Родобактер сфероидес
Виды бактерий

Родобактер сфероидес
Родобактер сфероидес
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Псевдомонадоты
Сорт:
Альфапротеобактерии
Заказ:
Родобактериальные
Семья:
Родобактериальные
Род:
Родобактер
Разновидность:
Р. сфероидес
Биномиальное имя
Родобактер сфероидес
(ван Ниль, 1944 г.) Имхофф и др., 1984 г.

Rhodobacter sphaeroides — это разновидность пурпурных бактерий ; группа бактерий, которые могут получать энергию посредством фотосинтеза . Лучшими условиями для их роста являются анаэробная фототрофия ( фотогетеротрофная и фотоавтотрофная ) и аэробная хемогетеротрофия при отсутствии света. [1] R. sphaeroides также способен фиксировать азот . [2] Он отличается необычайным метаболическим разнообразием, поскольку способен расти гетеротрофно посредством ферментации и аэробного и анаэробного дыхания. Такая метаболическая универсальность побудила исследовать R. sphaeroides как фабрику микробных клеток для биотехнологических применений. [3]

Rhodobacter sphaeroides был выделен из глубоких озер и стоячих вод. [2]

Rhodobacter sphaeroides является одним из важнейших организмов в изучении бактериального фотосинтеза. Он не требует необычных условий для роста и невероятно эффективен . Регулирование его фотосинтетического аппарата представляет большой интерес для исследователей, поскольку R. sphaeroides имеет сложную систему для определения напряжений O 2. [4] Кроме того, при воздействии снижения парциального давления кислорода R. sphaeroides развивает инвагинации в своей клеточной мембране. Фотосинтетический аппарат размещается в этих инвагинациях. [4] Эти инвагинации также известны как хроматофоры.

Геном R. sphaeroides также несколько интригует. Он имеет две хромосомы, одну из 3 Мб (CI) и одну из 900 Кб (CII), и пять встречающихся в природе плазмид. Многие гены дублируются между двумя хромосомами, но, по-видимому, регулируются по-разному. Более того, многие из открытых рамок считывания (ORF) на CII, по-видимому, кодируют белки неизвестной функции. Когда гены неизвестной функции на CII нарушаются, возникает много типов ауксотрофии, что подчеркивает, что CII — это не просто укороченная версия CI. [5]

Малая некодирующая РНК

Бактериальные малые РНК были идентифицированы как компоненты многих регуляторных сетей. Двадцать sRNA были экспериментально идентифицированы в Rhodobacter spheroides , и было показано, что наиболее распространенные из них подвержены воздействию синглетного кислорода ( 1 O 2 ). [6] 1 O 2 , который генерирует фотоокислительный стресс, производится бактериохлорофиллом при воздействии кислорода и света. Было показано, что одна из 1 O 2 индуцированных sRNA SorY ( 1 O 2 резистентная РНК Y) индуцируется в нескольких стрессовых условиях и придает устойчивость к 1 O 2 путем воздействия на переносчик метаболитов. [7] SorX является второй 1 O 2 индуцированной sRNA, которая противодействует окислительному стрессу путем нацеливания мРНК для переносчика. Она также оказывает влияние на устойчивость к органическим гидропероксидам . [8] Было показано, что кластер из четырех гомологичных sRNA, называемых CcsR для консервативного мотива CCUCCUCCC стресс-индуцированной РНК, также играет роль в устойчивости к фотоокислительному стрессу. [9] PcrZ (контролирующая фотосинтез РНК Z), идентифицированная в R. sphaeroides, является транс -действующей sRNA, которая противодействует окислительно -восстановительной индукции генов фотосинтеза, опосредованной регуляторами белков. [10]

Метаболизм

R. sphaeroides кодирует несколько терминальных оксидаз , которые позволяют переносить электроны на кислород и другие акцепторы электронов (например, ДМСО или ТМАО ). [11] Следовательно, этот микроорганизм может дышать в кислородных, микрокислородных и бескислородных условиях как при свете, так и в темноте. Более того, он способен принимать различные углеродные субстраты, включая молекулы C1–C4, сахара и жирные кислоты. [12] В его геноме присутствуют несколько путей катаболизма глюкозы, такие как путь Эмбдена–Мейерхофа–Парнаса (ЭМП), путь Энтнера–Дудорова (ЭД) и пентозофосфатный путь (ПФ). [13] Путь ЭД является преобладающим гликолитическим путем в этом микроорганизме, [14] тогда как путь ЭМП вносит лишь меньший вклад. [15] Изменение доступности питательных веществ оказывает важное влияние на физиологию этой бактерии. Например, снижение напряжения кислорода активирует синтез фотосинтетического аппарата (включая фотосистемы, антенные комплексы и пигменты). Более того, истощение азота в среде запускает внутриклеточное накопление полигидроксибутирата , резервного полимера. [16]

