Копиотроф
Организм, обнаруженный в богатой углеродом среде

Копиотроф — это организм , обитающий в среде, богатой питательными веществами , особенно углеродом . Они являются противоположностью олиготрофам , которые выживают при гораздо более низких концентрациях углерода. [1]

Копиотрофные организмы, как правило, растут в условиях с высоким содержанием органического субстрата. Например, копиотрофные организмы растут в отстойниках для сточных вод . Они растут в условиях органического субстрата до 100 раз выше, чем олиготрофы. Из-за этой склонности к концентрации субстрата копиотрофы часто встречаются в богатых питательными веществами водах вблизи береговых линий или эстуариев . [2]

Классификация и идентификация

Бактериальные типы можно разделить на копиотрофные и олиготрофные категории, которые соответствуют и структурируют функции бактериальных сообществ почвы.

Взаимодействие с другими организмами

Копиотрофные отношения между олиготрофными бактериями зависят от концентрации соединений C в почве. Если в почве много органического C, это будет благоприятствовать копиотрофным бактериям.

Экология

Копиотрофные бактерии являются ключевым компонентом цикла углерода в почве. Он наиболее важен в период года, когда растительность фотосинтетически активна и выделяет большое количество простых соединений углерода, таких как сахар , аминокислоты и органические кислоты . Копиотрофные бактерии также встречаются в морской жизни.

Образ жизни

Копиотрофы имеют более высокую константу Михаэлиса-Ментен, чем олиготрофы . [3] Эта константа напрямую связана с предпочтением субстрата окружающей среды. [3] В этих средах с высоким содержанием ресурсов копиотрофы ведут образ жизни «пир-голод». [4] Они быстро используют доступные питательные вещества в окружающей среде, что приводит к истощению питательных веществ, что заставляет их голодать. [4] Это возможно за счет увеличения скорости их роста с поглощением питательных веществ. [5] Однако, когда питательные вещества в окружающей среде истощаются, копиотрофы борются за выживание в течение длительных периодов времени. [6] Копиотрофы не обладают способностью реагировать на голодание. [6] Предполагается, что это может быть утраченной чертой. [6] Другая возможность заключается в том, что микробы никогда не эволюционировали, чтобы выживать в этих экстремальных условиях. [6] Олиготрофы могут вытеснять копиотрофов в средах с низким содержанием питательных веществ. [6] Это приводит к тому, что условия с низким содержанием питательных веществ сохраняются в течение длительного периода времени, что затрудняет поддержание жизни копиотрофов. [6] Копиотрофы крупнее олиготрофов и нуждаются в большем количестве энергии, требуя для выживания больших концентраций субстрата. [6]

Копиотрофы подвижны. [2] Копиотрофы могут иметь внешние органеллы, такие как жгутики, которые выходят из клетки микроба для облегчения движения. [5] Копиотрофы также хемотаксисны , то есть они могут обнаруживать питательные вещества в окружающей среде. [7] Они помогают микробам быстро перемещаться к близлежащим источникам пищи. [7] Хемотаксис также позволяет организму уходить от ограничивающего соединения. [7] У этих организмов существует несколько методов хемотаксиса. [7] Сюда входит стратегия «беги и кувыркайся», при которой организм случайным образом выбирает направление для движения. [7] Однако, если он чувствует, что градиент концентрации уменьшается, он останавливается и выбирает другое случайное направление для движения. [7] Другая стратегия включает «беги и обратный ход», при которой организм бежит к питательному веществу. [7] Если он замечает уменьшение градиента, он возвращается туда, где градиент больше, и движется в другом направлении из этого нового положения. [7]

Благодаря своей подвижности и хемотаксису копиотрофные микробы быстро реагируют на питательные вещества в окружающей среде. [2] С помощью этих механизмов копиотрофы могут перемещаться и оставаться в областях с высокой плотностью питательных веществ достаточно долго, чтобы транскрипционные регуляторные системы увеличили экспрессию генов. [5] Это, в свою очередь, помогает им усиливать метаболические процессы в областях с высоким содержанием питательных веществ, что позволяет им максимизировать свой рост во время этих участков. [5]

