Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Rhodobacter sphaeroides
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Протеобактерии
Класс:
Alphaproteobacteria
Приказ:
Rhodobacterales
Семья:
Rhodobacteraceae
Род:
Родобактер
Разновидность:
Р. sphaeroides
Биномиальное имя
Rhodobacter sphaeroides
(ван Ниль, 1944) Имхофф и др., 1984

Rhodobacter sphaeroides - разновидность пурпурной бактерии ; группа бактерий, которые могут получать энергию посредством фотосинтеза . Лучшими условиями роста являются анаэробная фототрофия ( фотогетеротрофная и фотоавтотрофная ) и аэробная хемогетеротрофия в отсутствие света. [1] R. sphaeroides также может связывать азот . [2] Он удивительно метаболически разнообразен, так как способен гетеротрофно растипосредством ферментации, а также аэробных и анаэробных процессов.дыхание. Такая метаболическая универсальность побудила исследовать R. sphaeroides как фабрику микробных клеток для биотехнологических применений. [3]

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

Rhodobacter sphaeroides - один из важнейших организмов в изучении бактериального фотосинтеза. Он не требует необычных условий для роста и невероятно эффективен . Регуляция его фотосинтетического аппарата представляет большой интерес для исследователей, поскольку R. sphaeroides имеет сложную систему для определения напряжения O 2 . [4] Кроме того, при понижении парциального давления кислорода R. sphaeroides развивает инвагинации в клеточной мембране. В этих инвагинациях находится фотосинтетический аппарат. [4] Эти инвагинации также известны как хроматофоры.

Интересен и геном R. sphaeroides . Он имеет две хромосомы, одну из 3 Mb (CI) и одну из 900 Kb (CII), а также пять природных 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 с неизвестной функцией. Когда гены неизвестной функции на CII нарушаются, возникают многие типы ауксотрофии, подчеркивая, что CII - это не просто усеченная версия CI. [5]

Малая некодирующая РНК [ править ]

Бактериальные малые РНК были идентифицированы как компоненты многих регуляторных сетей. Двадцать мРНК были экспериментально идентифицированы в сфероидах Rhodobacter, и было показано , что многие из них подвержены воздействию синглетного кислорода ( 1 O 2 ). [6] 1 O 2, который вызывает фотоокислительный стресс, вырабатывается бактериохлорофиллом при воздействии кислорода и света. Было показано, что одна из индуцированных 1 O 2 мРНК SorY ( РНК Y устойчивости к 1 O 2 ) индуцируется в нескольких стрессовых условиях и придает устойчивость к1 O 2 , воздействуя на переносчик метаболитов. [7] SorX - вторая индуцированная 1 O 2 мРНК, которая противодействует окислительному стрессу, нацеливая мРНК на транспортер. Он также влияет на устойчивость к органическим гидропероксидам . [8] Было показано, что кластер из четырех гомологичных мРНК, называемых CcsR, для консервативной РНК, индуцированной стрессом мотива CCUCCUCCC, также играет роль в устойчивости к фотоокислительному стрессу. [9] PcrZ (контроль фотосинтеза РНК - Z) , определенный в R. sphaeroides, является трансом -Актерского рРНК , которая противодействует окислительно - восстановительный потенциал-зависимая индукция генов фотосинтеза, опосредованная белковыми регуляторами. [10]

Метаболизм [ править ]

R. sphaeroides кодирует несколько терминальных оксидаз, которые позволяют переносить электроны к кислороду и другим акцепторам электронов (например, ДМСО или ТМАО ). [11] Таким образом, 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 от C1 до C4, сахара и жирные кислоты. [12] В его геноме присутствует несколько путей катаболизма глюкозы, таких как путь Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса (EMP), путь Энтнера-Дудорова (ED) и путь пентозофосфата.(ПП). [13] Путь ЭД является преобладающим гликолитическим путем у этого микроорганизма, [14] тогда как путь ЭМП вносит свой вклад лишь в меньшей степени. [15] Различия в доступности питательных веществ имеют важное влияние на физиологию этой бактерии. Например, снижение напряжения кислорода активирует синтез фотосинтетических механизмов (включая фотосистемы, антенные комплексы и пигменты). Более того, недостаток азота в среде вызывает внутриклеточное накопление полигидроксибутирата , резервного полимера. [16]

Биотехнологические приложения [ править ]

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] Более того, распределение внутриклеточных потоков было детально изучено, в том числе с помощью изотопомеров 13 C-глюкозы . [15] [20] В целом, эти инструменты могут быть использованы для улучшения R. sphaeroides как фабрики клеток 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 ). Кроме того, этот микроорганизм используется также для очистки сточных вод . Выделение водорода происходит через активность фермент нитрогеназы , [21] , тогда как изопреноидов синтезируется естественно через эндогенный MEP путь . Этот нативный путь был оптимизирован с помощью генной инженерии для улучшения кофермента Q10.синтез. [22] Альтернативно, улучшение синтеза изопреноидов было получено путем введения гетерологичного мевалонатного пути . [23] [16] синтетической биологии управляемого общества инжиниринга метаболизма R. sphaeroides , в сочетании с функциональной ЗАМЕНОЙ МЭПА тропинки с мевалонатным путем , [24] позволило еще больше увеличить биопродукции изопреноидов в этой разновидности. [25]