Биотехнологические приложения

Для этого микроорганизма существует метаболическая модель в масштабе генома [17] , которую можно использовать для прогнозирования влияния генных манипуляций на его метаболические потоки. Для облегчения редактирования генома у этого вида был разработан и расширен инструмент редактирования генома CRISPR/Cas9 [18] . [19] Кроме того, было подробно изучено разделение внутриклеточных потоков , в том числе с помощью 13 изотопомеров C-глюкозы . [15] [20] В целом эти инструменты можно использовать для улучшения R. sphaeroides как клеточной фабрики для промышленной биотехнологии . [3]

Знание физиологии R. sphaeroides позволило разработать биотехнологические процессы для производства некоторых эндогенных соединений. Это водород , полигидроксибутират и изопреноиды (например, кофермент Q10 и каротиноиды ). Более того, этот микроорганизм также используется для очистки сточных вод . Выделение водорода происходит посредством активности фермента нитрогеназы , [21] тогда как изопреноиды синтезируются естественным образом через эндогенный путь MEP . Нативный путь был оптимизирован с помощью генной инженерии для улучшения синтеза кофермента Q10 . [22] Альтернативно, улучшение синтеза изопреноидов было достигнуто путем введения гетерологичного пути мевалоната . [23] [16] Инженерия метаболизма R. sphaeroides , основанная на синтетической биологии , в сочетании с функциональной заменой пути MEP на путь мевалоната , [24] позволила дополнительно увеличить биопродукцию изопреноидов у этого вида. [25]

Принятое имя

  • Rhodobacter sphaeroides (ван Ниль, 1944) Имхофф и др., 1984 [26]

Синонимы

  • Родококк малый Молиш 1907
  • Rhodococcus capsulatus Molisch 1907 г.
  • Rhodosphaera capsulata (Molisch) Бьюкенен, 1918 г.
  • Rhodosphaera major (Molisch) Bergey et al. 1923 год
  • Rhodorrhagus minor (Molisch) Бергей и др. 1925
  • Rhodorrhagus capsulatus (Molisch) Бергей и др. 1925
  • Rhodorrhagus capsulatus Бергей и др. 1939
  • Rhodopseudomonas sphaeroides ван Ниль, 1944 г.
  • Rhodopseudomonas spheroides van Niel 1944
  • Rhodorrhagus spheroides (ван Ниль) Брису, 1955 г.


Реклассификация

В 2020 году было рекомендовано переместить Rhodobacter sphaeroides в род Cereibacter . [27] Это название в настоящее время используется в таксономической базе данных NCBI.

