Sulfolobus metallicus - термофильный архей кокковидной формы. [1] Это строгий хемолитоавтотроф, получающий энергию за счет окисления серы и сульфидных руд в серную кислоту. [1] Его типовой штамм - Kra 23 (DSM 6482). [1] Он имеет множество применений, в которых используется его способность расти на металлических средах в кислой и горячей среде.
Сульфолобус металлический | |
---|---|
Научная классификация | |
Домен: | |
Королевство: | |
Тип: | |
Класс: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | |
Разновидность: | S. metallicus |
Биномиальное имя | |
Сульфолобус металлический Хубер и Стеттер, 1992 г. |
Таксономия
Название «Metallicus» в переводе с латыни означает «шахтер». [1]
Использование биохимии и филогении было первоначально основным источником классификации , но последовательности 16S рРНК были выполнены на нем для выяснения филогении. [2] Sulfolobus sp. штамм 7r sp. ноя является близким родственником Sulfolobus metallicus с сопоставимыми филогенетическими свойствами . [2] И Sulfolobus metallicus, и Sulfolobus sp. штамм 7r sp. ноя сгруппированы в первую очередь на основании их термоацидофильной природы в пределах царства архей Crenarchaeota . [1]
История
Sulfolobus Metallicus был впервые выделен в 1991 году врачи Гертруда Huber и Карл О. Stetter из сольфатарных полей в Исландии . [1] Собранные образцы выращивали на среде с добавкой руды в кислых условиях при оптимальной температуре 65 ° C. [1] Археи обычно выращивали при оптимальной температуре 65 ° C на рудной среде. [1] После того, как было показано, что Sulfolobus metallicus способен окислять соединения серы, исследователи изучили его способность окислять уменьшенные выбросы серы. [3]
Метаболизм
Sulfolobus metallicus был выращен на средах с пониженным содержанием серы, и было протестировано производство серной кислоты. [1] Sulfolobus metallicus оказался строгим аэробным хемолитотрофом [4], поскольку он окисляет серу, содержащуюся в минералах, таких как пирит , халькопирит , элементарная сера и сфалерит, до серной кислоты . [1] Sulfolobus metallicus также может окислять железо (II) . [5]
Sulfolobus metallicus имеет уникальную НАДН-дегидрогеназу II типа без кластеров железо-сера, которая ковалентно связана с молекулой флавина . [4]
Генетика
Sulfolobus Metallicus «ы GC-содержание составляет около 38% мол. [1]
Гены белков
Хотя весь его геном не был секвенирован, кодирующие последовательности некоторых генов были секвенированы:
Гены карбоксилазы
В этом организме были обнаружены гены, кодирующие биотинкарбоксилазу , карбоксилтрансферазу и белок-носитель биотинкарбоксилазы . [6] Эти гены были обнаружены с помощью секвенирования по Сэнгеру . [6] Последовательности аминокислотных остатков всех трех белков, кодируемых этими генами, также были секвенированы с использованием микросеквенирования. [6] Биотинкарбоксилаза, карбоксилтрансфераза и белок-носитель биотинкарбоксила, вероятно, могут быть комплексом белков, которые помогают фиксировать углекислый газ для автотрофии . [6]
гены лисы
S. metallicus активирует гены, которые помогают ему расти в средах с более высокими концентрациями серы и железа. [7] Он имеет кластер генов, называемых генами лисы , которые кодируют мембранные белки, похожие на цитохром с оксидазу . [7] Ген, кодирующий сероксигеназу-редуктазу, был экспрессирован при выращивании архей на серной среде. [7] кДНК из лисы генов , которые были известны как в других окислительных серы клетки были использованы для проверки присутствия лисы генов в Sulfolobus Metallicus . [7]
Филогения
Последовательности ДНК 16S рРНК не всегда согласуются с филогенетическим анализом бактерий отряда Sofolobales. [2] Однако анализ 16S рРНК был проведен на членах Sulfolobales, чтобы составить филогенетическое дерево. [2] Ближайшим представителем является штамм Sulfolobus LM, имеющий 98,2% генома, кодирующего 16S рРНК. [2] Из Sulfolobales он меньше всего связан с Sulfolobus hakonensis с разницей в 15,7% в генах, кодирующих 16S рРНК. [2] S. metallicus на 87,7% похож на S. hakonensis , на 87,6% сходен с A. brierleyi , на 87,4% похож на M. sedula , на 87,5% похож на M. prunae , на 88,5% похож на A. ambivalens. и сходство с A. infernus на 88,8% . [2]
Физиология
Sulfolobus metallicus - археи кокковидной формы . [1] Его клеточная оболочка содержит S-слой , липиды изопранилового эфира и кальдариеллахинон. [1] Липиды защищают археи от кислой среды, в которой они живут, сохраняя при этом стабильность при высоких температурах. [8]
