Acidithiobacillus caldus ранее принадлежал к роду Thiobacillus до 2000 г., когда он был реклассифицирован вместе с рядом других видов бактерий в один из трех новых родов, которые лучше классифицируют ацидофилы, окисляющие серу. [1] Как членкласса Proteobacteria Gammaproteobacteria , A. caldus может быть идентифицирован как грамотрицательная бактерия, которая часто встречается парами. [2] Считается одним из наиболее распространенных микробов, участвующих в биодобыче , он способен окислять восстановленные неорганические соединения серы (RISC), которые образуются при разложении сульфидов.минералы. [3] Значение приставки acidi- в названии Acidithiobacillus происходит от латинского слова acidus , означающего, что представители этого рода любят кислую, кислую среду. Тио происходит от греческого слова тиос и описывает использование серы в качестве источника энергии, а бацилла описывает форму этих микроорганизмов, которые представляют собой маленькие стержни. [1] Название вида, caldus , происходит от латинского слова «теплый» или «горячий», обозначающего любовь этого вида к теплой окружающей среде.
Acidithiobacillus caldus | |
---|---|
Научная классификация | |
Домен: | |
Королевство: | |
Тип: | |
Класс: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | |
Разновидность: | А. калдус |
Биномиальное имя | |
Acidithiobacillus caldus (Келли и Вуд, 2000) | |
Тип штамма | |
DSM 8584 (Kelly & Wood 2000) | |
Синонимы | |
Thiobacillus caldus |
История
Thiobacillus caldus был переклассифицирован в Acidithiobacillus , один из трех новых родов (включая Halothiobacillus и Thermithiobacillus ), созданных для дальнейшей классификации представителей рода, которые попадают в альфа-, бета- и гамма-классы Proteobacteria. Виды Thiobacillus демонстрируют огромное разнообразие физиологии и состава ДНК, что явилось одной из причин реклассификации этого вида в новый род, содержащий четыре вида ацидофилов (микроорганизмов, которые лучше всего функционируют в кислой среде), некоторые из которых также способны к окисляющее железо [II] и сульфидные минералы . [1]
A. caldus , первоначально выделенный из отвалов ненужных пород, обнаруженных при добыче угля, был первым описанным ацидофильным видом термофильных тиобацилл. [2] штамм типа этого вида, DSM 8584, также известный как штамм KU, был депонирован в Немецкой коллекции клеточных культур Und Микроорганизмов , коллекции микроорганизмов в Германии. [1]
Морфология
А. caldus короткий, стержень -образные, грамотрицательные бактерии , которая обладает моторику с помощью одного полярного жгутика , расположенный на его внешней клеточной стенки, которая отображает характеристики типичного стенки грамотрицательных клеток. Его длина составляет примерно 1 на 1-2 мкм, часто встречается парами. Было показано, что разные штаммы различаются по размеру по сравнению друг с другом. Одна из меньших деформаций, BC13, имеет диаметр около 0,7 мкм и длину около 1,2 мкм, тогда как деформация KU немного длиннее, с диаметром примерно 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 дает короткое время генерации - 2–3 часа, в зависимости от присутствующих факторов окружающей среды. [2] A. caldus не считается галофильным, потому что он не показывает признаков роста в среде, содержащей NaCl . [4]
Температура
A. caldus умеренно теплолюбив и растет при оптимальной температуре 45 ° C. [2] 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 термостойкости, демонстрируемой A. caldus по сравнению с другими видами этого рода, такими как A. ferrooxidans и A. thiooxidans . [5]
pH
