Фервидикокк
Род археи

Фервидикокк
Научная классификация Редактировать эту классификацию
Домен:Археи
Королевство:Протеоархеоты
Супертип:Группа ТАК
Тип:Термопротеота
Сорт:Термопротеи
Заказ:Fervidicoccales
Перевалова и др., 2010 [4]
Семья:Fervidicoccaceae
Перевалова и др., 2010 [3]
Род:Фервидикокк
Перевалова и др., 2010 [2]
Разновидность:
Ф. Фонтис
Биномиальное имя
Фервидикоккус фонтис
Перевалова и др., 2010 [1]

Fervidicoccus fontis — это экстремофильная архея в форме кокка ,,что процветает в условиях высоких температур. [5] [6] Она была обнаружена в кальдере Узон в Россиии демонстрирует анаэробный органотрофный метаболизм , в основном ферментируя органические соединения, такие как пептиды и дрожжевой экстракт . [7] [8] F. fontis генетически отличается, разделяя не более 89% своего генетического материала со своими ближайшими родственниками. [ 6] Этоединственный вид в отряде Fervidicoccales и роде Fervidicoccus , хотя текущие исследования предполагают наличие потенциальных новых видов. [9] [7] Она играет важную роль в биотехнологических приложениях благодаря своим липидогидролизующим способностям, внося вклад в различные отрасли промышленности, от очистки сточных вод до фармацевтики . [9]

Научная классификация

Таксономия

F. fontis принадлежит к домену Archaea и входит в тип Crenarchaeota . [ необходимо уточнение ] [6] [9] Организмы в этом типе известны своей экстремофильной природой, что позволяет им выживать в суровых условиях, таких как экстремальная жара, холод или кислотность. [5] Класс Thermoprotei включает термофилов , [10] среди которых F. fontis является ярким примером. [6] Термофилы характеризуются своей способностью выживать в условиях высоких температур, с оптимальным ростом в диапазоне температур 65–70 °C (149–158 °F). [6] Обычно термофильные организмы встречаются в наземных и морских источниках, расположенных в вулканических областях или вблизи гидротермальных источников . [11] F. fontis классифицируется в пределах порядка Fervidicoccales , семейства Fervidicoccaceae и рода Fervidicoccus . [6] [9] Штаммы Kam940 T и 1507b были выделены и использованы для идентификации организма, что привело к созданию нового рода и вида. [6] В настоящее время F. fontis является единственным видом, идентифицированным в пределах порядка Fervidicoccales. [9] Однако штамм Kam1884, выделенный из кальдеры Узон, демонстрирует около 96% сходства в последовательности РНК 16S с F. fontis Kam940 T , что указывает на возможный новый вид в пределах рода Fervidicoccus . [7]

Родственники

Филогенетические деревья были построены для изучения эволюционных связей F. fontis , раскрывая его уникальное филогенетическое положение, а также иллюстрируя его близость к некоторым другим видам. [8] Этот анализ объединил данные секвенирования 30 рибосомных белков , альфа- и бета-компонентов РНК-полимеразы и генов 23S рРНК . [8] F. fontis генетически отличается от класса Thermoprotei, разделяя менее 89% генетической идентичности со своими членами, что делает его единственным известным видом в отряде Fervidicoccales. [6] [9] Эта отличительность подчеркивает его относительно отдаленные эволюционные связи в классе Thermoprotei. [6] Однако, примечательными родственниками являются Ignisphaera aggregans , Caldisphaera lagunensis , Acidilobus saccharovorans и Desulfurococcus kamchatkensis . [8] F. fontis отличается от своих сородичей уникальным набором признаков, включая не менее 25% уникальных генов, кодирующих белки, и отсутствие внеклеточных гидролаз , за ​​исключением протеаз . [8]