Ссылки

  1. ^ Маккензи С., Эрасо Дж.М., Чоудхари М., Ро Дж.Х., Цзэн X, Брусселла П. и др. (2007). «Постгеномные приключения с Rhodobacter sphaeroides ». Анну Рев Микробиол . 61 : 283–307 . doi : 10.1146/annurev.micro.61.080706.093402. ПМИД  17506668.
  2. ^ ab De Universiteit van Texas по Rhodobacter sphaeroides Архивировано 10 июля 2009 г. на Wayback Machine
  3. ^ аб Орси Э., Биквилдер Дж., Эггинк Дж., Кенген С.В., Веустуис РА (2020). «Превращение Rhodobacter sphaeroides в фабрику микробных клеток». Биотехнология и биоинженерия . 118 (2): 531–541 . doi : 10.1002/bit.27593 . ПМЦ 7894463 . ПМИД  33038009. 
  4. ^ ab Oh, JI.; Kaplan, S. (март 2001 г.). «Обобщенный подход к регуляции и интеграции экспрессии генов». Mol Microbiol . 39 (5): 1116– 23. doi : 10.1111/j.1365-2958.2001.02299.x . PMID  11251830. S2CID  27053575.
  5. ^ Mackenzie, C; Simmons, AE; Kaplan, S (1999). «Множественные хромосомы у бактерий. Инь и ян локализации гена trp у Rhodobacter sphaeroides 2.4.1». Genetics . 153 (2): 525–38 . doi :10.1093/genetics/153.2.525. PMC 1460784 . PMID  10511537. 
  6. ^ Бергхофф, Борк А.; Глезер, Йенс; Шарма, Синтия М.; Фогель, Йорг; Клуг, Габриэле (2009-12-01). "Фотоокислительный стресс-индуцированные и обильные малые РНК в Rhodobacter sphaeroides". Молекулярная микробиология . 74 (6): 1497–1512 . doi : 10.1111/j.1365-2958.2009.06949.x . ISSN  1365-2958. PMID  19906181.
  7. ^ Аднан, Фазал; Вебер, Леннарт; Клуг, Габриэле (2015-01-01). «МРНК SorY придает устойчивость во время фотоокислительного стресса, влияя на транспортер метаболитов в Rhodobacter sphaeroides». RNA Biology . 12 (5): 569– 577. doi :10.1080/15476286.2015.1031948. ISSN  1555-8584. PMC 4615379 . PMID  25833751. 
  8. ^ Пэн, Тао; Бергхофф, Борк А.; О, Чон-Ил; Вебер, Леннарт; Ширмер, Жасмин; Шварц, Йоханнес; Глезер, Йенс; Клуг, Габриэле (2016-10-02). «Регулирование транспортера полиаминов консервативной РНК SorX, полученной из 3'-UTR, придает устойчивость к синглетному кислороду и органическим гидропероксидам у Rhodobacter sphaeroides». RNA Biology . 13 (10): 988– 999. doi :10.1080/15476286.2016.1212152. ISSN  1555-8584. PMC 5056773 . PMID  27420112. 
  9. ^ Билленкамп, Фабиан; Пэн, Тао; Бергхофф, Борк А.; Клуг, Габриэле (май 2015 г.). «Кластер из четырех гомологичных малых РНК модулирует метаболизм C1 и комплекс пируватдегидрогеназы в Rhodobacter sphaeroides при различных стрессовых условиях». Журнал бактериологии . 197 (10): 1839– 1852. doi :10.1128/JB.02475-14. ISSN  1098-5530. PMC 4402390. PMID 25777678  . 
  10. ^ Mank, Nils N.; Berghoff, Bork A.; Hermanns, Yannick N.; Klug, Gabriele (2012-10-02). «Регуляция генов бактериального фотосинтеза с помощью малой некодирующей РНК PcrZ». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (40): 16306– 16311. Bibcode : 2012PNAS..10916306M. doi : 10.1073/pnas.1207067109 . ISSN  1091-6490. PMC 3479615. PMID  22988125 . 
  11. ^ Zannoni D, Schoepp-Cothenet B, Hosler J (2013). «Дыхание и респираторные комплексы». Пурпурные фототрофные бактерии . 28 : 537– 561. doi : 10.1186/1752-0509-7-89 . ISSN  1752-0509. PMC 3849096 . PMID  24034347. 
  12. ^ Tabita FR (2004). "Биохимия и метаболическая регуляция метаболизма углерода и фиксации CO2 у пурпурных бактерий". Аноксигенные фотосинтезирующие бактерии . Достижения в области фотосинтеза и дыхания. 2 : 885– 914. doi :10.1007/0-306-47954-0_41. ISBN 0-7923-3681-X.
  13. ^ Имам С., Ногера Д., Донохью Т. «Глобальное понимание энергетических и метаболических сетей Rhodobacter sphaeroides». Системная биология BMC . 7 (1): 89. дои : 10.1007/0-306-47954-0_41.
  14. ^ Фюрер Т., Фишер Э., Зауэр У. (2005). «Экспериментальная идентификация и количественная оценка метаболизма глюкозы у семи видов бактерий». Журнал бактериологии . 187 (5): 1581– 1590. doi : 10.1128/JB.187.5.1581-1590.2005 . ISSN  0021-9193. PMC 1064017. PMID 15716428  . 
  15. ^ аб Орси Э., Биквилдер Дж., Пик С., Эггинк Г., Кенген С.В., Веустуис РА (2020). «Анализ соотношения метаболических потоков путем параллельного мечения 13C биосинтеза изопреноидов у Rhodobacter sphaeroides». Метаболическая инженерия . 57 : 228–238 . doi : 10.1016/j.ymben.2019.12.004 . ПМИД  31843486.