Характеристики роста

Копиотрофы характеризуются высокой максимальной скоростью роста. [8] Эта высокая скорость роста позволяет копиотрофам иметь больший геном и размер клеток, чем их олиготрофные аналоги. [2]

Копиотрофный геном охватывает больше оперонов рибосомной РНК, чем олиготрофный геном. [8] Опероны рибосомной РНК линейно связаны со скоростью роста. [7] [8] Опероны рибосомной РНК отвечают за экспрессию генов в кластерах. [9] Большее количество рибосомного содержимого обеспечивает более быстрый рост. [8] Олиготрофы имеют один оперон рибосомной РНК, тогда как копиотрофы могут содержать до пятнадцати оперонов. [9]

Копиотрофы, как правило, имеют более низкую эффективность использования углерода, чем олиготрофы. [10] Это отношение углерода, используемого для производства биомассы, к общему углероду, потребляемому организмом. [10] Эффективность использования углерода может быть использована для понимания образа жизни организмов, независимо от того, создают ли они в первую очередь биомассу или требуют углерода для поддержания энергии. [10] [11]   Энергия необходима для копиотрофного образа жизни, который включает в себя подвижность и хемотаксис. [12] Эта энергия в противном случае могла бы быть использована для производства биомассы. [12] Это приводит к более низкой эффективности, чем олиготрофный образ жизни, который в первую очередь использует энергию для создания биомассы. [12]

Копиотрофы имеют более низкий выход белка, чем олиготрофы. [8] Выход белка — это количество белка, синтезируемого на единицу потребленного O 2. [8] Это также связано с более высокими оперонами рибосомной РНК. [8] В целом, копиотрофы производят больше белка, чем их олиготрофные собратья, однако из-за более низкой эффективности использования углерода копиотрофами, на грамм O 2 , потребляемого организмами, производится меньше белка . [8]

