Geothrix fermentans - Geothrix fermentans

Geothrix fermentans
Vědecká klasifikace
Doména:
Bakterie
Kmen:
Acidobakterie
Třída:
Holofágy
Objednat:
Holophagales
Rodina:
Holophagaceae
Rod:
Geothrix
Druh:
G. fermentans
Binomické jméno
Geothrix fermentans
John D. Coates a kol. (1999)

Geothrix fermentans je tyčinková, anaerobní bakterie. Má průměr asi 0,1 µm a délku od 2–3 µm.[1] Uspořádání buněk probíhá jednotlivě a v řetězcích. Geothrix fermentans lze běžně nalézt ve vodních sedimentech, například ve zvodnělých vrstvách. Jako anaerobní chemoorganotrof je tento organismus nejlépe známý svou schopností používat akceptory elektronů Fe (III) a další kovy s vysokým potenciálem. Jako dárce elektronů také používá širokou škálu substrátů. Výzkum v oblasti redukce kovů o G. fermentans přispělo k pochopení více informací o geochemická cyklistika kovů v životním prostředí.[2]

Historie taxonomie

Geothrix fermentans byl izolován z vod znečištěných kovy zvodnělé vrstvy v roce 1999 John D. Coates z Southern Illinois University a další z University of Massachusetts. Nový kmen byl původně pojmenován „Strain H-5T ".[3] Po klasifikaci metabolismu a potvrzení přítomnosti a počtu cytochromů typu c Coates et al. navrhl, aby nový organismus patřil k nově uznanému (1991) Halophoga-Acidobacterium kmen. Coates a kol. také navrhl nový název organismu: "Geothrix„- řečtina pro vlasovou buňku, která pochází ze Země a“fermentany„- latinka pro„ fermentaci “.[3]

Fylogeneze

Přístupy založené na 16s rRNA Porovnání genové sekvence umožnilo podrobné analýzy vztahů mnoha bakteriálních skupin. Fylogenetická příslušnost k Geothrix fermentans stejně jako další půdní bakterie jako např Acidobacterium capsulatum a Holophoga foetida nebyly stanoveny v době jejich počáteční izolace.[4] Novější analýza 16s rRNA údaje o sekvenci ukázaly mírnou podobnost mezi těmito třemi rody, což podporuje pravděpodobnost, že se mohly odlišovat od společného předka.[4]

 
 
 

Geothrix fermentans

 
 

Holophaga foetida

 
 
 

Acidobacteriaceae

 
 

Biologie

Geothrix fermentans je tyčový přísný anaerob[3] které lze nalézt ve vodních půdách v redukční zóně Fe (III).[5] Jako přísný anaerob G. fermentans nemůže růst v přítomnosti atmosférického kyslíku, který může být přítomen v ekologickém výklenku, ze kterého byl izolován. Geothrix fermentans netvoří spory a je nepohyblivý.[1][3] Tento organismus je jednou z mála sladkovodních kultivovatelných bakterií, které vykazují kovové dýchání pomocí oxidu železitého.[2][3] Optimální teplota pro růst je 35 ° C v rozmezí od 25 ° C do 40 ° C.[1][3] Tato bakterie přednostně používá jako donor elektronů organický kyselý octan, ale pro růst může využít několik dalších organických kyselin, jako je propionát a laktát. Kromě organických kyselin G. fermentans může používat mastné kyseliny, jako je palmitát, za použití Fe (III) jako jediného akceptoru elektronů.[3] G. fermentans může také růst s použitím jiných forem železa a kovů, jako je mangan, ale dává přednost železu nebo derivátům železa. Využití alternativních akceptorů elektronů tímto organismem závisí na přítomném donoru elektronů.[3] Například bude využívat dusičnan (NO3) a Mn (IV) jako alternativní akceptory elektronů, když se jako donor elektronů používá laktát.[3]

G. fermentans, i když sdílí podobné redukční procesy jako ostatní DIRB, vykazuje metabolické vlastnosti, které jej odlišují od ostatních reduktorů železa. V procesu dýchání je tento organismus schopen úplné oxidace výše uvedených organických kyselin na CO2 pomocí Fe (III), zatímco jiné druhy z rodin, které redukují železo Shewanella nebo Ferrimonas například neúplně oxidují stejné organické kyseliny na acetát.[3] Na rozdíl od většiny ostatních DIRB G. fermentans nemůže použít elementární síru jako akceptor elektronů, což je vlastnost, kterou sdílí s DIRB rodů Geobacter.[3]

Geothrix fermentans mohou také zaměstnávat kvašení, jak naznačuje jeho název, oxidovat substráty pro výrobu energie. Tento organismus vykazoval schopnost fermentačně růst na organických kyselinách, jako je fumarát a citrát, za vzniku acetátu a sukcinátu jako produktů fermentace.[3]

Kovové dýchání

Dýchání kovů je obecný termín v mikrobiologii, který popisuje schopnost určitých bakterií využívat molekuly obsahující kovy, jako je železo, mangan nebo jiné, jako akceptory elektronů v elektronový transportní řetězec k výrobě adenosintrifosfát (ATP). Bakterie G. fermentans provádí určitý typ kovového dýchání zvaného disimilační redukce oxidu železitého (Fe (III)). Tento organismus i druhy z čeledí Shewanella a Geobacteraceae, který zahrnuje rody jako Geovibrio a Desulfuromonas jsou v mikrobiologii běžně označovány jako „Dissimilatory Iron Redukující bakterie“ nebo „DIRB“.[3] Ačkoli tyto rodiny a G. fermentans jsou fylogeneticky oddělené a odlišné, mohou být často seskupeny na základě tohoto sdíleného mechanismu redukce Fe (III).