  16. ^ ab Orsi E, Folch PL, Monje-Lopez V, Fernhout BM, Turcato A, Kengen SW, Eggink G, Weusthuis RA (2019). «Характеристика гетеротрофного роста и продукции сесквитерпенов Rhodobacter sphaeroides на определенной среде». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 46 (8): 1179– 1190. doi : 10.1007/s10295-019-02201-6 . PMC 6697705. PMID  31187318 . 
  17. ^ Имам С., Юлмаз С., Сохмен Ю, Горзальски А.С., Рид Дж.Л., Ногера Д.Р., Донохью Т.Дж. (2011). «iRsp1095: реконструкция метаболической сети Rhodobacter sphaeroides в масштабе генома». Системная биология BMC . 5 : 116. дои : 10.1186/1752-0509-5-116 . ПМК 3152904 . ПМИД  21777427. 
  18. ^ Мугиакос I, Орси Э, Рифки-Гиффари М, Пост W, Де Мария А, Адьего-Перес Б, Кенген С.В., Веустуис Р.А., ван дер Ост Дж (2019). «Эффективное редактирование генома Rhodobacter sphaeroides на основе Cas9 для метаболической инженерии». Заводы по производству микробных клеток . 18 (1): 204. дои : 10.1186/s12934-019-1255-1 . ПМК 6876111 . ПМИД  31767004. 
  19. ^ Luo Y, Ge M, Wang B, Sun C, Wang J, Dong Y, Xi JJ (2020). «CRISPR/Cas9-деаминаза обеспечивает надежное редактирование оснований в Rhodobacter sphaeroides 2.4.1». Microbial Cell Factories . 19 (1): 93. doi : 10.1186/s12934-020-01345-w . PMC 7183636 . PMID  32334589. 
  20. ^ Tao Y, Liu D, Yan X, Zhou Z, Lee JK, Yang C (2012). «Идентификация сети и количественная оценка потока метаболизма глюкозы у Rhodobacter sphaeroides в условиях фотогетеротрофного производства H2». Журнал бактериологии . 194 (2): 274–283 . doi : 10.1128/JB.05624-11 . PMC 3256653. PMID  22056932 . 
  21. ^ Luo Y, Ge M, Wang B, Sun C, Wang J, Dong Y, Xi JJ (2002). «Аспекты метаболизма производства водорода Rhodobacter sphaeroides». Международный журнал водородной энергетики . 27 ( 11– 12): 1315– 1329. doi : 10.1016/S0360-3199(02)00127-1 .
  22. ^ Lu W, Ye L, Xu H, Xe W, Gu J, Yu H (2013). «Повышенное производство коэнзима Q10 путем саморегуляции сконструированного пути MEP в Rhodobacter sphaeroides ». Биотехнология и биоинженерия . 111 (4): 761– 769. doi :10.1002/bit.25130. PMID  24122603. S2CID  205503575.
  23. ^ Биквилдер Дж., ван Хоувелинген А., Канкар К., ван Дейк А.Д., де Йонг Р.М., Ступен Г., Баумистер Х., Ачкар Дж., Сонке Т., Бош Д. (2013). «Валенценсинтаза из сердцевины киперса Нутка (Callitropsis nootkatensis) для биотехнологического производства валенцена». Системная биология BMC . 12 (2): 174–182 . doi : 10.1111/pbi.12124 . ПМИД  24112147.
  24. ^ Орси Э., Биквилдер Дж., ван Гелдер Д., ван Хаувелинген А., Эггинк Г., Кенген С.В., Веустуис РА (2020). «Функциональная замена изопреноидных путей у Rhodobacter sphaeroides». Микробная биотехнология . 13 (4): 1082–1093 . doi : 10.1111/1751-7915.13562 . ПМЦ 7264872 . ПМИД  32207882. 
  25. ^ Орси Э., Мугиакос И., Пост В., Биквилдер Дж., Домпе М., Эггинк Г., ван дер Ост Дж., Кенген С.В., Веустуис РА (2020). «Несвязанный с ростом синтез изопреноидов у Rhodobacter sphaeroides». Биотехнология для биотоплива . 13 : 123. дои : 10.1186/s13068-020-01765-1 . ПМЦ 7359475 . ПМИД  32684976. 
  26. ^ Бактериологическая система ориентации по Rhodobacter sphaeroides [ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  27. ^ Hördt A, López MG, Meier-Kolthoff JP, Schleuning M, Weinhold LM, Tindall BJ, Gronow S, Kyrpides NC, Woyke T, Göker M (2020). «Анализ 1000+ геномов типов и штаммов существенно улучшает таксономическую классификацию альфапротеобактерий». Frontiers in Microbiology . 11 : 468. doi : 10.3389/fmicb.2020.00468 . PMC 7179689. PMID  32373076 . 

Библиография

  • Иномата Цуяко, Хигучи Масатака (1976), Включение трития в клеточный материал Rhodpseudomonas spheroides из тритиевой воды в среде в аэробных условиях  ; Журнал биохимии 80(3), стр. 569-578, 1976-09
  • Видеозаписи R. sphaeroides
  • Типовой штамм Rhodobacter sphaeroides в BacDive — базе метаданных бактериального разнообразия
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Rhodobacter_sphaeroides&oldid=1234260770"