Halobacterium noricense - это галофильный палочковидный микроорганизм, который процветает в средах с уровнем соли, близким к насыщению. [1] Несмотря на смысл названия, Halobacterium на самом деле является родом архей , а не бактерий . [1] H. noricense может быть изолирован от сред с высокой соленостью, таких как Мертвое море и Большое Соленое озеро в Юте. [1] Члены Halobacterium рода являются превосходными моделями организмов для репликации ДНК и транскрипции изза стабильности их белков и полимеразкогда подвергаются воздействию высоких температур.[2] Чтобы быть отнесенным к роду Halobacterium , микроорганизм должен иметь мембранный состав, состоящий из связанных эфиром фосфоглицеридов и гликолипидов . [2]
Halobacterium nor лицензионный | |
---|---|
Научная классификация | |
Домен: | |
Тип: | |
Класс: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | |
Разновидность: | Х. норисис Fendrihan et al. 2006 г. |
Научная классификация
Этот организм является представителем рода Halobacterium, и его таксономическая классификация выглядит следующим образом: Archaea , Euryarchaeota , Euryarchaeota , Halobacteria , Halobacteriales , Halobacteriaceae , Halobacterium , Halobacterium noricense. [1] В настоящее время известно 19 родов галофильных архей и 57 известных видов рода Halobacterium . [2]
Родные
Три известных штамма Halobacterium salinarium NRC-1, Halobacterium sp. DL1 и Halobacterium salinarium R1 сравнивали со штаммом Halobacterium noricense CBA1132. [3] В филогенетических деревьев на основе нескольких Локус последовательность ввода (MLST) и средней идентичности нуклеотидных (ANI) показали , что штамм CBA1132 и штамм DL1 тесно связаны между собой, а штаммы СРН-1 и R1 тесно связаны между собой . [3] Мультилокусное типирование последовательностей - это метод, использующий геномную информацию для установления эволюционных взаимоотношений между бактериальными таксонами. [4] Средняя идентичность нуклеотидов - это генетический метод, используемый для сравнения сходства нуклеотидов двух штаммов на основе кодирующих областей их геномов, что позволило ученым отклониться от традиционных методов классификации прокариот на основе фенотипического сходства. [5] Отличительной чертой штаммов CBA1132 и DL1 является то, что они оба содержат высокое содержание GC в своих хромосомах, что обеспечивает стабильность в суровых условиях. [6] Другие близкие родственники H. noricense в пределах рода Halobacterium включают Halobacterium denitrificans , Halobacterium halobium и Halobacterium volcanii. [2]
Морфология
Известно, что Halobacterium noricense свободно живёт и обычно выглядит как красные или розовые колонии из-за присутствия в их мембранах каротиноидов и бактериоруберина. [3] [7] Каротиноиды обладают способностью поглощать свет в диапазоне длин волн 330-600 нм, как было определено с помощью световой спектроскопии. [2] Типичная морфология колонии - круглая, диаметром 0,4 мм. [2] Под микроскопом их обычно можно измерить на уровне около 5 мкм, они выглядят грамотрицательными и имеют форму стержня. [2] H. noricense не содержит газовых пузырьков, которые присутствуют у их близкого родственника, Halobacterium salinarium, которые часто выглядят как плавающие культуры . [2] Halobacterium noricense может иногда иметь форму кокуса при выращивании в жидком бульоне, а не на твердой среде. [2]
Открытие
Этимология
Halobacterium noricense назван в честь Noricum, Австрия, где находится месторождение соли, в котором был изолирован этот организм. [2] Археон был обнаружен в 2004 году группой ученых во главе с Клаудией Грубер. [2] Группа выделила два штамма H. noricense, а также другие виды Halobacterium, включая H. salinarium. [2]
Источники
Первые два штамма (A1 и A2) Halobacterium noricense были выделены из образцов, взятых из солевого месторождения в Австрии. [2] Соляные отложения находились примерно на 400 метров ниже поверхности и, как полагают, образовались в пермский период . [2] Чтобы получить образцы, исследователи использовали уже существующую шахту, чтобы пройти под поверхностью Земли. [2] Они использовали корончатое сверло для удаления цилиндрических участков солевого отложения, которые затем были взяты для секвенирования. [2] Отложения сохраняли высокий уровень соли в течение примерно 250 миллионов лет из-за окружающей глины и известняка. [2] Эти условия не позволяют соли улетучиваться, что является идеальной средой для галофильных архей. [2]
