Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Sulfolobus islandicus )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сульфолобус
RT8-4.jpg
Электронная микрофотография Sulfolobus, инфицированного вирусом Sulfolobus STSV1 . Бар = 1 мкм.
Научная классификация
Домен:
Архей
Королевство:
Crenarchaeota
Тип:
Crenarchaeota
Учебный класс:
Термопротеи
Заказ:
Сульфолобалес
Семья:
Sulfolobaceae
Род:
Сульфолобус

Брок, Брок, Белли и Вайс, 1972 год.
Разновидность

Sulfolobus является родом из микроорганизма в семье Sulfolobaceae . Он принадлежит квладениям архей . [1]

Виды Sulfolobus растут в вулканических источниках с оптимальным ростом при pH 2-3 и температурах 75-80 ° C, что делает их ацидофилами и термофилами соответственно. Клетки Sulfolobus имеют неправильную форму и жгутиковые .

Виды Sulfolobus обычно названы в честь места, из которого они были впервые изолированы, например, Sulfolobus solfataricus был впервые изолирован в вулкане Сольфатара . Другие виды можно найти по всему миру в районах вулканической или геотермальной активности, таких как геологические образования, называемые грязевыми котлами , которые также известны как сольфатар (множественное число от сольфатара).

Сульфолобус как модель для изучения молекулярных механизмов репликации ДНК [ править ]

Когда первый геном архей, Methanococcus jannaschii , был полностью секвенирован в 1996 году, было обнаружено, что гены в геноме Methanococcus jannaschii, участвующие в репликации, транскрипции и трансляции ДНК, больше связаны с их аналогами у эукариот, чем с генами других прокариоты. В 2001 году была опубликована первая последовательность генома Sulfolobus , Sulfolobus solfataricus P2. В геноме P2 гены, связанные с репликацией хромосом, также оказались более близкими к генам эукариот. Эти гены включают ДНК-полимеразу, примазу (включая две субъединицы), MCM, CDC6 / ORC1, RPA, RPC и PCNA . В 2004 году происхождение репликации ДНКБыли идентифицированы Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius . Это показало, что оба вида содержат в своем геноме два происхождения. Это был первый случай, когда в прокариотической клетке использовалось более одного ориджина репликации ДНК. Механизм репликации ДНК у архей эволюционно консервативен и подобен таковому у эукариот. Sulfolobus теперь используется в качестве модели для изучения молекулярных механизмов репликации ДНК у архей. А поскольку система репликации ДНК у архей намного проще, чем у эукариот, было высказано предположение, что археи можно использовать в качестве модели для изучения гораздо более сложной репликации ДНК у эукариот.

Роль в биотехнологии [ править ]

Белки Sulfolobus представляют интерес для биотехнологии и промышленного использования из-за их термостабильной природы. Одно из приложений - создание искусственных производных белков S. acidocaldarius , названных аффитинами . Однако внутриклеточные белки не обязательно стабильны при низком pH, поскольку виды Sulfolobus поддерживают значительный градиент pH через внешнюю мембрану. Sulfolobales метаболически зависит от серы: гетеротрофной или автотрофного , их энергия поступает от окисления в серу и / или клеточного дыханияв котором сера действует как конечный акцептор электронов. Например, известно , что S. tokodaii окисляет сероводород до сульфата внутриклеточно.

Статус генома [ править ]

Полные геномы были секвенированы для S. acidocaldarius DSM 639 (2,225,959 нуклеотидов ), [2] S. solfataricus P2 (2,992,245 нуклеотидов), [3] и S. tokodaii str. 7 (2 694 756 нуклеотидов). [4]

Структура генома [ править ]

