Halobacterium noricense - Halobacterium noricense - Wikipedia

Halobacterium noricense
Vědecká klasifikace
Doména:
Archaea
Kmen:
Euryarchaeota
Třída:
Halobakterie
Objednat:
Halobacteriales
Rodina:
Halobacteriaceae
Rod:
Halobacterium
Druh:
H. noricense

Fendrihan a kol. 2006

Halobacterium noricense je halofilní, tyčinkovitý mikroorganismus, kterému se daří v prostředích s nízkým nasycením solí.[1] Navzdory implikaci názvu, Halobacterium je vlastně rod archaea, ne bakterie.[1] H. noricense lze izolovat z prostředí s vysokou slaností, jako je Mrtvé moře a Velké solné jezero v Utahu.[1] Členové Halobacterium rod jsou vynikající modelové organismy pro replikace DNA a transkripce kvůli stabilitě jejich proteinů a polymeráz při vystavení vysokým teplotám.[2] Zařazeno do rodu Halobacterium, mikroorganismus musí vykazovat membránové složení sestávající z etheru fosfoglyceridy a glykolipidy.[2]

Vědecká klasifikace

Tento organismus je členem rodu Halobacterium a jeho taxonomická klasifikace je následující: Archaea, Euryarchaeota, Euryarchaeota, Halobakterie, Halobacteriales, Halobacteriaceae, Halobacterium, Halobacterium noricense.[1] V současnosti je v rodu známo 19 halofilních archaealních rodů a 57 známých druhů Halobacterium.[2]

Příbuzní

Typická morfologie Halobacterium druh

Tři hlášené kmeny Halobacterium salinárium NRC-1, Halobacterium sp. DL1 a Halobacterium salinárium R1 byly porovnány s Halobacterium noricense kmen CBA1132.[3] The fylogenetické stromy na základě Sekvenční psaní s více místy (MLST) a průměrná identita nukleotidů (ANI) naznačily, že kmen CBA1132 a kmen DL1 jsou úzce příbuzné, zatímco kmeny NRC-1 a R1 jsou úzce příbuzné.[3] Multi-Locus Sequence Typing je technika, která využívá genomové informace k vytvoření evolučních vztahů mezi bakteriálními taxony.[4] Průměrná nukleotidová identita je genetická metoda používaná k porovnání podobnosti mezi nukleotidy dvou kmenů na základě kódujících oblastí jejich genomů, což vědcům umožnilo odklonit se od tradičních metod klasifikace prokaryoty na základě fenotypových podobností.[5] Charakteristickou vlastností mezi kmeny CBA1132 a DL1 je to, že oba obsahují vysoký obsah GC ve svých chromozomech a poskytují stabilitu v drsném prostředí.[6] Ostatní blízcí příbuzní H. noricense v rámci rodu Halobacterium zahrnout Halobacterium denitrificans, Halobacterium halobium, a Halobacterium volcanii.[2]

Morfologie

Halobacterium noricense je známo, že je volně žijící, a obvykle se jeví jako červené nebo růžové kolonie kvůli přítomnosti karotenoidy a bakterioruberin v jejich membránách.[3][7] Karotenoidy mají schopnost absorbovat světlo mezi vlnovými délkami 330-600 nm, jak je stanoveno světelnou spektroskopií.[2] Typická kolonie morfologie je kulatý o průměru 0,4 mm.[2] Pod mikroskopem je lze obvykle měřit kolem 5 μm a objevit se gramnegativní a ve tvaru tyče.[2] H. noricense neobsahuje plynové vezikuly, které jsou přítomny v jejich blízkém příbuzném, Halobacterium salinarium, které se často objevují jako plovoucí kultury.[2] Halobacterium noricense se mohou příležitostně jevit ve tvaru koksu, když se pěstují v kapalném bujónu spíše než na pevném médiu.[2]

Objev

Etymologie

Halobacterium noricense je pojmenována po Noricum v Rakousku, kde se nachází vklad soli ve kterém byl organismus izolován.[2] Archeon byl objeven v roce 2004 skupinou vědců pod vedením Claudie Gruberové.[2] Skupina izolovala dva kmeny H. noricense, spolu s dalšími druhy Halobacterium včetně H. salinarium.[2]

