Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Примечание . Слово «галобактерии» также является формой единственного числа от слова «галобактерии».

Halobacterium - это род семейства Halobacteriaceae . [1]

Род Halobacterium ( «соль» или «океан бактерия») состоит из нескольких видов Archaea с аэробным метаболизмом , который требует среды с высокой концентрацией соли ; многие из их белков не работают в среде с низким содержанием соли. В аэробных условиях они растут на аминокислотах . Их клеточные стенки также сильно отличаются от стенок бактерий , поскольку обычные липопротеиновые мембраны не работают при высоких концентрациях соли. По форме они могут быть палочками или кокками , а по цвету - красным или пурпурным. Они воспроизводят с помощьюбинарное деление (сужением) и подвижны . Лучше всего галобактерии растут при температуре 42 ° C. Геном неустановленного вида Halobacterium , секвенированный Shiladitya DasSarma , включает 2 571 010 пар оснований ДНК, скомпилированных в три кольцевых нити: одну большую хромосому с 2 014 239 пар оснований и две меньшие с 191 346 и 365 425 пар оснований. Этот вид, получивший название Halobacterium sp. NRC-1 широко использовался для постгеномного анализа. Виды Halobacterium можно найти в Большом соленом озере , Мертвом море , озере Магади и любых других водах с высокой концентрацией соли. ФиолетовыйВиды Halobacterium обязаны своим цветом бактериородопсину , светочувствительному белку, который обеспечивает химическую энергию для клетки, используя солнечный свет для выкачивания протонов из клетки. Результирующий градиент протонов через клеточную мембрану используется для запуска синтеза энергоносителя АТФ . Таким образом, когда эти протоны возвращаются внутрь, они используются в синтезе АТФ (этот поток протонов можно смоделировать с уменьшением pH вне клетки, вызывая поток ионов H + ). Белок бактериородопсин химически очень похож на светочувствительный пигмент родопсин, обнаруженный в сетчатке позвоночных.

Виды Halobacterium [ править ]

  • Halobacterium cutirubrum > Halobacterium salinarum
  • Halobacterium denitrificans > Haloferax denitrificans
  • Halobacterium distributionum > Halorubrum Distributum
  • Halobacterium halobium > Halobacterium salinarum
  • Halobacterium jilantaiense
  • Halobacterium lacusprofundi > Halorubrum lacusprofundi
  • Halobacterium mediterranei > Haloferax mediterranei
  • Halobacterium nor лицензионный
  • Halobacterium pharaonis > Natronomonas pharaonis
  • Halobacterium piscisalsi
  • Halobacterium saccharovorum > Halorubrum saccharovoru
  • Halobacterium salinarum
  • Halobacterium sodomense > Halorubrum sodomense
  • Halobacterium trapanicum > Halorubrum trapanicum
  • Halobacterium vallismortis > Haloarcula vallismortis
  • Halobacterium volcanii > Halobacterium volcanii

Структура генома [ править ]

HalobacteriumГеном NRC-1 составляет 2 571 010 п.н., скомпилированный в три кольцевых репликона. Более конкретно, он разделен на одну большую хромосому с 2 014 239 п.н. и два небольших репликона pNRC100 (191 346 п.н.) и pNRC200 (365 425 п.н.). Хотя эти две плазмиды намного меньше, чем большая хромосома, они составляют большую часть из 91 инсерционной последовательности и включают гены ДНК-полимеразы, семь факторов транскрипции, гены поглощения калия и фосфата и деления клеток. Было обнаружено, что геном содержит высокое содержание G + C - 67,9% на большой хромосоме и 57,9% и 59,2% на двух плазмидах. Геном также содержал 91 элемент инсерционной последовательности, составляющий 12 семейств, в том числе 29 на pNRC100, 40 на pNRC200 и 22 на большой хромосоме. Это помогает объяснить генетическую пластичность, наблюдаемую у Halobacterium.. Что касается архей, то галобактерии считаются участниками самой латеральной генетики (перенос генов между доменами) и доказательством того, что этот перенос действительно имеет место.

Структура клетки и метаболизм [ править ]

Виды Halobacterium имеют палочковидную форму и окружены одинарной двухслойной липидной мембраной, окруженной S-слоем, образованным гликопротеином клеточной поверхности. Они растут на аминокислотах в аэробных условиях. Хотя Halobacterium NRC-1 содержит гены деградации глюкозы, а также гены ферментов пути окисления жирных кислот, кажется, что они не могут использовать их в качестве источников энергии. Хотя цитоплазма сохраняет осмотическое равновесие с гиперсоленой средой, клетка поддерживает высокую концентрацию калия, используя множество активных переносчиков.

Многие виды Halobacterium обладают белковыми органеллами, называемыми газовыми пузырьками.