Открытие и изоляция

Открытие F. fontis было инициировано с помощью подготовленной анаэробной базальной среды , направленной на стимулирование роста микроорганизмов в экстремальных условиях. [7] Образцы были собраны из термальных источников в пределах кальдеры Узон в России. [7] Среда, в которой были получены образцы, имела pH, отрегулированный до 6,0-6,5, и включала 1 мг резазурина , 1 мл растворов микроэлементов и витаминов и 0,2 г дрожжевого экстракта. [7] Затем ее переносили в пробирки, которые были запечатаны бутилкаучуковыми пробками для поддержания анаэробной среды 80% N 2 и 20% CO 2 . [7] Метод выделения штаммов Kam940 T и Kam 1507b включал инкубацию 10% инокулята , полученного из смеси осадка и воды при 70 °C (158 °F). [7] Эта инкубация также включала добавление хитина или β-кератина в качестве полимерных субстратов в концентрации 2 г л -1 . [7] Kam940 T был выделен в базальной среде с пептоном с 1,5% агара , тогда как Kam1507b был получен путем серийного разбавления в среде, обогащенной пептоном. [7] В течение 3-5 дней этот подход успешно изолировал организмы с кокковидными клетками, что ознаменовало открытие уникальных штаммов Fervidicoccus : Kam940 T и Kam1507b. [7] Чистота этих изолированных штаммов была подтверждена с помощью фазово-контрастной микроскопии , которая показала, что штаммы состояли полностью из отдельных клеток кокков, что в конечном итоге продемонстрировало эффективную изоляцию и открытие нового вида. [7]

Морфология

F. fontis характеризуется кокковидной клеточной морфологией и отсутствием подвижности из-за отсутствия жгутика . [ 6] Его клеточная оболочка состоит из клеточной мембраны, образованной слоем белковых субъединиц. [6] Размеры этих клеток могут варьироваться, их длина и ширина составляют от 1 до 3 мкм. [6]

Метаболизм

F. fontis , облигатный анаэробный органотроф, в первую очередь получает энергию от ферментации различных органических соединений . [8] Он использует метаболиты, такие как мясной экстракт , пептон и дрожжевой экстракт для целей ферментации, вырастая до плотности более 107 клеток мл −1 . [6] F. fontis показывает оптимальный рост при культивировании с пептидами и 20 мг/л дрожжевого экстракта при температуре от 65 °C до 70 °C и pH 5,5-6,0. [6] Кроме того, F. fontis способен восстанавливать серу до H2S . [ 7] Геном F. fontis кодирует 45 пептидаз , которые облегчают гидролиз белков и пептидов , а также катаболизм аминокислот , которые являются важными процессами для транспортировки олигопептидов и свободных аминокислот в клетки. [8] [12] Также предполагается, что катаболизм пирувата присутствует как промежуточный продукт метаболизма аланина . [8] Пируват-ферредоксин оксидоредуктаза способствует образованию ацетил-КоА , CO2 и восстановленного ферредоксина . [8] Впоследствии ацетил-КоА трансформируется в ацетат , генерируя АТФ в реакции, осуществляемой ацетил-КоА-синтетазами . [8] Несмотря на свою метаболическую универсальность, у F. fontis отсутствуют полные пути катаболизма углеводов . [8] Об этом свидетельствует отсутствие генов, обычно встречающихся у организмов, способных расщеплять углеводы, таких как гликозидгидролазы , полисахаридлиазы или углеводные эстеразы . [8]

Геномика

Хромосома F. fontis является кольцевой , что было определено с помощью комплексного секвенирования и анализа генома , и подтверждено проверкой полимеразной цепной реакции (ПЦР) регионов с элементами последовательности вставки . [8] Она состоит из 1 319 216 пар оснований со средним содержанием G и C 37,5%. [8] Ее геном включает дубликат оперона 16S-23S рРНК, а также отдельный ген 5S рРНК . [8] По всему геному имеется 42 гена тРНК , девять из которых включают интроны . [8] С помощью поиска сходства и предсказаний потенциала кодирования было идентифицировано 1 385 потенциальных генов , кодирующих белок , со средней длиной 829 нуклеотидов на ген. [8] Это в конечном итоге привело к 87,1% покрытию генами , кодирующими белок, всего генома F. fontis . [8]

