Rhodopseudomonas болотный является палочковидным , гры-отрицательной фиолетовым несерных бактерией , примечателен своей способности переключаться между четырьмя различными режимами обмена. [2]
Rhodopseudomonas palustris | |
---|---|
Научная классификация | |
Домен: | |
Тип: | |
Класс: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | |
Разновидность: | R. palustris |
Биномиальное имя | |
Rhodopseudomonas palustris (Молиш 1907) ван Ниль 1944 | |
Синонимы [1] | |
|
R. palustris широко встречается в природе и был изолирован из лагун свиней, помета дождевых червей, морских прибрежных отложений и воды прудов. Хотя пурпурные несерные бактерии обычно фотогетеротрофны , R. palustris может гибко переключаться между любым из четырех режимов метаболизма, поддерживающих жизнь: фотоавтотрофным , фотогетеротрофным , химиоавтотрофным или хемогетеротрофным . [2]
Этимология
R. palustris обычно встречается в виде комка слизистых масс, а культуры имеют цвет от бледно-коричневого до персикового. Этимологический rhodum греческого существительного означает роза, pseudes греческого прилагательное , неверно, и Monas относится к блоку на греческом языке. Таким образом, Rhodopseudomonas , что означает единицу ложной розы, описывает внешний вид бактерий. Palustris в переводе с латыни означает болото и указывает на обычную среду обитания бактерии. [3]
Режимы обмена веществ
R. palustris может расти с кислородом или без него , а также может использовать легкие, неорганические или органические соединения для получения энергии. Он также может поглощать углерод в результате связывания углекислого газа или соединений, полученных из зеленых растений. Наконец, R. palustris также способен фиксировать азот для роста. Эта метаболическая универсальность вызвала интерес в исследовательском сообществе и делает эту бактерию пригодной для потенциального использования в биотехнологических приложениях.
В настоящее время предпринимаются попытки понять, как этот организм регулирует свой метаболизм в ответ на изменения окружающей среды. Полный геном штамма Rhodopseudomonas palustris CGA009 был секвенирован в 2004 году (см. Список секвенированных бактериальных геномов ), чтобы получить больше информации о том, как бактерия чувствует изменения окружающей среды и регулирует свои метаболические пути. R. palustris может ловко поглощать и перерабатывать различные компоненты из окружающей среды, если этого требуют колебания уровней углерода, азота, кислорода и света.
R. palustris имеет гены, кодирующие белки, составляющие светособирающие комплексы (LHC) и центры фотосинтетических реакций. БАК и центры реакции фотосинтеза обычно обнаруживаются в фотосинтезирующих организмах, таких как зеленые растения. Более того, R. palustris может модулировать фотосинтез в зависимости от количества доступного света, как и другие пурпурные бактерии. Например, в условиях низкой освещенности он реагирует увеличением уровня этих LHC, которые позволяют поглощать свет. Длины волн света, поглощаемого R. palustris, отличаются от длин волн, поглощаемых другими фототрофами.
R. palustris также имеет гены, которые кодируют белок ruBisCO , фермент, необходимый для фиксации углекислого газа в растениях и других фотосинтезирующих организмах. Геном CGA009 также показывает существование белков, участвующих в азотфиксации (см. Диазотроф ).
Кроме того, эта бактерия может сочетать чувствительные к кислороду и требующие кислорода процессы ферментативных реакций для метаболизма, таким образом, она может процветать при различных и даже очень низких уровнях кислорода.
Коммерческие приложения
Биоразложение
Геном R. palustris состоит из множества генов, ответственных за биодеградацию. Он может метаболизировать лигнин и кислоты, содержащиеся в разлагающихся отходах растений и животных, путем метаболизма углекислого газа. Кроме того, он может разрушать ароматические соединения, содержащиеся в промышленных отходах. Эта бактерия является эффективным катализатором биоразложения как в аэробной, так и в анаэробной среде. [ необходима цитата ]
Производство водорода
Фиолетовые фототрофные бактерии вызывают интерес благодаря их биотехнологическим применениям. Эти бактерии можно использовать для синтеза биопластов и производства водорода . R. palustris обладает уникальной характеристикой кодирования ванадийсодержащей нитрогеназы . В качестве побочного продукта азотфиксации он производит в три раза больше водорода, чем молибденсодержащие нитрогеназы других бактерий. [2] Потенциал манипулирования R. palustris с целью использования в качестве надежного источника производства водорода или для биодеградации по-прежнему не имеет подробных сведений о его метаболических путях и механизмах регуляции.