Экология [ править ]

Галобактерии можно найти в сильно соленых озерах, таких как Большое Соленое озеро, Мертвое море и озеро Магади. Галобактерии можно идентифицировать в водоемах с помощью светочувствительного пигмента бактериородопсина, который не только снабжает архей химической энергией, но и придает красноватый оттенок. Оптимальная температура для роста составляет 37 ° C.

Halobacterium может быть кандидатом в жизненную форму, присутствующую на Марсе. Одна из проблем, связанных с выживанием на Марсе, - это разрушительный ультрафиолетовый свет. Эти микроорганизмы образуют тонкую корку соли, которая может смягчать часть ультрафиолетового излучения. Хлорид натрия является наиболее распространенной солью, а хлоридные соли непрозрачны для коротковолнового ультрафиолета. Их фотосинтетический пигмент, бактериородопсин, на самом деле непрозрачен для длинноволнового ультрафиолета (его красный цвет). Кроме того, Halobacterium производит пигменты, называемые бактерируберинами, которые, как считается, защищают клетки от повреждения ультрафиолетом. Препятствие, которое им нужно преодолеть, - это возможность расти при низкой температуре в течение предположительно короткого времени, когда лужа воды может быть жидкой.

Приложения [ править ]

Пищевая промышленность [ править ]

Бета-каротин , пигмент галофильных бактерий, который способствует их красному окрашиванию, используется в пищевой промышленности в качестве натурального пищевого красителя. [2] Галофилы производят разлагающие ферменты, такие как липазы , амилазы , протеазы и ксиланазы , которые используются в различных методах обработки пищевых продуктов. Известные применения этих ферментов включают улучшение процесса ферментации соленых продуктов, улучшение качества теста для выпечки хлеба и вклад в производство кофе. [2] [3]

Биовосстановление [ править ]

Многие виды галофильных бактерий продуцируют экзополисахариды (EPS), которые используются в промышленности в качестве средств биоремедиации . Биосурфактанты также выделяются многими галофильными бактериями, и эти амфифильные соединения используются для восстановления почвы. Многие галофилы обладают высокой толерантностью к тяжелым металлам, что делает их потенциально полезными для биоремедиации ксенобиотических соединений и тяжелых металлов, которые выбрасываются в окружающую среду в результате добычи полезных ископаемых и металлизации. Галофилы способствуют биоремедиации загрязняющих веществ, превращая ксенобиотики в менее токсичные соединения. [3] Некоторые галобактериивиды, как было показано, эффективны в биоремедиации загрязняющих веществ, включая алифатические углеводороды, такие как те, что содержатся в сырой нефти; и ароматические углеводороды, такие как 4-гидроксибензойная кислота , загрязняющая примесь некоторых промышленных стоков с высокой соленостью. [ необходима цитата ]

Фармацевтика [ править ]

Некоторые штаммы Halobacterium , в том числе Halobacterium salinarum , исследуются на предмет медицинского применения их механизмов радиационной устойчивости. Бактерируберин - это каротиноидный пигмент, содержащийся в Halobacterium, который снижает чувствительность бактерий к γ-излучению и УФ-излучению. [4] В нокаут-исследованиях было показано, что отсутствие бактерируберина увеличивает чувствительность бактерий к агентам, повреждающим ДНК. Перекись водорода, например, вступает в реакцию с бактериоруберином, который предотвращает образование активных форм кислорода и, таким образом, защищает бактерии за счет снижения окислительной способности повреждающего ДНК агента. [5] H. salinarumтакже обнаруживает высокие внутриклеточные концентрации хлорида калия, который, как было показано, придает устойчивость к радиации. Halobacterium также исследуется для фармацевтического применения производимых ими биоактивных соединений, включая противораковые агенты, антимикробные биосурфактанты и антимикробные метаболиты. [4]

Значение и приложения [ править ]

Галобактерии - это галофильные микроорганизмы, которые в настоящее время изучаются на предмет их использования в научных исследованиях и биотехнологии. Например, геномное секвенирование Halobacterium разновидностей NRC-1 показало, что они используют эукариотически-подобную РНК-полимеразу II и механизмы трансляции, связанные с Escherichia coli и другими грамотрицательными бактериями. Кроме того, они обладают генами репликации, репарации и рекомбинации ДНК, которые аналогичны генам, присутствующим в бактериофагах, дрожжах и бактериях. Способность этого вида Halobacterium легко культивироваться и генетически модифицироваться позволяет использовать его в качестве модельного организма в биологических исследованиях. [6] Кроме того, HalobacteriumNRC-1 также использовался в качестве потенциального вектора для доставки вакцин. В частности, они продуцируют газовые везикулы, которые могут быть генетически сконструированы для отображения определенных эпитопов. Кроме того, газовые везикулы демонстрируют способность действовать как естественные адъюванты, помогая вызывать более сильные иммунные реакции. Из-за того, что галобактерии требуют среды с высоким содержанием соли, получение этих газовых пузырьков является недорогим и эффективным, поскольку для их выделения требуется только водопроводная вода. [7]