Принятое имя [ править ]

  • Rhodobacter sphaeroides (van Niel 1944) Imhoff et al., 1984 [26]

Синонимы [ править ]

  • Малый родококк, молиш 1907
  • Rhodococcus capsulatus Molisch 1907 г.
  • Rhodosphaera capsulata (Molisch) Бьюкенен, 1918 г.
  • Rhodosphaera minor (Molisch) Bergey et al. 1923 г.
  • Rhodorrhagus minor (Molisch) Bergey et al. 1925 г.
  • Rhodorrhagus capsulatus (Molisch) Bergey et al. 1925 г.
  • Rhodorrhagus capsulatus Bergey et al. 1939 г.
  • Rhodopseudomonas sphaeroides van Niel 1944 г.
  • Rhodopseudomonas spheroides van Niel 1944 г.
  • Rhodorrhagus spheroides (van Niel) Brisou 1955 г.

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Mackenzie C, Eraso JM, Choudhary M, Roh JH, Zeng X, Bruscella P и др. (2007). «Постгеномные приключения с Rhodobacter sphaeroides ». Annu Rev Microbiol . 61 : 283–307. DOI : 10.1146 / annurev.micro.61.080706.093402 . PMID  17506668 .
  2. ^ a b De Universiteit van Texas over Rhodobacter sphaeroides. Архивировано 10 июля 2009 г. в Wayback Machine.
  3. ^ a b Орси Е., Биквилдер Дж., Эггинк Дж., Кенген С.В., Вейстуис Р.А. (2020). « Превращение Rhodobacter sphaeroides в фабрику микробных клеток» . Биотехнология и биоинженерия . 118 (2): 531–541. DOI : 10.1002 / bit.27593 . PMID 33038009 . 
  4. ^ a b О, JI .; Каплан, С. (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. ^ Маккензи, C; Симмонс, AE; Каплан, S (1999). «Множественные хромосомы у бактерий. Инь и янь локализации гена trp в Rhodobacter sphaeroides 2.4.1» . Генетика . 153 (2): 525–38. PMC 1460784 . PMID 10511537 .  
  6. ^ Berghoff, Bork A .; Глэзер, Йенс; Шарма, Синтия М .; Фогель, Йорг; Клуг, Габриэле (01.12.2009). «Фотоокислительный стресс-индуцированный и обилие малых 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 (01.01.2015). «SRNA SorY придает устойчивость во время фотоокислительного стресса, воздействуя на переносчик метаболитов в Rhodobacter sphaeroides» . Биология РНК . 12 (5): 569–577. DOI : 10.1080 / 15476286.2015.1031948 . ISSN 1555-8584 . PMC 4615379 . PMID 25833751 .   
  8. ^ Пэн, Дао; Berghoff, Bork A .; О, Чон Ир; Вебер, Леннарт; Ширмер, Жасмин; Шварц, Йоханнес; Глэзер, Йенс; Клуг, Габриэле (2016-10-02). «Регулирование транспортера полиамина с помощью консервативной 3'-происходящей из UTR мРНК SorX придает устойчивость к синглетному кислороду и органическим гидропероксидам у Rhodobacter sphaeroides» . Биология РНК . 13 (10): 988–999. DOI : 10.1080 / 15476286.2016.1212152 . ISSN 1555-8584 . PMC 5056773 . PMID 27420112 .   
  9. ^ Билленкамп, Фабиан; Пэн, Дао; Berghoff, Bork A .; Клуг, Габриэле (май 2015 г.). «Кластер из четырех гомологичных малых РНК модулирует метаболизм C1 и пируватдегидрогеназный комплекс в Rhodobacter sphaeroides в различных стрессовых условиях» . Журнал бактериологии . 197 (10): 1839–1852. DOI : 10.1128 / JB.02475-14 . ISSN 1098-5530 . PMC 4402390 . PMID 25777678 .   
  10. ^ Манк, Нильс Н .; Berghoff, Bork A .; Hermanns, Yannick N .; Клуг, Габриэле (2012-10-02). «Регулирование бактериальных генов фотосинтеза 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 В, Hosler J (2013). «Дыхание и респираторные комплексы» . Фиолетовые фототрофные бактерии . 28 : 537–561. DOI : 10.1186 / 1752-0509-7-89 . ISSN 1752-0509 . PMC 3849096 . PMID 24034347 .   
  12. ^ Табита FR (2004). «Биохимия и метаболическая регуляция метаболизма углерода и фиксации CO2 у пурпурных бактерий». Аноксигенные фотосинтетические бактерии . Достижения в фотосинтезе и дыхании. 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 в Rhodobacter sphaeroides». BMC Systems Biology . 7 (1): 89. DOI : 10.1007 / 0-306-47954-0_41 .