СМИ
Halobacterium noricense выделяли на среде ATCC 2185 с 250,0 граммами NaCl, 20,0 граммами MgSO 4 7H 2 O, 2,0 граммами KCl, 3,0 граммами дрожжевого экстракта , 5,0 граммами триптона и другими соединениями, необходимыми для роста изолята. [8] После инкубационного периода около 2 недель появились красные круглые колонии. [2] Это характерная морфология колонии H. noricense. [2]
Условия роста
Известно, что Halobacterium noricense является мезофилом , оптимальная температура роста которого составляет примерно 37 ° C, а инкубационный период составляет 18 дней. [2] Он хорошо себя чувствует в кислых условиях при pH 5,2-7,0. [2] Концентрация NaCl между 15-17% привела к самым высоким темпам роста в предыдущих исследованиях. [2] Было обнаружено, что Halobacterium может выжить в высоких концентрациях металлов, потому что они чрезвычайно галофильны. [3] Этого можно достичь за счет устойчивости к металлам, что указывает на то, что штамм H. noricense CBA1132 также может выжить при таких высоких концентрациях ионов металлов. [3]
Геном
Штаммы H. noricense A1 и A2 от Gruber et al. [2] имели 97,1% сходство с родом Halobacterium по последовательностям 16S рДНК. [2] Геном H. noricense , штамм CBA1132, состоящий из четырех контигов, содержащих 3012807 пар оснований, приблизительно 3084 кодирующие последовательности генов и 2536 генов. [3] [9] Он имеет содержание GC приблизительно 65,95%, а 687 генов в геноме H. noricense имеют неизвестные функции. [3] [9] Гены, связанные с метаболизмом и транспортом аминокислот, составляют самую большую группу известных генов. [9] В эту группу входят 213 известных генов. [9] Род Halobacterium в настоящее время известен как монофилетический, потому что их 16S рРНК имеют менее 80% сходства со своими ближайшими родственниками, метаногенами . [1]
Последовательность действий
По данным Объединенного института генома , еще один полный анализ генома видов Halobacterium (штамм DL1) был секвенирован с использованием 454 GS FLX, Illumina GAIIx. [10] Halobacterium noricense (штамм CBA1132) был недавно выделен из солнечной соли, и в 2016 году исследователи из Кореи провели полный геномный анализ. [3] [9] Исследователи извлекли ДНК с помощью набора тканей QuickGene DNA, который использует мембрана с очень мелкими порами для сбора ДНК и нуклеиновых кислот. [11] Они очистили ДНК с помощью набора для очистки геномной ДНК MG . [9] После того, как извлечена и очищены, стратегия секвенирования генома было полный геном секвенирование метода в PacBio системы RS - II. [9] Наконец, геном был проанализирован и выполнен с помощью сервера Rapid Annotation using Subsystem Technology ( RAST ). [3]
Метаболизм
По данным Gruber et al. , Halobacterium noricense не может сбраживать глюкозу, галактозу, сахарозу, ксилозу или мальтозу. [2] Он устойчив ко многим антибиотикам , включая ванкомицин и тетрациклин , но может быть убит анисомицином . [2] Этот организм не производит ферментов желатиназу или амилазу , поэтому он не может расщеплять крахмал или желатин. [2] H. noricense является хемоорганотрофом и использует аэробное дыхание в большинстве сред, за исключением воздействия L-аргинина или нитрата. В этих случаях он может действовать как факультативный анаэроб . [2] Он является каталазоположительным, что означает, что он способен расщеплять перекись водорода на воду и кислород. [2] Наиболее распространенный источник углерода найден в гиперсоленых средах глицерин за счет вклада зеленых водорослей, Dunaliella , чтобы уменьшить его окружающее осмотическое давление. [12] H. noricense может метаболизировать глицерин путем фосфорилирования до глицерин-3-фосфата и, в конечном итоге, до образования дигидроксиацетон-5-фосфата (DHAP). [12] ЯМР-спектроскопия , используемая для определения локальных магнитных полей вокруг атомных ядер, показала во время аэробного дыхания, что 90% пирувата, который превращается в ацетил-Co-A пируватсинтазой, входит в цикл лимонной кислоты, а остальные 10% превращаются в оксалоацетат. с помощью биотина карбоксилаз позже быть использованы в жирной кислоты деградации . [13]
Экология