Zdroje

První dva kmeny (A1 a A2) z Halobacterium noricense byly izolovány ze vzorků odebraných z ložiska soli v Rakousku.[2] Sůl byla přibližně 400 metrů pod povrchem a předpokládá se, že byla vytvořena během Permské období.[2] K získání vzorků vědci použili již existující důl k cestování pod zemský povrch.[2] Použili a jádrový vrták k odstranění válcových částí solného ložiska, které byly poté odebrány pro sekvenování.[2] Toto ložisko si zachovalo vysokou hladinu solí po dobu přibližně 250 milionů let kvůli okolní hlíně a vápenci.[2] Tyto podmínky neumožňují únik soli, která vytvořila ideální prostředí pro halofilní archy.[2]

Média

Halobacterium noricense byl izolován dne ATCC 2185 médium s 250,0 g NaCl, 20,0 g MgSO4 7H2O, 2,0 gramů KCl, 3,0 gramů výtažek z kvasnic, 5,0 gramů trypton a další sloučeniny potřebné pro růst izolátu.[8] Po inkubační doba přibližně 2 týdny se objevily červené kruhové kolonie.[2] Toto je charakteristická morfologie kolonií H. noricense.[2]

Podmínky růstu

Halobacterium noricense je známo, že je mezofil, kde je optimální růstová teplota přibližně 37 ° C s inkubační dobou 18 dnů.[2] Prosperuje v kyselých podmínkách při pH 5,2-7,0.[2] Koncentrace NaCl mezi 15-17% vedla k nejvyšší míře růstu v předchozích studiích.[2] Bylo zjištěno, že Halobacterium mohou přežít ve vysokých koncentracích kovů, protože jsou extrémně halofilní.[3] Toho lze dosáhnout odporem kovů, což naznačuje, že H. noricense kmen CBA1132 může být také schopen přežít v těchto vysokých koncentracích kovových iontů.[3]

Genom

H. noricense kmeny A1 a A2 od Gruber et al.[2] měl 97,1% podobnost s rodem Halobacterium prostřednictvím svých 16S rDNA sekvencí.[2] H. noricense genom, kmen CBA1132, složený ze čtyř kontigů obsahujících 3 012 807 párů bází, přibližně 3 084 sekvencí kódujících geny a 2 536 genů.[3][9] Má to Obsah GC přibližně 65,95% a 687 genů v H. noricense genom mají neznámé funkce.[3][9] Geny související s metabolismem a transportem aminokyselin tvoří největší skupinu známých genů.[9] Tato skupina obsahuje 213 známých genů.[9] Rod Halobacterium je v současné době znám jako monofyletický protože jejich 16S rRNA mají méně než 80% podobnost se svými nejbližšími příbuznými, methanogeny.[1]

Sekvenování

Podle Společný genomový institut, další kompletní analýza genomu Halobacterium (kmen DL1) byl sekvenován pomocí 454 GS FLX, Illumina GAIIx.[10] Halobacterium noricense (kmen CBA1132) byl nedávno izolován ze solné soli a v roce 2016 provedli vědci z Koreje kompletní genomickou analýzu.[3][9] Vědci extrahovali DNA pomocí tkáňové soupravy QuickGene DNA, která ke sběru DNA a nukleových kyselin využívá membránu s extrémně jemnými póry.[11] Očistili DNA pomocí MG Genomic Čištění DNA souprava.[9] Po extrakci a vyčištění byla strategie pro sekvenování genomu Sekvenování celého genomu metodou a PacBio Systém RS II.[9] Nakonec byl genom analyzován a proveden rychlou anotací pomocí technologie subsystému (RAST ) server.[3]

