodů jsou acidofily, kterým se daří v prostředích, kde se pH pohybuje od 0,0 do 2,0.[1][2] Jsou také mezofilní až středně teplomilné s optimální teplotou v rozmezí od 35 do 55 ° C.[3]

Lipidy na bázi tetraetheru jsou důležitou součástí Ferroplasma buněčnou membránu a umožnit buňkám udržovat gradient pH. Studie o F. acidarmanus zjistili, že cytoplazmatické pH bylo udržováno ~ 5,6, zatímco pH prostředí bylo v rozmezí od ~ 0-1,2.[7] Variace v tetraetherových lipidech rodiny Ferroplasmaceae se používají pro chemotaxonomickou identifikaci na úrovni rodu a druhu, protože mnoho členů má identické sekvence 16S rRNA.[3]

Členové rodu Ferroplasma jsou chemomixotrofy, které mohou oxidovat železnaté železo, aby získaly energii, ale navzdory důkazům o fixaci uhlíku vyžadují laboratorní kultury pro růst často zdroj organického uhlíku, například kvasničný extrakt.[1][3] Při absenci železa byly některé laboratorně pěstované kmeny schopné chemoorganotrofního růstu.[1]

Ekologický význam

Železo je čtvrtým nejhojnějším minerálem v zemské kůře. Jako oxidanty železa Ferroplasma sp. podílet se na biogeochemii železa. Ferroplasma sp. jsou často identifikovány v místech odtoku kyselých dolů (AMD).[3] Když železné železo (Fe2+) se oxiduje na železité železo (Fe3+) na těžebních lokalitách, Fe3+ spontánně reaguje s vodou a sloučeninami železa a síry, jako je pyrit, za vzniku iontů síranu a vodíku.[8] Během této reakce železné železo, které může být využito Ferroplasma, se také regeneruje, což vede k „propagačnímu cyklu“, kde je pH sníženo. Reakci lze popsat následující rovnicí:

Ferroplasma Druhy jsou často přítomny na místech AMD, kde se účastní tohoto cyklu biotickou oxidací železného železa.[8]

Ferroplasma sp. může mít důležité aplikace pro biologické vyluhování kovů. Mikrobiální biologické bělení přirozeně se vyskytuje ve vysoce kyselém prostředí, které je domovem Ferroplasma sp. Využití síly biologického bělení k získání kovu z rud a odpadních materiálů nízké kvality je energeticky výhodné ve srovnání s tavením a čištěním.[9][10] Produkuje také méně toxických vedlejších produktů. Studie prokázaly, že zařazení Ferroplasma thermophilum spolu s bakteriemi Acidithiobacillus caldus a Leptospirillum ferriphilum může bioaugovat proces vyluhování chalkopyritu a zvýšit rychlost, jakou se měď získává.[11]

Izolované druhy

Ferroplasma acidiphilum

Ferroplasma acidiphilum Bylo prokázáno, že roste jako chemomixotrof a roste synergicky s acidofilními bakteriemi Leptospirillum ferriphilum.[12] Napětí Ferroplasma acidiphilum YT je fakultativní anaerob se všemi požadovanými geny pro fermentaci argininu.[13] I když není jasné, zda Ferroplasma acidiphilum YT využívá svou cestu fermentace argininu, samotná cesta je starodávný metabolismus, který sahá až k poslednímu univerzálnímu společnému předkovi (LUCA) tří domén života.[13][14]

Ferroplasma acidarmanus

Ferroplasma acidarmanus Fer1 byl izolován ze vzorků dolu shromážděných v Železná hora, Kalifornie.[15] Iron Mountain (CA) je bývalý důl, který je známý svým odtokem kyselých dolů (AMD) a znečištěním těžkými kovy. Kromě toho, že je acidofilní, F. acidarmanus Fer1 je vysoce odolný vůči mědi i arsenu.[15][16]

Ferroplasma cupricumulans (dříve Ferroplasma cyprexacervatum)

V roce 2006 Ferroplasma cupricumulans byl izolován z výluhu získaného z těžební lokality Myanmar Ivanhoe Copper Company (MICCL) v Myanmaru.[5] Bylo konstatováno, že jde o prvního mírně teplomilného člena rodu Ferroplasma. V roce 2009 se však objevil nový rod acidofilní, termofilní archy, Acidiplasma, byl identifikován. Bylo navrženo, aby byl na základě podobnosti 16S rRNA a hybridizace DNA-DNA přenesen do rodu Acidiplasma a přejmenován Acidiplasma cupricumulans.[6]

Ferroplasma thermophilum

V roce 2008 Zhou a kol. popsal izolaci organismu Ferroplasma thermophilum L1T z chalkopyritového kolonového reaktoru, který byl naočkován odtokem kyselého dolu (AMD) z měděného dolu Daye v čínské provincii Hubei.[4] V aerobních podmínkách s nízkými koncentracemi kvasnicového extraktu F. thermophilum roste oxidací železného železa.[4] Nicméně v anaerobních podmínkách F. thermophilum snižuje železité železo a síran.[4] To dělá F. thermophilum ekologicky důležité pro cyklování železa a síry v důlních lokalitách bohatých na pyrit.