Ссылки

  1. ^ Н. С. Паников (31 марта 1995 г.). Кинетика роста микроорганизмов. Springer Science & Business Media. стр. 82. ISBN 978-0-412-56630-1.
  2. ^ abcd Lauro, Federico M.; McDougald, Diane; Thomas, Torsten; Williams, Timothy J.; Egan, Suhelen; Rice, Scott; DeMaere, Matthew Z.; Ting, Lily; Ertan, Haluk; Johnson, Justin; Ferriera, Steven; Lapidus, Alla; Anderson, Iain; Kyrpides, Nikos; Munk, A. Christine (2009-09-15). "Геномная основа трофической стратегии морских бактерий". Труды Национальной академии наук . 106 (37): 15527– 15533. doi : 10.1073/pnas.0903507106 . ISSN  0027-8424. PMC 2739866 . PMID  19805210. 
  3. ^ ab Ho, Adrian (23 января 2017 г.). «Пересмотр концепций жизненной стратегии в экологической микробной экологии». FEMS Microbiology Ecology . 93 (3): fix006. doi :10.1093/femsec/fix006. hdl : 20.500.11755/97637b47-779a-413c-8397-81f77393a479 . PMID  28115400 . Получено 22.04.2023 .
  4. ^ ab Soler-Bistue, Alfonso (2023-03-01). «Развивающаяся копиотрофная/олиготрофная дихотомия: от Виноградского до физиологии и геномики». Environmental Microbiology . 25 (7): 1232– 1237. Bibcode : 2023EnvMi..25.1232S. doi : 10.1111/1462-2920.16360. PMID  36856667. S2CID  257256291.
  5. ^ abcd Ноэлл, Стивен Э.; Бреннан, Элизабет; Уошберн, Куинн; Дэвис, Эдвард У.; Хеллвегер, Ферди Л.; Джованнони, Стивен Дж. (2023-01-15). «Различия в регуляторных стратегиях морских олиготрофов и копиотрофов отражают различия в подвижности». Environmental Microbiology . 25 (7): 1265– 1280. Bibcode :2023EnvMi..25.1265N. bioRxiv 10.1101/2022.07.21.501054 . doi : 10.1111/1462-2920.16357 . PMID  36826469. S2CID  251021339. 
  6. ^ abcdefg Кох, Артур Л. (12 июля 2001 г.). «Олиготрофы против копиотрофов». Биоэссе . 23 (7): 657–661 . doi :10.1002/bies.1091. ISSN  0265-9247. PMID  11462219. S2CID  39126203.
  7. ^ abcdefghi Кирхман, Дэвид (2012). Процессы в микробной экологии (1-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press Inc. стр.  46–48 . ISBN 9780199586936.
  8. ^ abcdefgh Роллер, Бенджамин РК; Стоддард, Стивен Ф.; Шмидт, Томас М. (2016-09-12). «Использование числа копий оперона рРНК для исследования репродуктивных стратегий бактерий». Nature Microbiology . 1 (11): 16160. doi :10.1038/nmicrobiol.2016.160. ISSN  2058-5276. PMC 5061577 . PMID  27617693. 
  9. ^ ab Espejo, Romilio T.; Plaza, Nicolás (2018). «Множественные рибосомальные РНК-опероны у бактерий; их согласованная эволюция и потенциальные последствия для скорости эволюции их 16S рРНК». Frontiers in Microbiology . 9 : 1232. doi : 10.3389/fmicb.2018.01232 . ISSN  1664-302X. PMC 6002687. PMID 29937760  . 
  10. ^ abc Роллер, Бенджамин РК; Шмидт, Томас М. (2015-01-15). «Физиология и экологические последствия эффективного роста». Журнал ISME . 9 (7): 1481– 1487. Bibcode : 2015ISMEJ...9.1481R. doi : 10.1038/ismej.2014.235. ISSN  1751-7370. PMC 4478692. PMID 25575305  . 
  11. ^ Полд, Грейс; Домейнос-Хорта, Луис А.; Моррисон, Эрик В.; Фрей, Серита Д.; Систла, Сита А.; ДеАнджелис, Кристен М. (2020-02-25). Джованнони, Стивен Дж. (ред.). «Эффективность использования углерода и ее температурная чувствительность в почвенных бактериях». mBio . 11 (1): e02293–19. doi :10.1128/mBio.02293-19. ISSN  2161-2129. PMC 6974560 . PMID  31964725. 
  12. ^ abc Гейер, Кевин М.; Кайкер-Сноумен, Эмили; Гранди, А. Стюарт; Фрей, Серита Д. (2016-02-01). «Эффективность использования микробного углерода: учет контроля за судьбой метаболизированного органического вещества на уровне популяции, сообщества и экосистемы». Биогеохимия . 127 (2): 173– 188. Bibcode : 2016Biogc.127..173G. doi : 10.1007/s10533-016-0191-y . ISSN  1573-515X. S2CID  54772410.

Fierer, N., Bradford, MA, & Jackson, RB (2007). К экологической классификации почвенных бактерий. Ecology, 88(6), 1354-1364. Ivars-Martinez, E., Martin-Cuadrado, AB, D'auria, G., Mira, A., Ferriera, S., Johnson, J., ... & Rodriguez-Valera, F. (2008). Сравнительная геномика двух экотипов морского планктонного копиотрофа Alteromonas macleodii предполагает альтернативные образы жизни, связанные с различными видами твердых органических веществ. Журнал ISME, 2(12), 1194-1212. Lladó, S., & Baldrian, P. (2017). Анализы физиологического профилирования на уровне сообщества показывают потенциал для идентификации копиотрофных бактерий, присутствующих в почвенных средах. PLoS One, 12(2), e0171638.

Значок заглушки

Эта статья по экологии — заглушка . Вы можете помочь Википедии, расширив ее.

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Copiotroph&oldid=1240589904"