Metabolismus

Podle Grubera et al., Halobacterium noricense nemůže kvasit glukóza, galaktóza, sacharóza, xylóza nebo maltóza.[2] Je odolný vůči mnoha antibiotika, počítaje v to Vankomycin a Tetracyklin, ale může být zabit Anisomycin.[2] Tento organismus neprodukuje enzymy želatináza nebo amyláza, takže nemůže rozložit škrob nebo želatinu.[2] H. noricense je chemoorganotrof a používá aerobní dýchání ve většině prostředí, kromě případů, kdy je vystaven L-argininu nebo dusičnanům. V těchto případech může fungovat jako a fakultativní anaerobní.[2] Je to kataláza pozitivní, což znamená, že má schopnost rozkládat peroxid vodíku na vodu a kyslík.[2] Nejhojnějším zdrojem uhlíku v hypersalinním prostředí je glycerol díky příspěvku zelených řas, Dunaliella, ke snížení okolního osmotického tlaku.[12] H. noricense je schopen metabolizovat glycerol fosforylací na glycerol 3-fosfát a nakonec do formace dihydroxyaceton-5-fosfát (DHAP).[12] NMR spektroskopie, který se používá k lokalizaci lokálních magnetických polí kolem atomových jader, odhalil během aerobního dýchání, že 90% pyruvát který je převeden na acetyl Co-A pyruvátsyntázou vstupuje do Cyklus kyseliny citronové zatímco dalších 10% je převedeno na oxaloacetát podle biotinkarboxylázy k pozdějšímu použití v degradace mastných kyselin.[13]

Ekologie

Metagenomické analýza byla provedena na koncentrované biomasa z posledního Mrtvého moře květ a ve srovnání se stovkami litrů solanka (pH 6), což ukazuje, že květ byl méně odlišný od solného roztoku.[14] The Mrtvé moře se nachází na hranicích Izrael a Jordan River kde jeho hloubka je kolem 300 m.[14] Mrtvé moře obsahuje 1,98 M Mg2+1,54 M Na+a 0,08 M ​​(1%) Br− díky čemuž jsou vody jedinečné a ekosystém drsný.[14]

V období květu byly vzorky odebrány z Mrtvého moře v roce 1992 na stanici Ein Gedi 310.[14] Buňky byly odstředěn a do ní byla vložena červenkastá buněčná peleta agaróza zástrčky.[14] DNA byla extrahována ze zátek a klonována do pCC1fos vektor postavit dva fosmid knihovny, které obsahují DNA z bakteriálních F-plazmidů.[14]

BAC -konce sekvence byly provedeny v každé knihovně pro další analýzu a sekvence byly skenovány na vektorovou kontaminaci a odstraněny pomocí VÝBUCH ing.[14] Délka čtení pro knihovnu z roku 1992 byla 734 bp.[14]

PCR 16S rRNA genová amplifikace byla provedena a byla použita ke konstrukci stromu pro výpočet bootstrap hodnoty z celkem 714 pozic sekvence.[14] Ačkoli jsou halofily různorodé, analýza odhalila, že většina rRNA měla přibližně 93% podobnost se sekvencemi v GenBank.[14] H. noricense měl 95% podobnost v květu 1992.[14] Když byly vzorky porovnány s fosmidovou knihovnou, některé byly z 88% podobné jiným známým halofilním bakteriálním druhům.[14] To naznačuje, že tyto halofily jsou speciálně přizpůsobeny extrémní slanosti Mrtvého moře.[14]

Existují také studie v oblasti astrobiologie týkající se možnosti Halobacterium na Marsu.[15] Podobně jako v Mrtvém moři by jakákoli voda umístěná na povrchu Marsu byla solankou s extrémně vysokou koncentrací solí.[15] Proto by mikrobiální život na Marsu vyžadoval úpravy podobné těm z Halobacterium.[15]

