Ацидитиобацилла калдус
Виды бактерий

Ацидитиобацилла калдус
Научная классификация Редактировать эту классификацию
Домен:Бактерии
Тип:Псевдомонадоты
Сорт:Ацидитиобациллы
Заказ:Ацидитиобациллы
Семья:Ацидитиобациллярные
Род:Ацидитиобациллы
Разновидность:
А. caldus
Биномиальное имя
Ацидитиобацилла калдус
(Келли и Вуд 2000)
Тип штамма
DSM 8584
(Келли и Вуд 2000)
Синонимы

Thiobacillus caldus
(Халберг и Линдстром, 1994)

Acidithiobacillus caldus ранее относился к роду Thiobacillus до 2000 года, когда он был реклассифицирован вместе с рядом других видов бактерий в один из трех новых родов, которые лучше классифицируют сероокисляющие ацидофилы . [1] Как членкласса Gammaproteobacteria Pseudomonadota , A. caldus может быть идентифицирован как грамотрицательная бактерия, которая часто встречается парами. [2] Считающийся одним из наиболее распространенных микробов, участвующих в биодобыче , он способен окислять восстановленные неорганические соединения серы (RISC), которые образуются при распаде сульфидных минералов. [3] Значение префикса acidi- в названии Acidithiobacillus происходит от латинского слова acidus , означающего, что члены этого рода любят кислую, кислую среду. Слово Thio происходит от греческого слова thios и описывает использование серы в качестве источника энергии, а слово bacillus описывает форму этих микроорганизмов, которые представляют собой небольшие палочки. [1] Название вида caldus происходит от латинского слова, означающего теплый или горячий, что указывает на любовь этого вида к теплой среде.

История

Thiobacillus caldus был переклассифицирован в Acidithiobacillus , один из трех новых родов (включая также Halothiobacillus и Thermithiobacillus ), созданных для дальнейшей классификации членов рода, которые попадают в альфа-, бета- и гамма-классы Pseudomonadota. Виды Thiobacillus демонстрируют огромное количество разнообразия в физиологии и составе ДНК, что стало одной из причин переклассификации этого вида в новый род, содержащий четыре вида ацидофилов (микроорганизмов, которые лучше всего функционируют в кислой среде), некоторые из которых также способны окислять железо[II] и сульфидные минералы . [1]

A. caldus , первоначально выделенный из отвалов ненужных пород, встречающихся при добыче угля, был первым описанным ацидофильным видом термофильных тиобацилл. [2] Типовой штамм этого вида, DSM 8584, также известный как штамм KU, был внесен в Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen , коллекцию микроорганизмов в Германии. [1]

Морфология

A. caldus — это короткая, палочковидная , грамотрицательная бактерия, которая обладает подвижностью посредством одного полярного жгутика , расположенного на ее внешней клеточной стенке, который демонстрирует характеристики типичной грамотрицательной клеточной стенки. Она имеет длину около 1 на 1-2 мкм и часто встречается парами. Было показано, что разные штаммы различаются по размеру при сравнении друг с другом. Один из меньших штаммов, BC13, имеет диаметр около 0,7 мкм и длину около 1,2 мкм, тогда как штамм KU немного длиннее, с диаметром около 0,8 мкм и длиной около 1,8 мкм. [2]

Физиологическая толерантность

A. caldus демонстрирует толерантность к широкому диапазону условий, включая кислые уровни pH и температуру, при этом наилучший рост происходит при pH от 2,0 до 2,5 и температуре 45 °C. Оптимальный рост приводит к короткому времени генерации 2–3 часа, в зависимости от присутствующих факторов окружающей среды. [2] A. caldus не считается галофильным , поскольку он не проявляет признаков роста в средах, содержащих NaCl . [4]

Температура

A. caldus умеренно термофилен и процветает при оптимальной температуре 45 °C. [2] Было показано, что некоторые штаммы, такие как штамм KU, все еще демонстрируют рост на тетратионатной среде в условиях с диапазоном температур от 32 °C до 52 °C. [4] Было обнаружено, что при выращивании на среде, содержащей серу, штамм BC13 выдерживает температуры до 55 °C. [2] Считается, что существует генетическая основа для экстремальной температурной толерантности, демонстрируемой A. caldus по сравнению с другими видами его рода, такими как A. ferrooxidans и A. thiooxidans . [5]

рН

Как и все ацидофильные микроорганизмы, A. caldus лучше всего развивается в среде с низким кислым pH с предпочтительным диапазоном pH 2,0-2,5. [2] Этот микроорганизм способен справляться с большим градиентом pH через клеточную мембрану, поддерживая свой внутриклеточный pH около почти нейтрального уровня 6,5. [6] Было обнаружено, что некоторые штаммы, включая KU и BC13, демонстрируют признаки роста в широком кислом диапазоне pH, с медленной скоростью роста, включающей более длительное время генерации , около 45 часов, при pH 4,0 и скорость 6-7 часов при pH 1,0. Самое короткое время генерации A. caldus составляет 2-3 часа в условиях, включающих pH от 2,0 до 2,5. Рост не наблюдался при pH 0,5, [2] показывая, что некоторые условия просто слишком кислые, чтобы поддерживать рост даже экстремальных ацидофилов.

