Haloferax volcanii - Haloferax volcanii
Haloferax volcanii | |
---|---|
![]() | |
Haloferax volcanii pěstovaný v laboratorních podmínkách a zobrazený pomocí mikroskopu s fázovým kontrastem | |
Vědecká klasifikace | |
Doména: | |
Království: | |
Kmen: | |
Třída: | |
Objednat: | |
Rodina: | |
Rod: | |
Druh: | H. volcanii |
Binomické jméno | |
Haloferax volcanii (Mullakhanbhai a Larsen, 1975) Torreblanca a kol., 1986 |
Haloferax volcanii je druh organismu rodu Haloferax v Archaea.
Popis a význam
Mikrobiolog Benjamin Elazari Volcani poprvé objevil Haloferax volcanii, samozvaný extremofil, ve 30. letech. H. volcanii je halofilní mezofilní archaeon, který lze izolovat z hypersalinních prostředí, jako jsou: Mrtvé moře, Velké slané jezero a oceánské prostředí s vysokými koncentráty chloridu sodného. Haloferax volcanii je pozoruhodné, protože jej lze pěstovat bez větších obtíží, což je u extremofila vzácné. H. volcanii je chemoorganotropní, metabolizuje cukry jako zdroj uhlíku.[1] Je primárně aerobní, ale je schopen anaerobního dýchání za anoxických podmínek.[2] Nedávno byl izolát tohoto druhu studován vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley v rámci projektu přežití haloarchaea na Marsu.
Struktura genomu
Genom H. volcanii se skládá z velkého (4 Mb ), chromozom s více kopiemi a několik megaplasmidů. Kompletní genom, DS2, z H. volcanii se skládá z přibližně 4130 genů.[3]
Genom byl kompletně sekvenován a v roce 2010 byl publikován článek o něm.[4] Molekulární biologie H. volcanii byl v posledním desetiletí důkladně studován s cílem zjistit více o replikaci DNA, opravách DNA a syntéze RNA. Archaální proteiny používané v těchto procesech jsou extrémně podobné eukaryotickým proteinům, a proto jsou studovány především jako modelový systém pro tyto organismy. H. volcanii prochází plodným horizontální přenos genů prostřednictvím mechanismu „páření“ - fúze buněk.
Struktura buněk a metabolismus
Reprodukce mezi H. volcanii dochází nepohlavně binárním štěpením. Tato praxe je podobná jako u jiných Archaeí a skutečně u bakterií.
H. volcanii buňky nemají buněčnou stěnu, a jako mnoho archaeí proto používají svůj exteriér Vrah pro strukturu. Jednotlivec H. volcanii archaeon se může pohybovat od 1 do 3 mikrometrů v průměru.[5] Oni jsou typicky rozeznatelní podle jejich ‚pokrm křupavý 'tvar, ale jsou poněkud pleiomorphic, takže může být viděn v jiných tvarech, včetně kokcoidu.

Membrány tohoto organismu jsou vyrobeny z typických lipidových lipidů vázaných na ether, které se nacházejí pouze v archaeách, a také obsahují vysokou hladinu karotenoidů včetně lykopenu, který jim dodává jejich výraznou červenou barvu.
H. volcanii použijte metodu sůl k udržení osmostázy, spíše než typickou kompatibilní metodu rozpuštěných látek pozorovanou u bakterií. Tato metoda zahrnuje udržování vysokého stupně iontů draslíku v buňce k vyvážení sodíkových iontů venku. Z tohoto důvodu H. volcanii má komplexní systém regulace iontů a je chemoautotrofní.
H. volcanii bude optimálně růst při 42 ° C v 1,5-2,5 M NaCl a komplexním živném médiu. Stále bude růst při 37 ° C, ale stále vyžaduje koncentrovaný NaCl a komplexní médium.[3]
Díky této metodě jsou cytoplazmatické proteiny strukturovány tak, aby se skládaly za přítomnosti vysokých iontových koncentrací. Jako takové mají obvykle velký počet nabitých zbytků na vnější části proteinu a velmi hydrofobní zbytky tvořící jádro. Tato struktura značně zvyšuje jejich stabilitu ve fyziologickém roztoku a dokonce i při vysokých teplotách, ale ve srovnání s bakteriálními homology dochází k určité ztrátě procesivity.
H. volcanii dýchat jako svůj jediný zdroj ATP, na rozdíl od několika jiných halobateriacae, jako je Halobacterium salinarum nejsou schopni fotofosforylace protože jim chybí potřebné bakteriorhodopsin.