Reference

  1. ^ A b C d E Dopson M, Baker-Austin C, Hind A, Bowman JP, Bond PL (duben 2004). „Charakterizace izolátů Ferroplasma a Ferroplasma acidarmanus sp. Nov., Extrémních acidofilů z odtoku kyselých dolů a průmyslového prostředí biologického odlučování“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 70 (4): 2079–88. doi:10.1128 / AEM.70.4.2079-2088.2004. PMC  383147. PMID  15066799.
  2. ^ A b C Golyshina OV, Timmis KN (září 2005). „Ferroplasma a příbuzní, nedávno objevili archaea bez buněčné stěny, která se živí v extrémně kyselém prostředí bohatém na těžké kovy“. Mikrobiologie prostředí. 7 (9): 1277–88. doi:10.1111 / j.1462-2920.2005.00861.x. PMID  16104851.
  3. ^ A b C d E Golyshina OV (srpen 2011). „Environmentální, biogeografické a biochemické vzorce archea rodiny Ferroplasmaceae“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 77 (15): 5071–8. doi:10.1128 / AEM.00726-11. PMC  3147448. PMID  21685165.
  4. ^ A b C d Zhou H, Zhang R, Hu P, Zeng W, Xie Y, Wu C, Qiu G (srpen 2008). „Izolace a charakterizace Ferroplasma thermophilum sp. Nov., Nového extrémně acidofilního, mírně termofilního archeona a jeho role v biologickém odlučování chalkopyritu“. Journal of Applied Microbiology. 105 (2): 591–601. doi:10.1111 / j.1365-2672.2008.03807.x. PMID  18422958.
  5. ^ A b Hawkes RB, Franzmann PD, Plumb JJ (2006-09-01). „Mírné termofily, včetně„ Ferroplasma cupricumulans “sp. Nov., Dominují v průmyslovém měřítku v operaci biologického odlučování haldy chalcocitu.“ Hydrometalurgie. 16. mezinárodní biohydrometalurgické sympozium. 83 (1): 229–236. doi:10.1016 / j.hydromet.2006.03.027.
  6. ^ A b Golyshina OV, Yakimov MM, Lünsdorf H, Ferrer M, Nimtz M, Timmis KN a kol. (Listopad 2009). „Acidiplasma aeolicum gen. Nov., Sp. Nov., Euryarchaeon čeledi Ferroplasmaceae izolovaný z hydrotermálního bazénu a přenos Ferroplasma cupricumulans do hřebene Acidiplasma cupricumulans. Nov.“. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 59 (Pt 11): 2815–23. doi:10.1099 / ijs.0.009639-0. PMID  19628615.
  7. ^ Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF (říjen 2004). „Monovrstvy spojené s tetraetherem v membráně ve Ferroplasma spp: klíč k přežití v kyselině“. Extremophiles. 8 (5): 411–9. doi:10.1007 / s00792-004-0404-5. PMID  15258835.
  8. ^ A b Madigan MT, Martinko JM, Bender KS, Buckley DH, Stahl DA (2015). Brockova biologie mikroorganismů. Spojené státy americké: Pearson. str. 652–653. ISBN  978-0-321-89739-8.
  9. ^ Rohwerder T, Gehrke T, Kinzler K, Sand W (prosinec 2003). „Bioleaching review part A: pokrok v bioleaching: základy a mechanismy oxidace bakteriálních kovových sulfidů“. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie. 63 (3): 239–48. doi:10.1007 / s00253-003-1448-7. PMID  14566432.
  10. ^ Olson GJ, Brierley JA, Brierley CL (prosinec 2003). „Bioleaching review part B: pokrok v bioleaching: aplikace mikrobiálních procesů v minerálním průmyslu“. Aplikovaná mikrobiologie a biotechnologie. 63 (3): 249–57. doi:10.1007 / s00253-003-1404-6. PMID  14566430.
  11. ^ Zhang L, Wu J, Wang Y, Wan L, Mao F, Zhang W, Chen X, Zhou H (květen 2014). "Vliv bioaugmentace pomocí Ferroplasma thermophilum na bioleaching chalkopyritu a strukturu mikrobiální komunity". Hydrometalurgie. 146: 15–23. doi:10.1016 / j.hydromet.2014.02.013.
  12. ^ Merino MP, Andrews BA, Parada P, Asenjo JA (listopad 2016). "Charakterizace Ferroplasma acidiphilum rostoucí v čisté a smíšené kultuře s Leptospirillum ferriphilum". Pokrok v biotechnologii. 32 (6): 1390–1396. doi:10,1002 / btpr.2340. PMID  27535541.
  13. ^ A b Golyshina OV, Tran H, Reva ON, Lemak S, Yakunin AF, Goesmann A, et al. (Červen 2017). „T“. Vědecké zprávy. 7 (1): 3682. doi:10.1038 / s41598-017-03904-5. PMC  5473848. PMID  28623373.
  14. ^ Zúñiga M, Pérez G, González-Candelas F (prosinec 2002). "Vývoj genů dráhy argininiminiminázy (ADI)". Molekulární fylogenetika a evoluce. 25 (3): 429–44. doi:10.1016 / S1055-7903 (02) 00277-4. PMID  12450748.
  15. ^ A b Baker-Austin C, Dopson M, Wexler M, Sawers RG, Bond PL (srpen 2005). "Molekulární vhled do extrémní rezistence mědi v extremofilním archaeonu 'Ferroplasma acidarmanus' Fer1". Mikrobiologie. 151 (Pt 8): 2637–2646. doi:10,1099 / mic. 0,28076-0. PMID  16079342.
  16. ^ Baker-Austin C, Dopson M, Wexler M, Sawers RG, Stemmler A, Rosen BP, Bond PL (květen 2007). "Extrémní odolnost vůči arsenu od acidofilního archaeona 'Ferroplasma acidarmanus' Fer1". Extremophiles. 11 (3): 425–34. doi:10.1007 / s00792-006-0052-z. PMID  17268768.

Další čtení

externí odkazy