Метаболизм

A. caldus способен окислять восстановленные неорганические соединения серы вместе с другими субстратами , включая молекулярный водород и формиат , в дополнение к многочисленным органическим соединениям и сульфидным минералам . Он демонстрирует хемолитотрофный рост при воздействии субстратов, содержащих серу, тетратионат или тиосульфат , при этом в качестве конечного продукта образуется сульфат . [2] Восстановленные соединения серы используются A. caldus для поддержки его автотрофного роста в среде, в которой отсутствует солнечный свет. [1] Рост A. caldus усиливается, когда воздух, используемый для барботирования , процесса, при котором пузырьки химически инертного газа прокачиваются через жидкость, дополняется 2% (мас./об.) CO2 . [2] Ни 0,05% дрожжевой экстракт (продукт дрожжей, образующийся при удалении стенок клетки и извлечении ее внутреннего содержимого [7] ), казаминовые кислоты ( смесь аминокислот и пептидов, обычная для микробных питательных сред, образующаяся при кислотном гидролизе казеина [8] ), ни 2,5 мМ концентрация глюкозы в качестве единственного субстрата не вызывают гетеротрофный рост A. caldus . Вместо этого рост происходит миксотрофно с тетратионатом и дрожжевым экстрактом или глюкозой. Штамм BC13 способен расти на среде с глюкозой, но не после переноса на среду с глюкозой из среды, содержащей серу в дополнение к глюкозе. [2]

Ключевыми промежуточными продуктами в метаболизме A. caldus являются элементарная сера (S 0 ) и тетратионат. Гидролиз тетратионата ключевым ферментом тетратионатгидролазой (tetH), состоящим из 503 аминокислот, дает пентатионат, тиосульфат и серу, в то время как элементарная сера окисляется сульфитом в сульфат. [3]

Геномика

Большая часть того, что известно о роде Acidithiobacillus, получена в результате экспериментов и геномного анализа двух его видов: A. ferrooxidans и A. caldus . При длине 2 932 225 пар оснований геномная последовательность A. caldus богата GC с содержанием GC (мол.%) в диапазоне 63,1–63,9% для штамма KU [4] и 61,7% для штамма BC13. [2] Исследования гибридизации ДНК показали, что штаммы KU и BC13 демонстрируют 100% гомологию друг с другом, но не показали значимой гибридизации ДНК (2–20%) с другими видами в этом роде, включая A. ferrooxidans и A. thiooxidans , или с другими похожими Pseudomonadota , такими как Thiomonas cuprina или Thiobacillus thioparus . [1]

Штаммы A. caldus были дифференцированы от других родственных ацидитиобацилл, включая A. ferrooxidans и A. thiooxidans , с помощью анализа последовательностей ПЦР -амплифицированного межгенного спейсера (ITS) 16S - 23S рДНК и полиморфизма длины рестрикционных фрагментов . [9] Филогенетический анализ последовательностей ITS оказался достаточным для дифференциации трех уникальных видов Acidithiobacillus , которые, как было обнаружено, имеют несколько различную физиологическую толерантность. Область спейсера 16S-23S рДНК является полезной целью для разработки молекулярных методов, которые фокусируются на обнаружении, быстрой дифференциации и идентификации видов Acidithiobacillus . [9]

Приложения

С момента своего открытия в 1994 году было обнаружено, что A. caldus имеет значительное практическое применение в промышленной области биодобычи и минеральной биотехнологии, способствуя повышению извлечения желаемых минералов из пород, известных как руды . [3] Такие металлы, как золото, были извлечены из руд, содержащих пирит (также известный как золото дураков ) и арсенопирит , два сульфидных минерала, которые часто связаны со значительными количествами этого драгоценного металла. [2]

Биодобычей называют как биоокисление, где сульфидный минерал, окружающий желаемый металл, окисляется, чтобы обнажить интересующий металл, так и биовыщелачивание , где сульфидный минерал растворяется , чтобы получить интересующий металл. [3] Из-за экзотермической природы биовыщелачивания термофильная природа A. caldus обеспечивает меньшее охлаждение и более высокую скорость биовыщелачивания в целом. [2] Бактерии, принадлежащие к роду Acidithiobacillus, обладают способностью окислять сульфидные руды и тем самым растворять металлы. Эта способность способствовала широкому общественному интересу к этому микроорганизму из-за его применения в промышленном биовыщелачивании металлов из руд и из-за его эффективных средств, с помощью которых можно извлекать драгоценные металлы . [2] Бактерии, участвующие в биовыщелачивании, в первую очередь выполняют функцию производства Fe3 + путем окисления двухвалентного железа, которое затем используется для проведения окисления серы, что обеспечивает необходимый источник энергии для важных клеточных метаболических функций [3]