Aby bylo možné integrovat Fe (III) do jejich dýchání, musí být určitý DIRB schopen solubilizovat oxid Fe (III), molekulu, která je z velké části nerozpustná v něčem jiném než v minerálních kyselinách.[6] Existují dva navrhované mechanismy, kterými toho lze dosáhnout bakteriemi, které potřebují nerozpustný oxid železitý. Prvním mechanismem je rozpouštění přímým kontaktem s bakteriální buňkou, která se používá ve většině forem bakteriálního metabolismu. Druhý mechanismus zahrnuje použití sloučenin (sloučenin přenášejících elektrony) vylučovaných z bakteriální buňky, které zase přenášejí elektrony z buňky na molekulu oxidu Fe (III) a způsobují její rozpuštění.[5] Použití sloučenin přenášejících elektrony není v mikrobiálním světě neobvyklé, ale G. fermentans je první DIRB, ve kterém sloučeniny, které solubilizují oxid Fe (III), byly endogenní a nebyly odvozeny z prostředí.[5] Ačkoli je tento organismus prvním příkladem takového bezkontaktního metabolismu oxidu Fe (III) bakteriemi redukujícími železo, je nepravděpodobné, až do dalšího výzkumu, že je to jediný příklad, kdy je třeba vzít obrovské množství neznámých bakterií objevil.

Výroba elektřiny

Malé množství elektřiny vyrábí společnost G. fermentans během dýchání tokem elektronů usnadňovaným endogenními sloučeninami přenášejícími elektrony. Elektřina může být generována v „mikrobiálních palivových článcích“, které využívají tento tok elektronů z bakteriální buňky do anody.[7] Výhoda G. fermentans tím, že je schopen redukovat Fe (III) z dálky v přirozeném prostředí, se neprojevuje ve výhodě mikrobiálních palivových článků. Jakmile jsou elektrony přeneseny z převáděcí sloučeniny na anodu, sloučenina může volně difundovat zpět do buňky, ale velké vzdálenosti mohou způsobit ztrátu sloučeniny pro životní prostředí.[7] Možnost ztráty sloučeniny spojená s velkým množstvím energie potřebné k výrobě těchto sloučenin nepřispívá k efektivnímu výtěžku elektřiny ve srovnání s těmi DIRB, které vyžadují přímý kontakt s akceptorem elektronů.[7] Bakterie jako např Geobacter sulfurreducens které jsou v přímém kontaktu s elektrodami, vykazovaly v několika studiích vyšší celkové výkony, ale G. fermentans má mechanismus, který má potenciál pokrýt ztracenou půdu.[7][8] Vylučováním množství neidentifikovaného kyvadlového elektronu kolem buňky akumulace sloučeniny v průběhu času v prostředí zvyšuje přenos elektronů a pomáhá předcházet ztrátám sloučenin a elektronů.[8]

Reference

  1. ^ A b C Kyrpides, Nikos (23. září 2011). "Geothrix fermentans DSM 14018 ". Doe Společný genomový institut. Citováno 26. říjen 2012.
  2. ^ A b Liu, Joanne K .; Mehta-Kolte, Misha; Bond, Daniel R. „Exprese a čištění GxcA, cytochromu typu c, který se podílí na kovovém dýchání bakterií Geothrix fermentans" (PDF). University of Minnesota. Archivovány od originál (PDF) 21. září 2013. Citováno 25. října 2012.
  3. ^ A b C d E F G h i j k l m Coates, John D .; Ellis, Debra; Gaw, Catherine; Lovely, Derek (říjen 1999). "Geothrix fermentans gen. nov., sp. nov., Nová bakterie snižující Fe (III) z vodonosné vrstvy kontaminované uhlovodíky ". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 49 (4): 1615–1622. doi:10.1099/00207713-49-4-1615. PMID  10555343.
  4. ^ A b Ludwig, W .; Bauer, S. H .; Bauer, M .; Drženo, I .; Kirchhof, G .; Schulze, R .; Huber, I .; Spring, S .; Hartmann, A. & Schleifer, K.H. (srpen 1997). "Detekce a identifikace in situ zástupců široce distribuovaného nového bakteriálního kmene". Mikrobiologické dopisy FEMS. 153 (1): 181–190. doi:10.1111 / j.1574-6968.1997.tb10480.x. PMID  9252585.
  5. ^ A b C Lovely, D.R .; Nevin, K.P. (Květen 2002). "Mechanismy pro přístup k nerozpustnému oxidu Fe (III) během disimilační redukce Fe (III) o Geothrix fermentans". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 68 (5): 2294–2299. doi:10.1128 / AEM.68.5.2294-2299.2002. PMC  127553. PMID  11976100.
  6. ^ Odborný výbor FAO / WHO pro potravinářské přídatné látky (2008). „Monografie FAO JECFA 5: Kombinovaný souhrn specifikací potravinářských přídatných látek“ (PDF). Oxidy železa. Organizace OSN pro výživu a zemědělství. Citováno 23. listopadu 2012.
  7. ^ A b C d Lovely, D.R .; Nevin, K.P. (2008). „Výroba elektřiny s elektrogeny“ (PDF). Bioenergie. Stiskněte ASM. str. 295–306. Citováno 11. dubna 2018.
  8. ^ A b Bond, D.R .; Lovely, D.R. (Duben 2005). „Důkazy o zapojení elektronového člunku do výroby elektřiny Geothrix fermentans“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 71 (4): 2186–2189. doi:10.1128 / AEM.71.4.2186-2189.2005. PMC  1082548. PMID  15812057.

externí odkazy