Экология

Штаммы F. fontis Kam940 T и Kam1507b были получены из областей с температурой в диапазоне от 75 до 80 °C (167 и 176 °F) и уровнем pH 6,5 и 6,3 соответственно. [7] Дальнейший анализ с использованием электрофореза в градиентном денатурирующем геле (DGGE) идентифицировал Fervidicoccaceae в обогащенных культурах из кальдеры Узон, продемонстрировав их способность расти при высоких температурах (68–77 °C (154–171 °F)) и диапазоне pH 6,4–7,0 на различных полимерных субстратах . [7] Отбор проб ДНК из окружающей среды выявил присутствие Fervidicoccaceae в различных горячих источниках по всему миру. [7] Эти результаты показывают, что последовательности рибосомной РНК 16S этих организмов на 94–95 % схожи с последовательностями РНК F. fontis , что указывает на широкое распространение и экологическую приспособляемость F. fontis . [7]

Значение

Спрос на новые липазы и потребляющие липиды микроорганизмы растет, что представляет собой проблему для биотехнологии и микробиологии . [9] F. fontis обладает способностью гидролизовать липидные субстраты; поэтому он находит применение в различных отраслях промышленности, таких как очистка сточных вод, создание очищенных продуктов, таких как фармацевтические препараты, сложные эфиры и аминокислоты, а также в производстве биодизельного топлива , биополимеров , чистящих средств , косметики , бумаги , кожи и пищевых продуктов . [9] Трудность выделения и поддержания чистых культур архей ограничила научные знания об этих микроорганизмах, поскольку ранее только Thermococcus sibiricus был признан за его способность к росту липидов. [9] Таким образом, это новое открытие расширяет понимание экологических возможностей рода Fervidicoccus . [9] F. fontis , с его небольшим размером генома по сравнению со многими другими свободно живущими термофилами, может делить экологические ниши с другими термофильными бактериями и вытеснять их, что предполагает, что он может быть выгоден в конкурентной среде. [8] [13] F. fontis также может обладать антиоксидантными свойствами из-за наличия супероксидредуктазы , которая может уменьшать окислительное повреждение и потенциально снижать риск заболеваний, что подчеркивает его медицинскую значимость. [8] Наличие гена супероксидредуктазы у F. fontis подчеркивает его функцию в детоксикации супероксида , что дополнительно способствует механизмам антиоксидантной защиты . [8]