Галобактерии также содержат белок, называемый бактериородопсинами, которые представляют собой управляемые светом протонные насосы, обнаруженные на клеточной мембране. Хотя большинство белков галофилов нуждаются в высоких концентрациях соли для правильной структуры и функционирования, этот белок показал возможность использования в биотехнологических целях из-за его стабильности даже за пределами этих экстремальных условий. Бактериородопсины, выделенные из Halobacterium salinarum , специально изучались с точки зрения их применения в электронике и оптике. В частности, бактериородопсины использовались в голографической памяти, оптическом переключении, обнаружении движения и нанотехнологиях.. Несмотря на то, что было представлено множество вариантов использования этого белка, в настоящее время еще предстоит найти какое-либо крупномасштабное коммерческое применение. [8]

Рекомбинация и спаривание [ править ]

УФ- облучение Halobacterium sp. штамм NRC-1 индуцирует несколько генных продуктов, используемых в гомологичной рекомбинации . [9] Так , например, гомолог из Rad51 / гее гена, который играет ключевую роль в рекомбинации, индуцируется в 7 раз с помощью УФ. Гомологичная рекомбинация может спасти остановленные репликационные вилки и / или облегчить рекомбинационную репарацию повреждений ДНК. [9] В естественной среде обитания гомологичная рекомбинация, вероятно, вызвана УФ-излучением солнечного света.

Halobacterium volcanii имеет отличительную систему спаривания, в которой цитоплазматические мостики между клетками, по-видимому, используются для передачи ДНК от одной клетки к другой. [10] В диких популяциях Halorubrum часто происходят генетический обмен и рекомбинация. [11] Этот обмен может быть примитивной формой полового взаимодействия, подобной более хорошо изученной бактериальной трансформации, которая также представляет собой процесс передачи ДНК между клетками, ведущий к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК. [ необходима цитата ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Научные журналы [ править ]

  • ДасСарма, С. , Б.Р. Берквист, Дж. А. Кокер, П. ДасСарма, Дж. А. Мюллер. 2006. Постгеномика модельной галоархеи Halobacterium sp. NRC-1. Солевые системы 2: 3.
  • Судебная комиссия Международного комитета по систематике прокариот (2005 г.). «В номенклатурные типы заказов Acholeplasmatales, Halanaerobiales, Halobacteriales, Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, Planctomycetales, Prochlorales, Sulfolobales, Thermococcales, Thermoproteales и Verrucomicrobiales являются роды Acholeplasma, Halanaerobium, Halobacterium, Methanobacterium, Methanococcus, Methanomicrobium, Planctomyces, Prochloron, Sulfolobus , Thermococcus, Thermoproteus и Verrucomicrobium соответственно. Мнение 79 " . Int. J. Syst. Evol. Microbiol . 55 (Pt 1): 517–518. DOI : 10.1099 / ijs.0.63548-0 . PMID  15653928 .
  • Орен А., Вентоза А. (2000). «Подкомитет Международного комитета по систематической бактериологии по таксономии Halobacteriaceae. Протоколы заседаний, 16 августа 1999 г., Сидней, Австралия» . Int. J. Syst. Evol. Microbiol . 50 : 1405–1407. DOI : 10.1099 / 00207713-50-3-1405 . PMID  10843089 .

Научные книги [ править ]

  • DasSarma, S . 2004. Последовательность генома чрезвычайно галофильного архея, в Microbial Genomes, стр. 383–399, CM Fraser, T. Read и KE Nelson (ред.), Humana Press, Inc., Totowa, NJ.
  • Линн Маргулис, Карлин В. Шварц, Five Kingdoms. Иллюстрированный справочник по типам жизни на Земле (WHFreeman, Сан-Франциско, 1982), стр. 36–37
  • Гиббонс, NE (1974). «Семейство V. Halobacteriaceae fam. Nov.». В RE Бьюкенен; NE Гиббонс (ред.). Руководство Берджи по детерминантной бактериологии (8-е изд.). Балтимор: The Williams & Wilkins Co.
  • Элазари-Вулканы, Б (1957). «Род XII. Halobacterium Elazari-Volcani, 1940». В RS Breed; ЭГД Мюррей; Н. Р. Смит (ред.). Руководство Берджи по детерминантной бактериологии (7-е изд.). Балтимор:. Уильямс & Wilkins Co. С.  207 -212.
  • Элазари-Вулканы, Б (1940). «Исследования микрофлоры Мертвого моря». Докторская диссертация, Еврейский университет, Иерусалим: 1–116 и i – xiii. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Ссылки [ править ]