У археи Sulfolobus solfataricus круговая хромосома состоит из 2 992 245 п.н. Другой секвенированный вид, S. tokodaii, также имеет круговую хромосому, но немного меньше - 2 694 756 п.н. У обоих видов отсутствуют гены ftsZ и minD, что характерно для секвенированных Crenarchaeota. Они также кодируют цитрат-синтазу и две субъединицы 2-оксокислоты: ферредоксин оксидоредуктазу, которая играет ту же роль, что и альфа-кетоглутаратдегидрогеназа в цикле TCA (трикарбоновая кислота / Кребса / лимонная кислота). Это указывает на то, что Sulfolobusимеет систему цикла TCA, подобную той, что обнаружена в митохондриях эукариот. Другие гены дыхательной цепи, которые участвуют в производстве АТФ, не были похожи на гены, обнаруженные у эукариот. Цитохром c является одним из таких примеров, который играет важную роль в переносе электронов к кислороду у эукариот. Это также было обнаружено у A. pernix K1. Поскольку этот этап важен для аэробного микроорганизма, такого как Sulfolobus , он, вероятно, использует другую молекулу для той же функции или имеет другой путь.

Строение клетки и метаболизм [ править ]

Sulfolobus может расти либо литоавтотрофно, окисляя серу, либо хемогетеротрофно, используя серу для окисления простых соединений восстановленного углерода. Однако гетеротрофный рост наблюдается только в присутствии кислорода. Основные метаболические пути - это гликолитический путь, пентозофосфатный путь и цикл TCA.

У всех архей есть липиды с эфирными связями между головной группой и боковыми цепями, что делает липиды более устойчивыми к нагреванию и кислотности, чем липиды, связанные сложным эфиром бактерий и эукариот. Сульфолобалы известны необычными тетраэфирными липидами. У Sulfolobales липиды, связанные с эфиром, ковалентно связаны через «бислой», образуя тетраэфиры. Таким образом, технически тетраэфиры образуют монослой, а не бислой. Тетраэфиры помогают видам Sulfolobus выдерживать экстремальные воздействия кислоты и высоких температур.

Экология [ править ]

S. solfataricus был обнаружен в различных областях, включая Йеллоустонский национальный парк , гору Сент-Хеленс , Исландию , Италию и Россию , и это лишь некоторые из них. Sulfolobus находится почти везде, где наблюдается вулканическая активность . Они процветают в средах с температурой около 80 ° C, pH около 3 и присутствием серы. Другой вид, S. tokodaii , был обнаружен в кислотных источниках в горячих источниках Беппу , Кюсю , Япония.. В отложениях от ~ 90 м ниже морского дна на континентальной окраине Перу преобладают нетронутые архейские тетраэфиры, а значительная часть сообщества - это осадочные археи, таксономически связанные с кренархеями Sulfolobales (Sturt, et al. , 2004).

Реакция на повреждение ДНК [ править ]

Воздействие на Sulfolobus solfataricus или Sulfolobus acidocaldarius повреждающих ДНК агентов УФ-облучение, блеомицин или митомицин C вызывает агрегацию клеток. [5] [6] Другие факторы физического стресса, такие как изменение pH или температуры, не вызывают агрегации, что позволяет предположить, что индукция агрегации вызвана именно повреждением ДНК. [6] Аджон и др. [5] показали, что УФ-индуцированная агрегация клеток опосредует обмен хромосомными маркерами с высокой частотой у S. acidocaldarius . Скорость рекомбинации превышала таковую в неиндуцированных культурах до трех порядков. Wood et al. [7]также показали, что УФ-облучение увеличивает частоту рекомбинации из-за генетического обмена у S. acidocaldarius . Frols et al. [6] [8] и Ajon et al. [5] предположили, что процесс переноса ДНК, индуцируемый УФ излучением, и последующая гомологичная рекомбинационная репарация представляют собой важный механизм для поддержания целостности хромосом у S. acidocaldarius и S. solfataricus . Этот ответ может быть примитивной формой сексуального взаимодействия, подобной более хорошо изученной бактериальной трансформации, которая также связана с переносом ДНК между клетками, приводящим к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК. [9] [10]

В взлетах оперона [ править ]