Ekologie
Izoláty z H. volcanii se běžně vyskytují ve vodním prostředí s vysokým obsahem slanosti, jako je například Mrtvé moře. Jejich přesná role v ekosystému je nejistá, ale sacharidy obsažené v těchto organismech potenciálně slouží mnoha praktickým účelům. Díky své schopnosti udržovat homeostázu navzdory solí kolem nich H. volcanii může být důležitým hráčem v pokroku v biotechnologii. Je pravděpodobné, že H. volcanii a srovnatelné druhy se řadí mezi nejčasnější živé organismy, poskytují také informace týkající se genetiky a evoluce.[6]
Mrtvé moře
The Mrtvé moře obsahuje velmi vysokou koncentraci sodných, hořečnatých a vápenatých solí. Tato kombinace činí z moře ideální prostředí pro extremofily, jako je H.volcanii.[7] Mrtvé moře má různorodou komunitu mikroorganismů, ačkoli polní testy dokončené Kaplanem a Friedmanem to uvádějí H.volcanii měl největší početní přítomnost v komunitě.[8] Je běžné, že během léta najdeme vyšší počty halofilů, protože Mrtvé moře je mnohem teplejší, v průměru kolem 37 stupňů Celsia, a tím podporuje bakteriální kvetení.[9] Bohužel se Mrtvé moře stává méně pohostinným pro extremofily, jako je H. volcanii kvůli rostoucí slanosti připisované jak přírodním faktorům, tak lidským činnostem. Jako převládající prostředí pro Haloferax volcanii, změna slanosti vystavuje druhy riziku.
Poškození a oprava DNA
U prokaryot je DNA genomu organizována v dynamické struktuře, nukleoidu, který je uložen v cytoplazmě. Vystavení Haloferax volcanii zdůrazňuje, že poškození DNA způsobuje zhutnění a reorganizaci nukleoidu.[10] Zhutnění závisí na proteinovém komplexu Mre11-Rad50, který se používá při homologní rekombinační opravě dvouřetězcových zlomů DNA. Delmas a kol.[10] navrhl, že zhutnění nukleoidů je součástí reakce na poškození DNA, která urychluje regeneraci buněk tím, že pomáhá DNA opravným proteinům lokalizovat cíle a usnadňuje hledání intaktních sekvencí DNA během homologní rekombinace.
Genetická výměna
H. volcanii buňky mohou podstoupit párový proces genetické výměny, který zahrnuje buněčnou fúzi vedoucí k heterodiploidní buňce (obsahující dva různé chromozomy v jedné buňce).[11] Buňky příbuzného druhu, Haloferax mediterranei, mohou podobně podstoupit genetickou výměnu mezi sebou navzájem. H. volcanii má průměrnou identitu nukleotidové sekvence s H. mediterranei 86,6%. Se sníženou frekvencí mohou buňky těchto dvou druhů také interagovat, aby podstoupily genetickou výměnu.[11] Během tohoto procesu se vytvoří diploidní buňka, která obsahuje úplný genetický repertoár obou rodičovských buněk, a usnadňuje se genetická rekombinace. Následně se buňky oddělí, čímž vzniknou rekombinantní buňky.
Astrobiologie
Podmínky Haloferax volcanii přežívá v, vysoká slanost a vysoká radiace, jsou velmi podobné podmínkám na povrchu Marsu. V důsledku toho se organismus v současné době používá k testování přežití zemských extremofilů na Marsu. Pokroky v této oblasti by mohly vést k lepšímu porozumění možnosti a časové linii mimozemského života.[12]
Viz také
Reference
- ^ Oren, A. "Řád Halobacteriales." Prokaryotes: Příručka o biologii bakterií. 3. vyd. New York: Springer. 2006. str. 113-164.
- ^ Zaigler, A., Schuster, S.C. a Soppa, J. "Konstrukce a použití mikročipu brokovnice DNA s jednorázovým pokrytím k charakterizaci metabolismu archeonu Haloferax volcanii"Molekulární mikrobiologie. 2003. Svazek 48, číslo 4, str. 1089–1105.
- ^ A b „Gateway prohlížeče genomu UCSC“. archaea.ucsc.edu. Citováno 2017-04-20.
- ^ Hartman, AL; Norais, C; Badger, JH; Delmas, S; Haldenby, S; Madupu, R; Robinson, J; Khouri, H; Ren, Q; Lowe, TM; Maupin-Furlow, J; Pohlschroder, M; Daniels, C; Pfeiffer, F; Allers, T; Eisen, JA (2010). "Kompletní sekvence genomu Haloferax volcanii DS2, model archaeon ". PLOS ONE. 5 (3): e9605. doi:10,1371 / journal.pone.0009605. PMC 2841640. PMID 20333302.