  1. ^ См. Веб-страницу NCBI о Halobacterium . Данные извлечены из "ресурсов таксономии NCBI" . Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 19 марта 2007 .
  2. ^ a b Патерсон, Рассел; Лима, Нельсон (2017). «Биоразведка». Темы биоразнообразия и конверсии . 16 : 84–91. DOI : 10.1007 / 978-3-319-47935-4 .
  3. ^ а б Гонтия-Мишра, Ити; Сапре, Свапнил; Тивари, Шарад (август 2017 г.). «Разнообразие галофильных бактерий и актинобактерий из Индии и их биотехнологические применения» . Индийский журнал геоморских наук . 46 (8): 1575–1587 . Проверено 8 октября 2017 года .
  4. ^ a b Юнг, Кван Ву; Лим, Сангьонг; Bahn, Yong-Sun (30 июня 2017 г.). «Механизмы микробной радиационной стойкости». Журнал микробиологии . 55 (7): 499–507. DOI : 10.1007 / s12275-017-7242-5 .
  5. ^ ШАХМОХАММАДИ, ХАМИД РЕЗА; АСГАРАНИ, ЭЗАТ; ТЕРАТО, ХИРОАКИ; САЙТО, ТАКЕШИ; ОХЯМА, ЙОШИХИКО; ГЕККО, КУНИХИКО; ЯМАМОТО, ОСАМУ; ИДЕ, ХИРОШИ (1998). «Защитные роли бактерируберина и внутриклеточного KCl в устойчивости Halobacterium salinarium против ДНК-повреждающих агентов» . Журнал радиационных исследований . 39 (4): 251–262. Bibcode : 1998JRadR..39..251S . DOI : 10,1269 / jrr.39.251 . PMID 10196780 . 
  6. ^ Ng, WV; Кеннеди, СП; Mahairas, GG; Berquist, B .; Пан, М .; Шукла, HD; Ласки, SR; Балига, Н.С.; Thorsson, V .; Sbrogna, J .; Swartzell, S .; Странный.; Hall, J .; Даль, TA; Welti, R .; Гу, Я; Leithauser, B .; Keller, K .; Cruz, R .; Дэнсон, MJ; Hough, DW; Мэддокс, Д.Г.; Яблонски, ЧП; Кребс, депутат; Анжуйн, СМ; Dale, H .; Isenbarger, TA; Пек, РФ; Pohlschroder, M .; Спудич, JL; Jung, K.-H .; Alam, M .; Freitas, T .; Hou, S .; Дэниэлс, CJ; Деннис, ПП; Омер, AD; Ebhardt, H .; Лоу, TM; Liang, P .; Райли, М .; Капюшон, L .; ДасСарма, С. (3 октября 2000 г.). «Последовательность генома вида Halobacterium NRC-1» . Труды Национальной академии наук . 97 (22): 12176–12181. Bibcode :2000ПНАС ... 9712176Н . DOI : 10.1073 / pnas.190337797 . PMC  17314 . PMID  11016950 .
  7. ^ Стюарт, Элизабет S .; Моршед, Фазила; Сремак, Маринко; ДасСарма, Шиладитья (15 июня 2001 г.). «Презентация антигена с использованием новых органелл в виде частиц из галофильных архей». Журнал биотехнологии . 88 (2): 119–128. DOI : 10.1016 / S0168-1656 (01) 00267-X . PMID 11403846 . 
  8. Орен, Аарон (июль 2010 г.). «Промышленное и экологическое применение галофильных микроорганизмов» . Экологические технологии . 31 (8–9): 825–834. DOI : 10.1080 / 09593330903370026 . PMID 20662374 . 
  9. ^ a b Маккриди S, Мюллер JA, Boubriak I, Berquist BR, Ng WL, DasSarma S (2005). «УФ-облучение индуцирует гомологичные гены рекомбинации в модельной архее, Halobacterium sp. NRC-1» . Saline Syst . 1 : 3. DOI : 10,1186 / 1746-1448-1-3 . PMC 1224876 . PMID 16176594 .  
  10. ^ Rosenshine I, Tchelet R, Mevarech M (1989). «Механизм передачи ДНК в системе спаривания архебактерии». Наука . 245 (4924): 1387–9. Bibcode : 1989Sci ... 245.1387R . DOI : 10.1126 / science.2818746 . PMID 2818746 . 
  11. ^ Папка RT, Koenig JE, Родригес Valera F, Дулитл WF (2004). «Частая рекомбинация в популяции солеварни Halorubrum». Наука . 306 (5703): 1928–9. Bibcode : 2004Sci ... 306.1928P . DOI : 10.1126 / science.1103289 . PMID 15591201 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Halobacterium Геном