В взлетах оперона из Sulfolobus видов сильно индуцированный УФ - облучением . Фимбрии , кодируемые этим оперон используется в развитии клеточной агрегации, которая необходима для последующего обмена ДНК между клетками, что приводит к гомологичной рекомбинации . Исследование оперона ups Sulfolobales acidocaldarius показало, что один из генов оперона, saci-1497 , кодирует эндонуклеазу III, которая расщепляет поврежденную УФ излучением ДНК; а другой ген оперона, saci-1500 , кодирует RecQ-подобную геликазу, которая способна раскручивать гомологичную рекомбинацию.промежуточные звенья, такие как перекрестки Холлидея . [11] Было высказано предположение, что Saci-1497 и Saci-1500 действуют в рамках механизма репарации ДНК на основе гомологичной рекомбинации, который использует перенесенную ДНК в качестве матрицы. [11] Таким образом, считается, что система ups в сочетании с гомологичной рекомбинацией обеспечивает ответ на повреждение ДНК, который спасает Sulfolobales от угроз повреждения ДНК. [11]

Sulfolobus как вирусный хозяин [ править ]

Лизогенные вирусы заражают Sulfolobus для защиты. Вирусы не могут выжить в чрезвычайно кислых и жарких условиях, в которых живет Sulfolobus , поэтому вирусы используют Sulfolobus.как защита от суровых погодных условий. Эта связь позволяет вирусу размножаться внутри архей, не разрушаясь окружающей средой. Вирусы Sulfolobus относятся к умеренным или постоянным лизогенам. Постоянные лизогены отличаются от лизогенных бактериофагов тем, что клетки-хозяева не лизируются после индукции продукции Fuselloviridae и в конечном итоге возвращаются в лизогенное состояние. Они также уникальны в том смысле, что гены, кодирующие структурные белки вируса, постоянно транскрибируются, и, по-видимому, индуцируется репликация ДНК. Вирусы, заражающие архей, такие как Sulfolobus, должны использовать стратегию, чтобы избежать длительного прямого воздействия того типа среды, в которой живет их хозяин, что может объяснить некоторые из их уникальных свойств.

См. Также [ править ]

  • Трансформация (генетика)
  • Эволюция полового размножения

Ссылки [ править ]