Význam

Halobacterium noricense má mnoho aplikací, z nichž mohou mít prospěch lidé a průmyslová odvětví, včetně dodávek léků, ochrany před UV zářením a jedinečné vlastnosti produktu bakteriorhodopsin být schopen izolovat se mimo své prostředí.[16] H. noricense produkuje vysokou koncentraci menachinony (vitamin K2 rozpustný v tucích), který lze použít jako a micela dodávat léky na konkrétní místa v těle.[16] Podle Nimptsche K může přítomnost menachinonů také snížit riziko maligní rakovina.[16] Bylo také zjištěno, že fermentované potraviny mají vysokou hladinu menachinonů kvůli přítomnosti bakterií, zejména v sýrech.[17] H. noricense vyžaduje vysoké koncentrace solí a v současné době se zkoumá s cílem zlepšit proces fermentace.[18] H. noricense je také pozitivní kataláza, což znamená, že se může rozpadnout reaktivní formy kyslíku (ROS), jako je peroxid vodíku na neškodné látky, jako je voda.[18] Nejen, že produkuje enzymy, které se chrání proti ROS, ale obsahuje také pigment, bakterioruberin, který umožňuje H. noricense tolerovat gama a UV záření.[18] Další výzkum bakterioruberinu může vést k bioaktivním sloučeninám s protirakovinovými vlastnostmi.[18] A konečně, bakteriorhodopsin (také chrání buňky před UV zářením), lehká protonová pumpa, umožnila vědcům aplikovat jej na elektroniku a optiku. Jeho mechanismus zahrnuje zachycení světla a vytvoření protonového gradientu k výrobě chemické energie. Některá praktická použití zahrnují detekci pohybu, holografické ukládání a nanotechnologie.[19]