Метагеномный анализ был проведен на концентрированной биомассе от последнего цветения Мертвого моря и по сравнению с сотнями литров рассола (pH 6), выявив, что цветение менее отличалось от рассола. [14] Мертвое море находится на границе Израиля и реки Иордан , где его глубина составляет около 300 м. [14] Мертвое море содержат 1.98M Mg 2+ , Na 1.54M + и 0,08 М (1%) Br - делает воды уникальными и экосистему суровой. [14]
Образцы были собраны в Мертвом море в 1992 году на станции Эйн-Геди 310 во время сезона цветения. [14] Клетки центрифугировали и красноватый осадок клеток помещали в агарозные пробки. [14] ДНК была извлечена из пробок и клонирована в вектор pCC1fos для создания двух фосмидных библиотек, содержащих ДНК из бактериальных F-плазмид. [14]
BAC- концевые последовательности были выполнены в каждой библиотеке для дальнейшего анализа, и последовательности были сканированы на загрязнение вектора и удалены с помощью BLAST ing. [14] Длина чтения для библиотеки 1992 г. составляла 734 п.н. [14]
Была проведена амплификация гена 16S рРНК с помощью ПЦР, которую использовали для построения дерева для расчета значений начальной загрузки из всего 714 положений последовательности. [14] Хотя галофилы разнообразны, анализ показал, что большинство рРНК имели примерно 93% сходства с последовательностями в GenBank . [14] Х. норисенс имела 95% сходства во время цветения 1992 года. [14] Когда образцы сравнивали с фосмидной библиотекой, некоторые из них были более чем на 88% похожи на другие известные галофильные виды бактерий. [14] Это указывает на то, что эти галофилы специально адаптированы к экстремальной солености Мертвого моря. [14]
Есть также исследования в области астробиологии относительно возможности Halobacterium на Марсе. [15] Подобно Мертвому морю, любая вода, расположенная на поверхности Марса, будет представлять собой рассол с чрезвычайно высокой концентрацией соли. [15] Следовательно, микробная жизнь на Марсе потребует адаптации, аналогичной таковой для Halobacterium. [15]
Значимость
Halobacterium noricense имеет множество применений, которые могут принести пользу людям и промышленности, включая доставку лекарств, защиту от ультрафиолета и уникальную характеристику бактериородопсина, заключающуюся в том , что он может быть изолирован вне окружающей среды. [16] H. noricense производит высокую концентрацию менахинонов (жирорастворимый витамин K2), которые можно использовать в качестве мицелл для доставки лекарств в определенные места тела. [16] Согласно Nimptsch K, присутствие менахинонов также может снизить риск злокачественного рака . [16] Ферментированные продукты также содержат высокий уровень менахинонов из-за присутствия бактерий, особенно в сырах. [17] H. noricense требует высоких концентраций соли и в настоящее время изучается, чтобы улучшить процесс ферментации. [18] H. noricense также обладает положительной каталазой, что означает, что он может расщеплять активные формы кислорода (АФК), такие как перекись водорода, на безвредные вещества, такие как вода. [18] Он не только производит ферменты для защиты от АФК, но и содержит пигмент бактериоруберин, который позволяет H. noricense переносить гамма- и УФ-излучение . [18] Дальнейшие исследования бактерируберина могут привести к получению биологически активных соединений с противораковыми характеристиками. [18] Наконец, бактериородопсин (также защищает клетки от УФ-излучения), легкий протонный насос, позволил ученым применить его в электронике и оптике. Его механизм включает улавливание света и создание протонного градиента для производства химической энергии. Некоторые практические применения включают обнаружение движения, голографическую память и нанотехнологии . [19]
Рекомендации
- ^ a b c d e Fendrihan S, Legat A, Pfaffenhuemer M, Gruber C, Weidler G, Gerbl F, Stan-Lotter H (август 2006). «Чрезвычайно галофильные археи и проблема долговременного выживания микробов» . Re / Views in Environment Science and Bio / Technology . 5 (2–3): 203–218. DOI : 10.1007 / s11157-006-0007-у . PMC 3188376 . PMID 21984879 .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad Gruber C, Legat A, Pfaffenhuemer M, Radax C, Weidler G, Busse HJ, Stan-Lotter H (декабрь 2004 г.). «Halobacterium noricense sp. Nov., Изолят архей из ствола скважины альпийского пермского соляного месторождения, классификация Halobacterium sp. NRC-1 как штамма H. salinarum и исправленное описание H. salinarum». Экстремофилы . 8 (6): 431–9. DOI : 10.1007 / s00792-004-0403-6 . PMID 15290323 .