Как и все ацидофильные микроорганизмы, A. caldus лучше всего растет 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 примерно на нейтральном уровне 6,5. [6] Определенные штаммы, в том числе KU и BC13, обнаруживают признаки роста в широком кислом диапазоне pH с медленной скоростью роста, предполагающей более длительное время генерации , около 45 часов, при pH 4,0 и скорости 6–7 часов при pH 1,0. У A. caldus самое короткое время образования - 2–3 часа в условиях с pH от 2,0 до 2,5. Роста не наблюдалось 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 на субстраты, содержащие серу, тетратионат или тиосульфат , при этом сульфат образуется в качестве конечного продукта. [2] Восстановленные соединения серы используются A. caldus для поддержки своего автотрофного роста в среде, в которой отсутствует солнечный свет. [1] Рост A. caldus усиливается, когда в воздух, используемый для барботирования , процесса, при котором пузырьки химически инертного газа прокачиваются через жидкость, добавляется 2% (мас. / Об.) CO 2 . [2] Ни 0,05% дрожжевой экстракт (дрожжевой продукт , образованный , когда стенки клетки в удаляются и его внутреннее содержимое извлекается [7] ), казаминовые кислоты (ые аминокислотная / пептидная смесь общей для микробной питательной среды , образованной из кислотного гидролиза из казеин [8] ), ни глюкоза в концентрации 2,5 мМ в качестве единственного субстрата не индуцирует гетеротрофный рост A. caldus . Вместо этого видно, что рост происходит миксотрофно с тетратионатом и дрожжевым экстрактом или глюкозой. Штамм BC13 способен расти на среде с глюкозой, но не после переноса в среду с глюкозой из среды, содержащей серу в дополнение к глюкозе. [2]
Ключевыми промежуточными продуктами метаболизма 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 до сульфата. [3]
Геномика
Большая часть того, что известно о роде Acidithiobacillus, получено в результате экспериментов и геномного анализа двух его видов: A. ferrooxidans и A. caldus . Геномная последовательность A. caldus длиной 2 932 225 пар оснований является GC-богатой 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 проявляют 100% гомологию друг с другом, но не показали значимой гибридизации ДНК (2-20%) с другими видами этого рода, включая A. ferrooxidans и A. thiooxidans , или с другими подобными протеобактериями , 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 длин рестрикционных фрагментов . [9] Филогенетического анализа ITS-последовательностей было достаточно, чтобы дифференцировать три уникальных вида Acidithiobacillus, которые, как было обнаружено, имели несколько разные физиологические толерантности. Спейсерная область 16S-23S рДНК является полезной мишенью для разработки молекулярных методов, направленных на обнаружение, быструю дифференциацию и идентификацию видов Acidithiobacillus . [9]
Приложения
С момента своего открытия в 1994 году было обнаружено , что A. caldus имеет важное практическое применение в промышленной области биодобычи и биотехнологии минералов, способствуя более эффективному извлечению желаемых минералов из горных 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]
Биодобыча относится как к биоокислению, когда сульфидный минерал, окружающий желаемый металл, окисляется, чтобы обнажить интересующий металл, так и к биовыщелачиванию , когда сульфидный минерал растворяется для получения интересующего металла. [3] Из - за экзотермической природы биовыщелачиванию , то термофильные природа А. caldus дает возможность использовать менее охлаждения и быстрее темпы биовыщелачивания в целом. [2] Бактерии, принадлежащие к роду Acidithiobacillus, обладают способностью окислять сульфидные руды и тем самым растворять металлы. Эта способность способствовала интересу широкой общественности к этому микроорганизму из-за его применения в промышленном биологическом выщелачивании металлов из руд и из-за его эффективных средств извлечения драгоценных металлов . [2] Бактерии, участвующие в биовыщелачивании, в первую очередь производят Fe 3+ в результате окисления двухвалентного железа, которое затем используется для окисления серы, которая является важным источником энергии для важных метаболических функций клеток [3]
Рекомендации
- ^ a b c d e е 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 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о Халлберг, Кевин Б.; Линдстрем, Э. Бёрье (1994). «Характеристика Thiobacillus caldus sp. Nov., Умеренно термофильный ацидофил» . Микробиология . 140 (12): 3451–3456. DOI : 10.1099 / 13500872-140-12-3451 . PMID 7533596 .