Ссылки

  1. ^ abcdef Келли, Донован П.; Вуд, Энн П. (2000). «Реклассификация некоторых видов Thiobacillus в недавно обозначенные роды Acidithiobacillus gen. nov., Halothiobacillus gen. nov. и Thermithiobacillus gen. nov». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 50 (2): 511– 516. doi : 10.1099/00207713-50-2-511 . PMID  10758854.
  2. ^ abcdefghijklmno Hallberg, Kevin B.; Lindström, E. Börje (1994). «Характеристика Thiobacillus caldus sp. nov., умеренно термофильного ацидофила». Microbiology . 140 (12): 3451– 3456. doi : 10.1099/13500872-140-12-3451 . PMID  7533596.
  3. ^ abcde Ржепишевская, Олена И.; и др. (2007). «Регуляция нового кластера генов Acidithiobacillus caldus, участвующего в метаболизме восстановленных неорганических соединений серы». Прикладная и экологическая микробиология . 73 (22): 7367– 7372. Bibcode : 2007ApEnM..73.7367R. doi : 10.1128/aem.01497-07. PMC 2168230. PMID  17873067 . 
  4. ^ abc You, Xiao-Yan; et al. (2011). «Раскрытие полного генома Acidithiobacillus caldus и его центральных метаболизмов для ассимиляции углерода». Журнал генетики и геномики . 38 (6): 243–252 . doi :10.1016/j.jgg.2011.04.006. PMID  21703548.
  5. ^ Вальдес, Хорхе; Педросо, Инти; Кватрини, Ракель; Холмс, Дэвид С. (2008). «Сравнительный геномный анализ Acidithiobacillus ferrooxidans, A. thiooxidans и A. caldus: взгляд на их метаболизм и экофизиологию». Гидрометаллургия . 94 ( 1– 4): 180– 184. Bibcode : 2008HydMe..94..180V. doi : 10.1016/j.hydromet.2008.05.039. hdl : 10533/142069 .
  6. ^ Мангольд, Стефани и др. (2013). «Ответ Acidithiobacillus caldus на субоптимальные условия pH». Extremophiles . 17 (4): 689– 696. doi :10.1007/s00792-013-0553-5. PMID  23712908. S2CID  14275938.
  7. ^ Хербст, Шарон (2001). Спутник любителя еды. Хоппог, Нью-Йорк: Barron's Educational Series, Inc.
  8. ^ Мюллер, Дж. Ховард; Джонсон, Эверетт Р. (1941). «Кислотные гидролизаты казеина для замены пептона при приготовлении бактериологических сред». Журнал иммунологии . 40 (1): 33–38 . doi : 10.4049/jimmunol.40.1.33 . S2CID  88040100.
  9. ^ аб Бергамо, Рожерио Ф.; Ново, Мария Тереза ​​М.; Вериссимо, Рикардо В.; Паулино, Лусиана К.; Стоппе, Нэнси К.; Сато, Мария Инес З.; Манфио, Гилсон П.; Инасио Прадо, Пауло; Гарсия-младший, Гарсия; Оттобони, Лаура ММ (2004). «Дифференциация штаммов Acidithiobacillus FerroOXIDANS и A. thiooxydans на основе анализа полиморфизма спейсера 16S-23S рДНК». Исследования в области микробиологии . 155 (7): 559–567 . doi : 10.1016/j.resmic.2004.03.009 . ПМИД  15313256.

Дальнейшее чтение

  • Лебедев, Николай; Чэнь, Линьсюй; Жэнь, Илинь; Линь, Цзяньцюнь; Лю, Сянмэй; Пан, Синь; Линь, Цзяньцян (2012). "Модель окисления серы Acidithiobacillus caldus на основе анализа транскриптома между диким типом и дефектным мутантом по редуктазе оксигеназы серы". PLOS ONE . 7 (9): e39470. Bibcode : 2012PLoSO...739470C. doi : 10.1371/journal.pone.0039470 . ISSN 1932-6203  . PMC  3440390. PMID  22984393.
  • Вальдес, Дж.; Кватрини, Р.; Холлберг, К.; Допсон, М.; Валенсуэла, ПДТ; Холмс, Д.С. (2009). «Проект последовательности генома чрезвычайно ацидофильной бактерии Acidithiobacillus caldus ATCC 51756 раскрывает метаболическую универсальность рода Acidithiobacillus». Журнал бактериологии . 191 (18): 5877– 5878. doi :10.1128/JB.00843-09. ISSN  0021-9193. PMC 2737959.  PMID 19617360  .
  • Допсон, Марк; Холмс, Дэвид С.; Вальдес, Хорхе; Мангольд, Стефани (2011). «Метаболизм серы у экстремально ацидофильных Acidithiobacillus Caldus». Frontiers in Microbiology . 2 : 17. doi : 10.3389/fmicb.2011.00017 . ISSN  1664-302X. PMC 3109338.  PMID 21687411  .
  • "Acidithiobacillus caldus". Энциклопедия жизни .
  • ЛПСН
  • Ацидитиобацилла калдус SM-1
  • Типовой штамм Acidithiobacillus caldus в BacDive — базе метаданных бактериального разнообразия
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Acidithiobacillus_caldus&oldid=1200249137"