- ^ Б с д е е г ч I Ки Лим, Сеул; Ким, Джун Ён; Сон Сон, Хе; Квон, Мин-Сун; Ли, присоединяйся; Джун О, Янг; Нам, Ён-До; Со, Мён-Джи; Ли, Донг-Ги (09.05.2016). «Геномный анализ чрезвычайно галофильных архей Halobacterium noricense CBA1132, выделенных из солнечной соли, которая является важным материалом для ферментированных пищевых продуктов» . Журнал микробиологии и биотехнологии . 26 (8): 1375–1382. DOI : 10,4014 / jmb.1603.03010 . PMID 27160574 .
- ^ Дева, МС; Янсен Ван Ренсбург, MJ; Брей, Дж. Э .; Эрл, SG; Ford, SA; Джолли, KA; Маккарти, Северная Дакота (2013). «Новый взгляд на MLST: генный подход к бактериальной геномике» . Обзоры природы. Микробиология . 11 (10): 728–736. DOI : 10.1038 / nrmicro3093 . PMC 3980634 . PMID 23979428 .
- ^ Zhang W., Pengcheng D., Han Z. et al. (2014) Сравнение полногеномных последовательностей как метод улучшения определения видов бактерий. J. Gen. Appl. Microbiol., 60, 75–78.
- ^ Пфайффер, Ф., Шустер, С.К., Бройхер, А., Фалб, М., Палм, П., Родевальд, К. и др., Эволюция в лаборатории: геном штамма Halobacterium salinarum R1 по сравнению с геномом штамма Halobacterium salinarum R1 штамм NRC-1, Genomics, 2008, 91 (4): 335-346.
- ^ Fendrihan, S .; Легат, А .; Pfaffenhuemer, M .; Gruber, C .; Weidler, G .; Gerbl, F .; Стэн-Лоттер, Х. (2006). «Чрезвычайно галофильные археи и проблема долговременного выживания микробов» . Re / Views in Environmental Science and Bio / Technology (Online) . 5 (2–3): 203–218. DOI : 10.1007 / s11157-006-0007-у . PMC 3188376 . PMID 21984879 .
- ^ «Среда АТСС: среда 2185 Halobacterium NRC-1» . Американская коллекция типовых культур (АТСС) .
- ^ Б с д е е г Lim SK, Kim JY, Song HS, Kwon MS, Lee J, Oh YJ, Nam YD, Seo MJ, Lee DG, Choi JS, Yoon C, Sohn E, Rahman MA, Roh SW, Choi HJ (август 2016). «Геномный анализ чрезвычайно галофильных архей Halobacterium noricense CBA1132, выделенных из солнечной соли, которая является важным материалом для ферментированных пищевых продуктов». Журнал микробиологии и биотехнологии . 26 (8): 1375–82. DOI : 10,4014 / jmb.1603.03010 . PMID 27160574 .
- ^ «ИМГ» . img.jgi.doe.gov . Проверено 11 апреля 2018 .
- ^ "Вако-Хим" (PDF) .