Reference

  1. ^ A b C d E Fendrihan S, Legat A, Pfaffenhuemer M, Gruber C, Weidler G, Gerbl F, Stan-Lotter H (srpen 2006). „Extrémně halofilní archaea a otázka dlouhodobého mikrobiálního přežití“. Re / Pohledy na environmentální vědu a bio / technologii. 5 (2–3): 203–218. doi:10.1007 / s11157-006-0007-r. PMC  3188376. PMID  21984879.
  2. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q r s t u proti w X y z aa ab ac inzerát Gruber C, Legat A, Pfaffenhuemer M, Radax C, Weidler G, Busse HJ, Stan-Lotter H (prosinec 2004). „Halobacterium noricense sp. Nov., Archaální izolát z jádra vrtu vysokohorského permského ložiska soli, klasifikace Halobacterium sp. NRC-1 jako kmene H. salinarum a upravený popis H. salinarum“. Extremophiles. 8 (6): 431–9. doi:10.1007 / s00792-004-0403-6. PMID  15290323.
  3. ^ A b C d E F G h i Ki Lim, Seul; Kim, Joon Yong; Seon Song, Hye; Kwon, Min-Sung; Lee, připoj se; Jun Oh, mladý; Nam, Young-Do; Seo, Myung-Ji; Lee, Dong-Gi (05.05.2016). „Genomická analýza extrémně halofilního archaeonu Halobacterium noricense CBA1132 izolovaného ze solné soli, která je základním materiálem pro fermentované potraviny“. Journal of Microbiology and Biotechnology. 26 (8): 1375–1382. doi:10,4014 / jmb.1603.03010. PMID  27160574.
  4. ^ Maiden, M. C .; Jansen Van Rensburg, M. J .; Bray, J. E.; Earle, S. G .; Ford, S. A .; Jolley, K. A .; McCarthy, N. D. (2013). „MLST revisited: přístup genů po genech k bakteriální genomice“. Recenze přírody. Mikrobiologie. 11 (10): 728–736. doi:10.1038 / nrmicro3093. PMC  3980634. PMID  23979428.
  5. ^ Zhang W., Pengcheng D., Han Z. a kol. (2014) Porovnání sekvence celého genomu jako metoda pro zlepšení definice bakteriálních druhů. J. Gen. Appl. Microbiol., 60, 75–78.
  6. ^ Pfeiffer, F., Schuster, SC, Broicher, A., Falb, M., Palm, P., Rodewald, K. a kol., Evoluce v laboratoři: Genom kmene Halobacterium salinarum R1 ve srovnání s genem kmene NRC-1, Genomics, 2008, 91 (4): 335-346.
  7. ^ Fendrihan, S .; Legat, A .; Pfaffenhuemer, M .; Gruber, C .; Weidler, G .; Gerbl, F .; Stan-Lotter, H. (2006). „Extrémně halofilní archaea a otázka dlouhodobého mikrobiálního přežití“. Re / Pohledy na environmentální vědu a bio / technologii (online). 5 (2–3): 203–218. doi:10.1007 / s11157-006-0007-r. PMC  3188376. PMID  21984879.
  8. ^ „ATCC médium: 2185 Halobacterium NRC-1 medium“. Americká kolekce typové kultury (ATCC).
  9. ^ A b C d E F G Lim SK, Kim JY, Song HS, Kwon MS, Lee J, Oh YJ, Nam YD, Seo MJ, Lee DG, Choi JS, Yoon C, Sohn E, Rahman MA, Roh SW, Choi HJ (srpen 2016). „Genomická analýza extrémně halofilního archaeonu Halobacterium noricense CBA1132 izolovaného ze solné soli, která je základním materiálem pro fermentované potraviny“. Journal of Microbiology and Biotechnology. 26 (8): 1375–82. doi:10,4014 / jmb.1603.03010. PMID  27160574.
  10. ^ „IMG“. img.jgi.doe.gov. Citováno 2018-04-11.
  11. ^ "Wako-Chem" (PDF).
  12. ^ A b Borowitzka, Lesley Joyce; Kessly, David Stuart; Brown, Austin Duncan (01.05.1977). „Solné vztahy Dunalielly“. Archiv mikrobiologie. 113 (1–2): 131–138. doi:10.1007 / BF00428592. ISSN  0302-8933.
  13. ^ Ghosh, M .; Sonawat, Haripalsingh M. (01.11.1998). „Krebův TCA cyklus v Halobacterium salinarum vyšetřovaný 13C nukleární magnetickou rezonanční spektroskopií“. Extremophiles. 2 (4): 427–433. doi:10,1007 / s007920050088. ISSN  1431-0651.
  14. ^ A b C d E F G h i j k l m Bodaker, Idan; Sharon, Itai; Suzuki, Marcelino T; Feingersch, Roi; Shmoish, Michael; Andreishcheva, Ekaterina; Sogin, Mitchell L; Rosenberg, Mira; Maguire, Michael E (2009-12-24). „Srovnávací komunitní genomika v Mrtvém moři: stále extrémnější prostředí“. Časopis ISME. 4 (3): 399–407. doi:10.1038 / ismej.2009.141. ISSN  1751-7362. PMID  20033072.
  15. ^ A b C Landis, Geoffrey A. (2001). „Marťanská voda“. Astrobiologie. 1 (2): 161–164. doi:10.1089/153110701753198927. PMID  12467119.
  16. ^ A b C Nimptsch, Katharina; Rohrmann, Sabine; Kaaks, Rudolf; Linseisen, Jakob (2010-03-24). „Dietní příjem vitaminu K ve vztahu k výskytu a úmrtnosti na rakovinu: výsledky z Heidelbergské kohorty Evropského prospektivního výzkumu rakoviny a výživy (EPIC-Heidelberg)“. American Journal of Clinical Nutrition. 91 (5): 1348–1358. doi:10.3945 / ajcn.2009.28691. ISSN  0002-9165. PMID  20335553.
  17. ^ Hojo, K .; Watanabe, R .; Mori, T .; Taketomo, N. (září 2007). „Kvantitativní měření tetrahydromenachinonu-9 v sýru fermentovaném propionibakteriemi“. Journal of Dairy Science. 90 (9): 4078–4083. doi:10.3168 / jds.2006-892. ISSN  1525-3198. PMID  17699024.
  18. ^ A b C d Gontia-Mishra, Iti; Sapre, Swapnil; Tiwari, Sharad (2017). „Rozmanitost halofilních bakterií a aktinobakterií z Indie a jejich biotechnologické aplikace“. Indian Journal of Geo-Marine Sciences. 46 (8): 1575–1587. ISSN  0975-1033.
  19. ^ Oren, Aharon (červenec 2017). „Průmyslové a environmentální aplikace halofilních mikroorganismů“. Environmentální technologie. 31 (8–9): 825–834. doi:10.1080/09593330903370026. PMID  20662374.

Další čtení

externí odkazy