  14. ↑ Fuhrer T, Fischer E, Sauer U (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. ^ a b Орси Е., Биквилдер Дж., Пик С., Эггинк Дж., Кенген С.В., Вейстуис РА (2020). «Анализ соотношения метаболических потоков путем параллельного мечения 13C биосинтеза изопреноидов в Rhodobacter sphaeroides » . Метаболическая инженерия . 57 : 228–238. DOI : 10.1016 / j.ymben.2019.12.004 . PMID 31843486 . 
  16. ^ a b Орси Е., Фолч П.Л., Монхе-Лопес В., Фернхаут Б.М., Тюркато А., Кенген С.В., Эггинк Г., Вейстуис РА (2019). «Характеристика гетеротрофного роста и продукции сесквитерпена 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 S, Ylmaz S, Sohmen U, Gorzalski AS, Reed JL, Noguera DR, Donohue TJ (2011). «iRsp1095: реконструкция в масштабе генома метаболической сети Rhodobacter sphaeroides » . BMC Systems Biology . 5 : 116. DOI : 10,1186 / 1752-0509-5-116 . PMC 3152904 . PMID 21777427 .  
  18. ^ Mougiakos Я, Орси Е, Rifqi-Ghiffary М, сообщение W, De Maria А, Adiego-Перес Б, KenGen СВ, Weusthuis РА, ван - дер - Оост J (2019). «Эффективное редактирование генома Rhodobacter sphaeroides на основе Cas9 для метаболической инженерии» . Фабрики микробных клеток . 18 (1): 204. DOI : 10,1186 / s12934-019-1255-1 . PMC 6876111 . PMID 31767004 .  
  19. ↑ Ло И, Гэ М, Ван Б, Сун С, Ван Дж, Донг И, Си ДжДж (2020). «CRISPR / Cas9-дезаминаза обеспечивает надежное базовое редактирование в Rhodobacter sphaeroides 2.4.1» . Фабрики микробных клеток . 19 (1): 93. DOI : 10,1186 / s12934-020-01345-ш . PMC 7183636 . PMID 32334589 .  
  20. Перейти ↑ Tao Y, Liu D, Yan X, Zhou Z, Lee JK, Yang C (2012). «Сетевая идентификация и количественная оценка потока метаболизма глюкозы в Rhodobacter sphaeroides в условиях фотогетеротрофного производства H2» . Журнал бактериологии . 194 (2): 274–283. DOI : 10.1128 / JB.05624-11 . PMC 3256653 . PMID 22056932 .  
  21. ↑ Ло И, Гэ М, Ван Б, Сун С, Ван Дж, Донг И, Си ДжДж (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. Перейти ↑ Lu W, Ye L, Xu H, Xe W, Gu J, Yu H (2013). «Повышенное производство коэнзима Q10 за счет саморегуляции сконструированного пути MEP в Rhodobacter sphaeroides ». Биотехнология и биоинженерия . 111 (4): 761–769. DOI : 10.1002 / bit.25130 . PMID 24122603 . S2CID 205503575 .  
  23. ^ Beekwilder Дж, ван Houwelingen А, Цанкар К, ван Дейк А.Д., де Йонг Р.М., STOOPEN G, Bouwmeester Н, Achkar Дж, Sonke Т, Bosch D (2013). «Валенсенсинтаза из сердцевины нутки обыкновенной (Callitropsis nootkatensis ) для биотехнологического производства валенсена» . BMC Systems Biology . 12 (2): 174–182. DOI : 10.1111 / pbi.12124 . PMID 24112147 . 
  24. ^ Орси Е, Beekwilder Дж, ван Гелдер Д, ван Houwelingen А, Eggink G, KenGen SW, Weusthuis Р.А. (2020). «Функциональная замена изопреноидных путей у Rhodobacter sphaeroides » . Микробная биотехнология . 13 (4): 1082–1093. DOI : 10.1111 / 1751-7915.13562 . PMC 7264872 . PMID 32207882 .  
  25. ^ Орси Е, Mougiakos я, сообщение W, J Beekwilder, Dompe М, Eggink G, ван - дер - Оост J, KenGen SW, Weusthuis RA (2020). «Рост-несвязанный синтез изопреноидов в Rhodobacter sphaeroides » . Биотехнология для биотоплива . 13 : 123. DOI : 10,1186 / s13068-020-01765-1 . PMC 7359475 . PMID 32684976 .  
  26. ^ Система ориентации Bacteriology Insight по Rhodobacter sphaeroides [ постоянная мертвая ссылка ]

Библиография [ править ]

  • Иномата Цуяко, Хигучи Масатака (1976), Включение трития в клеточные материалы Rhodpseudomonas spheroides из тритиевой воды в среде в аэробных условиях  ; Journal of Biochemistry 80 (3), p569-578, 1976-09.

Внешние ссылки [ править ]

  • Видеозаписи ван Р. sphaeroides
  • Типовой штамм Rhodobacter sphaeroides в Bac Dive - база метаданных по бактериальному разнообразию