- ^ а б Боровицка, Лесли Джойс; Кессли, Дэвид Стюарт; Браун, Остин Дункан (1977-05-01). «Соляные отношения Дуналиеллы». Архив микробиологии . 113 (1–2): 131–138. DOI : 10.1007 / BF00428592 . ISSN 0302-8933 .
- ^ Ghosh, M .; Сонават, Харипалсингх М. (1 ноября 1998 г.). «Цикл TCA Креба в Halobacterium salinarum исследован с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса 13C». Экстремофилы . 2 (4): 427–433. DOI : 10.1007 / s007920050088 . ISSN 1431-0651 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м Бодакер, Идан; Шарон, Итаи; Сузуки, Марселино Т; Файингерш, Рой; Шмоиш, Михаил; Андреищева Екатерина; Sogin, Mitchell L; Розенберг, Мира; Магуайр, Майкл Э (24 декабря 2009 г.). «Сравнительная геномика сообществ в Мертвом море: все более экстремальная среда» . Журнал ISME . 4 (3): 399–407. DOI : 10.1038 / ismej.2009.141 . ISSN 1751-7362 . PMID 20033072 .
- ^ а б в Лэндис, Джеффри А. (2001). «Марсианская вода» . Астробиология . 1 (2): 161–164. DOI : 10.1089 / 153110701753198927 . PMID 12467119 .
- ^ а б в Nimptsch, Катарина; Рорманн, Сабина; Каакс, Рудольф; Linseisen, Якоб (24 марта 2010 г.). «Потребление витамина К с пищей в зависимости от заболеваемости и смертности от рака: результаты Гейдельбергской когорты Европейского проспективного исследования рака и питания (EPIC-Heidelberg)» . Американский журнал клинического питания . 91 (5): 1348–1358. DOI : 10,3945 / ajcn.2009.28691 . ISSN 0002-9165 . PMID 20335553 .
- ^ Ходжо, К .; Watanabe, R .; Мори, Т .; Такэтомо, Н. (сентябрь 2007 г.). «Количественное измерение тетрагидроменахинона-9 в сыре, ферментированном пропионибактериями» . Журнал молочной науки . 90 (9): 4078–4083. DOI : 10.3168 / jds.2006-892 . ISSN 1525-3198 . PMID 17699024 .
- ^ а б в г Гонтия-Мишра, Ити; Сапре, Свапнил; Тивари, Шарад (2017). «Разнообразие галофильных бактерий и актинобактерий из Индии и их биотехнологические применения» . Индийский журнал геоморских наук . 46 (8): 1575–1587. ISSN 0975-1033 .
- ^ Орен, Аарон (июль 2017 г.). «Промышленное и экологическое применение галофильных микроорганизмов» . Экологические технологии . 31 (8–9): 825–834. DOI : 10.1080 / 09593330903370026 . PMID 20662374 .
дальнейшее чтение
- Pfeiffer F, Schuster SC, Broicher A, Falb M, Palm P, Rodewald K, Ruepp A, Soppa J, Tittor J, Oesterhelt D (апрель 2008 г.). «Эволюция в лаборатории: геном штамма Halobacterium salinarum R1 по сравнению с геномом штамма NRC-1». Геномика . 91 (4): 335–46. DOI : 10.1016 / j.ygeno.2008.01.001 . PMID 18313895 .
- Коттеманн М., Киш А., Илоануси С., Бьорк С., ДиРуджеро Дж. (Июнь 2005 г.). «Физиологические реакции галофильных архей Halobacterium sp. Штамм NRC1 на обезвоживание и гамма-облучение». Экстремофилы . 9 (3): 219–27. DOI : 10.1007 / s00792-005-0437-4 . PMID 15844015 .
- Орен А., При-Эль Н, Шапиро О, Сибони Н. (ноябрь 2005 г.). «Газовые везикулы, выделенные из клеток Halobacterium путем лизиса в гипотоническом растворе, структурно ослаблены» . Письма о микробиологии FEMS . 252 (2): 337–41. DOI : 10.1016 / j.femsle.2005.09.017 . PMID 16213677 .
Внешние ссылки
- "Halobacterium noricense" в Энциклопедии жизни
- LPSN
- Типовой штамм Halobacterium noricense в Bac Dive - база метаданных по разнообразию бактерий