- ^ а б в г д Ржепишевская, Елена И .; и другие. (2007). «Регулирование нового кластера генов Acidithiobacillus caldus , участвующих в метаболизме восстановленных неорганических соединений серы» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (22): 7367–7372. DOI : 10,1128 / aem.01497-07 . PMC 2168230 . PMID 17873067 .
- ^ а б в Ты, Сяо-Янь; и другие. (2011). «Раскрытие полного генома Acidithiobacillus caldus и его центрального метаболизма для ассимиляции углерода». Журнал генетики и геномики . 38 (6): 243–252. DOI : 10.1016 / j.jgg.2011.04.006 . PMID 21703548 .
- ^ Вальдес, Хорхе; Педросо, Инти; Катрини, Ракель; Холмс, Дэвид С. (2008). «Сравнительный анализ генома Acidithiobacillus ferrooxidans , A. thiooxidans и A. caldus : понимание их метаболизма и экофизиологии». Гидрометаллургия . 94 (1–4): 180–184. DOI : 10.1016 / j.hydromet.2008.05.039 . ЛВП : 10533/142069 .
- ^ Мангольд, Стефани; и другие. (2013). «Реакция Acidithiobacillus caldus на субоптимальные условия pH». Экстремофилы . 17 (4): 689–696. DOI : 10.1007 / s00792-013-0553-5 . PMID 23712908 . S2CID 14275938 .
- Перейти ↑ Herbst, Sharon (2001). Спутник любителя еды. Хауппог, Нью-Йорк: Образовательная серия Бэррона, Inc.
- ^ Мюллер, Дж. Ховард; Джонсон, Эверетт Р. (1941). «Кислотные гидролизаты казеина для замены пептона при приготовлении бактериологических сред». Журнал иммунологии . 40 (1): 33–38.
- ^ а б Бергамо, Роджерио Ф .; Ново, Мария Тереза М .; Verissimo, Ricardo V .; Paulino, Luciana C .; Стоппе, Нэнси К.; Сато, Мария Инес З .; Manfio, Gilson P .; Инасио Прадо, Пауло; Гарсия-младший, Гарсия; Оттобони, Лаура ММ (2004). «Дифференциация штаммов Acidithiobacillus ferrooxidans и A. thiooxidans на основе анализа полиморфизма спейсера 16S-23S рДНК». Исследования в области микробиологии . 155 (7): 559–567. DOI : 10.1016 / j.resmic.2004.03.009 . PMID 15313256 .
дальнейшее чтение
- Лебедев, Николай; Чен, Линьсюй; Рен, Илинь; Линь, Цзяньцюнь; Лю, Сянмэй; Пан, Синь; Линь, Цзяньцян (2012). «Модель окисления серы Acidithiobacillus caldus, основанная на анализе транскриптома между диким типом и мутантом, дефектным по сульфоксигеназе-редуктазе» . PLOS ONE . 7 (9): e39470. Bibcode : 2012PLoSO ... 739470C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0039470 . ISSN 1932-6203 . PMC 3440390 . PMID 22984393 .
- Valdes, J .; Quatrini, R .; Hallberg, K .; Допсон, М .; Валенсуэла, PDT; Холмс, Д.С. (2009). «Проект последовательности генома чрезвычайно ацидофильной бактерии Acidithiobacillus caldus ATCC 51756 показывает метаболическую универсальность у 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). «Обмен серы в экстремальных ацидофильных Acidithiobacillus Caldus» . Границы микробиологии . 2 : 17. DOI : 10,3389 / fmicb.2011.00017 . ISSN 1664-302X . PMC 3109338 . PMID 21687411 .
Внешние ссылки
- "Acidithiobacillus caldus" в Энциклопедии жизни
- LPSN
- Ацидитиобацилла калдус СМ-1
- Типовой штамм Acidithiobacillus caldus в BacDive - База метаданных по бактериальному разнообразию