Ссылки

  1. ^ "Fervidicoccus fontis Perevalova et al., 2010". Глобальный информационный фонд по биоразнообразию . Получено 30 апреля 2024 г.
  2. ^ "Fervidicoccus Perevalova et al., 2010". Глобальный информационный фонд по биоразнообразию . Получено 30 апреля 2024 г.
  3. ^ ИРМНГ (2024). «Fervidicoccaceae Перевалова и др., 2010» . Проверено 30 апреля 2024 г.
  4. ^ IRMNG (2024). "Fervidicoccales" . Получено 30 апреля 2024 г.
  5. ^ ab Aslam, Mehwish; Rashid, Naeem (2022-01-01), Kuddus, Mohammed (ред.), "Глава 18 - Производство биоэнергии у экстремофилов" , Microbial Extremozymes , Academic Press, стр.  231–246 , doi :10.1016/b978-0-12-822945-3.00014-2, ISBN 978-0-12-822945-3, получено 2024-04-07
  6. ^ abcdefghijklmn Перевалова, Анна А.; Биджиева Салима Х.; Кубланов Илья Владимирович; Хинрикс, Кай-Уве; Лю, Сяолэй Л.; Марданов Андрей Владимирович; Лебединский Александр Васильевич; Бонч-Осмоловская, Елизавета А. (2010). «Fervidicoccus fontis gen. nov., sp. nov., анаэробный термофильный кренархеот из наземных горячих источников, а также предложение Fervidicoccaceae семейства nov. и Fervidicoccales ord. nov.». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 60 (9): 2082–2088 . doi :10.1099/ijs.0.019042-0. ISSN  1466-5034. PMID  19837732.
  7. ^ abcdefghijklmnopq Перевалова, Анна; Лебединский, Александр; Бонч-Осмоловская, Елизавета (2014), Розенберг, Евгений; ДеЛонг, Эдвард Ф.; Лори, Стивен; Штакебрандт, Эрко (ред.), "The Family Fervidicoccaceae", The Prokaryotes: Other Major Lineages of Bacteria and The Archaea , Берлин, Гейдельберг: Springer, стр.  35–40 , doi :10.1007/978-3-642-38954-2_335, ISBN 978-3-642-38954-2, получено 2024-04-07
  8. ^ abcdefghijklmnopqrstu Лебединский, Александр В.; Марданов, Андрей В.; Кубланов, Илья В.; Гумеров, Вадим М.; Белецкий, Алексей В.; Перевалова, Анна А.; Биджиева, Салима Х.; Бонч-Осмоловская, Елизавета А.; Скрябин, Константин Г.; Равин, Николай В. (2014-03-01). "Анализ полного генома Fervidococcus fontis подтверждает отчетливое филогенетическое положение порядка Fervidicoccales и предполагает его экологическую функцию" . Extremophiles . 18 (2): 295– 309. doi :10.1007/s00792-013-0616-7. ISSN  1433-4909. PMID  24366681.
  9. ^ abcdefghij Карасева, А.И.; Эльченинов А.Г.; Перевалова А.А.; Заюлина, К.С.; Кочеткова, ТВ; Кубланов ИВ (01.07.2021). «Штамм Fervidicoccus Fontis 3639Fd, первый кренархеон, способный расти на липидах». Микробиология . 90 (4): 435–442 . doi : 10.1134/S002626172104007X . ISSN  1608-3237.
  10. ^ Laemthong, Tunyaboon; Lewis, April M.; Crosby, James R.; Bing, Ryan G.; Schneider, William H.; Willard, Daniel J.; Counts, James A.; Kelly, Robert M. (2022-01-01), Arora, Naveen Kumar; Agnihotri, Shekhar; Mishra, Jitendra (ред.), "Глава 2 - Ферменты из чрезвычайно термофильных бактерий и архей: текущий статус и будущие перспективы", Extremozymes and Their Industrial Applications , Academic Press, стр.  41–84 , doi :10.1016/b978-0-323-90274-8.00004-6, ISBN 978-0-323-90274-8, получено 2024-04-07
  11. ^ Канганелла, Франческо; Вигель, Юрген (2014-02-26). «Анаэробные термофилы». Life . 4 (1): 77– 104. Bibcode : 2014Life....4...77C. doi : 10.3390/life4010077 . ISSN  2075-1729. PMC 4187147. PMID 25370030  . 
  12. ^ Торрес, Нимбе; Тобон-Корнехо, Сандра; Веласкес-Вильегас, Лаура А.; Норьега, Лилия Г.; Алеман-Эскодрильяс, Габриэла; Товар, Армандо Р. (29 июля 2023 г.). «Катаболизм аминокислот: упускаемая из виду область метаболизма». Питательные вещества . 15 (15): 3378. дои : 10.3390/nu15153378 . ISSN  2072-6643. ПМЦ 10421169 . ПМИД  37571315. 
  13. ^ Рампелотто, Пабуло Энрике (2013-08-07). «Экстремофилы и экстремальные среды». Life . 3 (3): 482– 485. Bibcode : 2013Life....3..482R. doi : 10.3390/life3030482 . ISSN  2075-1729. PMC 4187170. PMID 25369817  . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fervidicoccus&oldid=1270445369"