- ^ Garrity, G.M., Castenholz, R.W. a Boone, D.R. (Eds.) Bergey's Manual of Systemic Bacteriology, Volume One: The Archaea and the Deeply Branching and Phototrophic Bacteria. 2. vyd. New York: Springer. 2001. s. 316.
- ^ Viz NCBI webové stránky na Haloferaxu. Data extrahovaná z „Zdroje taxonomie NCBI“. Národní centrum pro biotechnologické informace. Citováno 2007-03-19.
- ^ Oren, A. "Populační dynamika halobakterií ve vodním sloupci Mrtvého moře." Limnologie a oceánografie. 1983. Svazek 28, číslo 6, s. 1094-1103.
- ^ MULLAKIIANBIIAI, M. F. a H. LARSEN. 1975. Halobacterium volcanii spec. listopadu, halobakterium z Mrtvého moře s požadavkem na modkrátovou sůl. Oblouk. Mikrobiol. 104: 207-214.
- ^ NEEV, D., ANI) K. 0. EMERY. 1967. Mrtvé moře - depoziční procesy a prostředí vaporitů. Stát Izrael - min. Develop.-Gcol. Surv. Býk. 41.
- ^ A b Delmas, S; Duggin, IG; Allers, T (2013). "Poškození DNA vyvolává zhutnění nukleoidů prostřednictvím komplexu Mre11-Rad50 v archeonu Haloferax volcanii ". Mol Microbiol. 87 (1): 168–79. doi:10,1111 / mmi.12091. PMC 3565448. PMID 23145964.
- ^ A b Naor A, Lapierre P, Mevarech M, Papke RT, Gophna U (srpen 2012). „Nízké druhové bariéry v halofilních archách a tvorba rekombinantních hybridů“. Curr. Biol. 22 (15): 1444–8. doi:10.1016 / j.cub.2012.05.056. PMID 22748314.
- ^ DasSarma, S. „Extrémní halofilové jsou modely pro astrobiologii.“ Časopis pro mikroby. 2006. Svazek 1, č. 3, str. 120-126.
Další čtení
- Carletti, Micaela; Martinez, Maria J .; Gimenez, Maria I .; Sastre, Diego E .; Paggi, Roberto A .; De Castro, Rosana E. (červen 2014). „LonB proteáza řídí složení membránových lipidů a je nezbytná pro životaschopnost v extremofilním haloarcheonu Haloferax volcanii“. Mikrobiologie prostředí. 16 (6, Sp. Iss. SI): 1779–1792. doi:10.1111/1462-2920.12385. PMID 24428705. Citováno 11. listopadu 2014.
- Chimileski, Scott; Franklin, Michael J; Papke, R Thane (14. srpna 2014). „Biofilmy vytvořené archaeonem Haloferax volcanii vykazují buněčnou diferenciaci a sociální pohyblivost a usnadňují horizontální přenos genů“. Biologie BMC. 12: 65. doi:10.1186 / s12915-014-0065-5. PMC 4180959. PMID 25124934.
- Oren A, Ventosa A (2000). „Mezinárodní výbor pro systematickou bakteriologii Podvýbor pro taxonomii Halobacteriaceae. Zápis ze schůze, 16. srpna 1999, Sydney, Austrálie“. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 50 (3): 1405–1407. doi:10.1099/00207713-50-3-1405. PMID 10843089.
- Parente, Juliana; Casabuono, Adriana; Ferrari, Maria; Paggi, Roberto; De Castro, Rosana; Cuoto, Alicia; Gimenez, Maria (18. dubna 2014). „Odstranění genu pro rhomboidní proteázu ovlivňuje nový oligosacharid vázaný na N na glykoprotein S-vrstvy Haloferax volcanii“. Journal of Biological Chemistry. 289 (16): 11304–11317. doi:10.1074 / jbc.M113.546531. PMC 4036268. PMID 24596091.
- Torreblanca M, Rodriquez-Valera F, Juez G, Ventosa A, Kamekura M, Kates M (1986). „Klasifikace nealkalifilních halobakterií na základě numerické taxonomie a složení polárních lipidů a popis Haloarcula gen. listopad. a Haloferax gen.nov ". Syst. Appl. Microbiol. 8 (1–2): 89–99. doi:10.1016 / s0723-2020 (86) 80155-2.
Vědecké knihy
- Gibbons, NE (1974). „Čeleď V. Halobacteriaceae fam. Nov.“. V RE Buchanan; NE Gibbons (eds.). Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (8. vydání). Baltimore: Williams & Wilkins Co. ISBN 978-0-683-01117-3.