  1. ^ См. Веб-страницу NCBI на Sulfolobus . Данные извлечены из "ресурсов таксономии NCBI" . Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 19 марта 2007 .
  2. ^ Чен, L; Брюггер, К; Сковгаард, М; Реддер, П; Она, Q; Torarinsson, E; Греве, B; Awayez, M; Зибат, А; Кленк, HP; Гарретт, РА (июль 2005 г.). «Геном Sulfolobus acidocaldarius, модельного организма Crenarchaeota» . Журнал бактериологии . 187 (14): 4992–9. DOI : 10.1128 / JB.187.14.4992-4999.2005 . PMC 1169522 . PMID 15995215 .  
  3. ^ Она, Q; Сингх, РК; Confalonieri, F; Zivanovic, Y; Allard, G; Awayez, MJ; Чан-Вейхер, CC; Clausen, IG; Curtis, BA; Де Моорс, А; Erauso, G; Флетчер, К; Гордон, премьер-министр; Хейкамп-де Йонг, я; Джеффрис, AC; Козера, CJ; Медина, N; Пэн, X; Ти-Нгок, HP; Реддер, П; Schenk, ME; Терио, С; Толструп, Н; Шарлебуа, Р.Л .; Дулиттл, ВФ; Дюге, М; Gaasterland, T; Гарретт, РА; Раган, Массачусетс; Sensen, CW; Ван дер Ост, Дж. (3 июля 2001 г.). «Полный геном кренархея Sulfolobus solfataricus P2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (14): 7835–40. DOI : 10.1073 / pnas.141222098 . PMC 35428 . PMID 11427726  .
  4. ^ Каварабаяси, Y; Хино, Y; Хорикава, H; Джин-но, К; Такахаши, М; Секин, М; Баба, S; Анкай, А; Kosugi, H; Хосояма, А; Фукуи, S; Нагаи, Й; Нисидзима, К; Otsuka, R; Накадзава, Н; Такамия, М; Като, Y; Yoshizawa, T; Танака, Т; Kudoh, Y; Ямазаки, Дж; Kushida, N; Огучи, А; Аоки, К; Масуда, S; Янагий, М; Нисимура, М; Ямагиши, А; Осима, Т; Кикучи, H (31 августа 2001 г.). «Полная последовательность генома аэробного термоацидофильного кренархея, штамм Sulfolobus tokodaii7» . Исследования ДНК . 8 (4): 123–40. DOI : 10.1093 / dnares / 8.4.123 . PMID 11572479 . 
  5. ^ а б в Аджон М; Fröls S; van Wolferen M; и другие. (Ноябрь 2011 г.). «УФ-индуцируемый обмен ДНК в гипертермофильных архее, опосредованный пилями IV типа» (PDF) . Мол. Microbiol . 82 (4): 807–17. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2011.07861.x . PMID 21999488 .  
  6. ^ a b c Fröls S; Ajon M; Вагнер М; и другие. (Ноябрь 2008 г.). «Индуцируемая УФ-излучением клеточная агрегация гипертермофильной археи Sulfolobus solfataricus опосредуется образованием пилей» (PDF) . Мол. Microbiol . 70 (4): 938–52. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2008.06459.x . PMID 18990182 .  
  7. ^ Wood ER; Ghané F; Grogan DW (сентябрь 1997 г.). «Генетические ответы термофильных архей Sulfolobus acidocaldarius на коротковолновый УФ-свет» . J. Bacteriol . 179 (18): 5693–8. DOI : 10.1128 / jb.179.18.5693-5698.1997 . PMC 179455 . PMID 9294423 .  
  8. ^ Fröls S; Белый MF; Шлепер C (февраль 2009 г.). «Реакции на УФ-повреждение у модельного архея Sulfolobus solfataricus». Биохим. Soc. Пер . 37 (Pt 1): 36–41. DOI : 10.1042 / BST0370036 . PMID 19143598 . 
  9. ^ Брутто J; Бхаттачарья Д. (2010). «Объединение пола и происхождения эукариот в развивающемся кислородном мире» . Биол. Прямой . 5 : 53. DOI : 10.1186 / 1745-6150-5-53 . PMC 2933680 . PMID 20731852 .  
  10. ^ Бернштейн, H; Бернштейн, С (2010). «Эволюционное происхождение рекомбинации во время мейоза». Биология . 60 (7): 498–505. DOI : 10.1525 / bio.2010.60.7.5 .
  11. ^ a b c ван Вольферен М, Ма X, Альберс С.В. (2015). "Белки процессинга ДНК, участвующие в УФ-индуцированной стрессовой реакции Sulfolobales" . J. Bacteriol . 197 (18): 2941–51. DOI : 10.1128 / JB.00344-15 . PMC 4542170 . PMID 26148716 .  
  • Мэдиган М; Мартинко Дж, ред. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-144329-7.

Дальнейшее чтение [ править ]

Научные журналы [ править ]

  • 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 .
  • Брок ТД ; Брок К.М.; Живот RT; Вайс Р.Л. (1972). «Sulfolobus: новый род сероокисляющих бактерий, живущих при низких значениях pH и высоких температурах». Arch. Микробиол . 84 (1): 54–68. DOI : 10.1007 / BF00408082 . PMID  4559703 .

Научные книги [ править ]

  • Стеттер, К.О. (1989). «Порядок III. Sulfolobales ord. Nov. Семейство Sulfolobaceae fam. Nov.». В JT Staley; Депутат Брайант; Н. Пфенниг; Дж. Г. Холт (ред.). Руководство Берджи по систематической бактериологии . 3 (1-е изд.). Балтимор: Williams & Wilkins Co., стр. 169.

Научные базы данных [ править ]

  • Ссылки PubMed на Sulfolobus
  • Ссылки PubMed Central на Sulfolobus
  • Ссылки Google Scholar для Sulfolobus

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница таксономии NCBI для Sulfolobus
  • Поиск по страницам таксономии "Древо жизни" для Sulfolobus
  • Страница поиска видов2000 для Sulfolobus
  • Страница MicrobeWiki для Sulfolobus
  • Страница LPSN для Sulfolobus
  • Сравнительный анализ геномов Sulfolobus (в системе IMG Министерства энергетики )
  • Проекты генома Sulfolobus (из базы данных Genomes OnLine )