Производство электроэнергии
R. palustris DX-1
Штамм R. palustris (DX-1) является одним из немногих микроорганизмов и первых Alphaproteobacteria, которые, как было обнаружено, вырабатывают электричество с высокой плотностью мощности в микробных топливных элементах (MFC) с низким внутренним сопротивлением . [4] DX-1 производит электрический ток в MFC в отсутствие катализатора, без образования света или водорода. Этот штамм является экзоэлектрогенным , что означает, что он может переносить электроны за пределы клетки. Другие микроорганизмы, выделенные из MFC, не могут производить более высокую плотность энергии, чем смешанные культуры микробов могут в тех же условиях топливных элементов, но R. palustris DX-1 может производить значительно более высокие плотности энергии.
Этот вид Rhodopseudomonas широко встречается в сточных водах, а DX-1 вырабатывает электричество, используя соединения, которые, как известно , разлагаются Rhodopseudomonas . Таким образом, эту технологию можно использовать для производства биоэлектричества из биомассы и для очистки сточных вод. Однако энергии, генерируемой в результате этого процесса, в настоящее время недостаточно для крупномасштабной очистки сточных вод. [5]
Rhodopseudomonas palustris TIE-1
Исследование 2014 года объяснило клеточные процессы, которые позволяют штамму R. palustris TIE-1 получать энергию за счет внеклеточного переноса электронов . [6] TIE-1, как ни странно, принимает электроны из материалов, богатых железом, серой и другими минералами, обнаруженными в отложениях под поверхностью. В необычной стратегии, когда микробы отталкивают электроны от железа, оксид железа кристаллизуется в почве, в конечном итоге становится проводящим и способствует TIE-1 в окислении других минералов.
Затем TIE-1 преобразует эти электроны в энергию, используя углекислый газ в качестве рецептора электронов. Ген, вырабатывающий ruBisCo, помогает этому штамму R. palustris генерировать энергию с помощью электронов. TIE-1 использует ruBisCo для преобразования углекислого газа в пищу для себя. Этот метаболизм имеет фототрофные аспекты, поскольку ген и способность поглощать электроны стимулируются солнечным светом. Таким образом, R. palustris TIE-1 заряжается, используя минералы, находящиеся глубоко в почве, а свет, оставаясь на самой поверхности, использует свет. Способность TIE-1 использовать электричество может быть использована для производства батарей, но его эффективность в качестве источника топлива остается под вопросом, но он может найти применение в фармацевтической промышленности.
Рекомендации
- ^ Хираиши, А .; Сантос, Т.С.; Sugiyama, J .; Комагата, К. (1992). «Rhodopseudomonas rutila - более поздний субъективный синоним Rhodopseudomonas palustris» . Международный журнал систематической бактериологии . 42 : 186–188. DOI : 10.1099 / 00207713-42-1-186 .
- ^ а б в Лаример, FW; Цепь, П; Хаузер, L; Ламердин, Дж; Малфатти, S; Do, L; Земля, ML; Пеллетье, Д.А. Битти, Джей Ти; Lang, AS; Табита, Франция; Гибсон, JL; Hanson, TE; Bobst, C; Торрес, JL; Перес, К; Харрисон, FH; Гибсон, Дж; Харвуд, CS (2004). «Полная последовательность генома метаболически разносторонней фотосинтетической бактерии Rhodopseudomonas palustris » . Природа Биотехнологии . 22 (1): 55–61. DOI : 10.1038 / nbt923 . PMID 14704707 .
- ^ Арчибальд Уильям Смит «Справочник садовника по названиям растений: их значения и происхождение» , стр. 258, в Google Книгах
- ^ Син, Д; Zuo, Y; Ченг, Шаоань; Риган, Джон М .; Логан, Брюс Э. (2008). «Производство электроэнергии Rhodopseudomonas palustris DX-1». Наука об окружающей среде и технологии . 42 (11): 4146–4151. Bibcode : 2008EnST ... 42.4146X . DOI : 10.1021 / es800312v . PMID 18589979 .
- ^ Брюки, D; Ван Богерт, G; Дильс, L; Ванброеховен, К (2010). «Обзор субстратов, используемых в микробных топливных элементах (MFC) для устойчивого производства энергии». Биоресурсные технологии . 101 (6): 1533–1543. DOI : 10.1016 / j.biortech.2009.10.017 . PMID 19892549 .
- ^ Bose, A .; Gardel, EJ; Vidoudez, C .; Парра, EA; Girguis, PR (2014). «Поглощение электронов фототрофными бактериями, окисляющими железо» . Nature Communications . 5 : 3391. Bibcode : 2014NatCo ... 5.3391B . DOI : 10.1038 / ncomms4391 . PMID 24569675 .
Внешние ссылки
- MicrobeWiki | Rhodopseudomonas
- ScienceDaily | «Исследователи описывают микроб, который« ест »электричество»