Он имеет высокий уровень полифосфатов . [9]
Использует
Биовыщелачивание
Это ключевой организм в биовыщелачивания из меди , кобальта , никеля и золота . [8] Методы биовыщелачивания могут использоваться для разделения сульфидов металлов на ионные металлы, которые могут быть собраны, и сероводород. [10] Для этого процесса требуются как кислотные протоны, так и окисленное железо (Fe 3+ ). [10] Sulfolobus metallicus , будучи ацидофилом, может не только противостоять кислым условиям, необходимым для биовыщелачивания, но также вырабатывает серную кислоту, которую можно использовать в процессе биовыщелачивания, и поддерживает необходимый уровень окисленного железа в процессе его метаболизма. [10] Биовыщелачивание при температурах, благоприятных для термофилов, таких как Sulfolobus metallicus , оказалось более эффективным, чем биовыщелачивание с помощью мезофилов . [11] Биовыщелачивание является добавкой к традиционным методам извлечения металлов, поскольку оно более рентабельно и представляет меньшую опасность для окружающей среды. [12]
Окисление серы
Sulfolobus metallicus потенциально может использоваться для удаления восстановленных соединений серы, таких как сероводород (H 2 S) , вблизи городских территорий, вызывающих неприятные запахи . [3] Многие отрасли промышленности имеют выбросы H 2 S, которые создают множество экологических проблем, а также имеют неприятный запах. S. metalllicus показал, что может окислять эти соединения и потенциально устранять многие из этих выбросов . [13] Многие из этих промышленных выбросов происходят при высоких температурах и низких концентрациях. [13] Sulfolobus metallicus имеет преимущество перед другими микробами для задачи окисления серы в том, что он является термофилом , поэтому его можно использовать для обработки восстановленной серы при промышленных температурах, которые другие окислители серы не могут выдержать. [3]
Фосфолипиды архей
Sulfolobus metallicus может быть использован для массового производства археальных фосфолипидов . [8] Эти липиды имеют многообещающее применение в доставке лекарств , действуя как липосомы , или они могут использоваться в качестве смазывающих веществ, но их синтез может быть дорогостоящим. [8] Sulfolobus metallicus потенциально может быть использован для обеспечения более дешевого способа синтеза этих липидов. [8] Если Sulfolobus metallicus используется в качестве биочистителя в промышленных масштабах, его объем увеличивается в тоннах в день. [8] Исследователи могут центрифугировать раствор и отделить липид, не мешая извлечению металла. [8]
Цинк-связывающие домены
Sulfolobus metallicus способен синтезировать две изоформы ферредоксина : FdA и FdB. [14] Третичная структура ферредоксина обычно стабилизируется электростатическим взаимодействием с ионами цинка (Zn 2+ ). [14] У S. metallicus FdA связывает ион цинка, а FdB - нет. [14] Таким образом, S. metallicus служит хорошей моделью для изучения того, как связывание цинка влияет на стабильность таких белков, как ферредоксин. [14]
Рост и толерантность
Sulfolobus metallicus может расти при температуре от 50 ° C до 75 ° C (что означает, что это гипертермофильные археи) в кислой среде с pH от 1,0 до 4,5. [1] Он может расти в 0–3% NaCl. [1]
Полифосфат
Sulfolobus metallicus может переносить до 200 мМ сульфата меди . [9] Он был использован в качестве модельного организма для изучения механизма транспорта металлов с использованием полифосфата, поскольку эта архея имеет более высокую способность накапливать полифосфат, чем другие археи Sulfolobus . [9] Предполагается, что накопление высоких уровней полифосфатов способствует механизму толерантности к этим ионам меди . [9] Исследователи поместили в этих архейах повышенную концентрацию металла и обнаружили, что активность экзополифосфатазы повышается по мере снижения уровня полифосфатов. [9] Это говорит о том, что Sulfolobus archaea может переносить металлы через полифосфатный механизм. [9]
Примечания и ссылки
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о Huber, Gertrud; Стеттер, Карл О. (1991). "Sulfolobus metallicus, sp. Nov., Новый строго хемолитоавтотрофный термофильный архейный вид металл-мобилизаторов" (PDF) . Систематическая и прикладная микробиология . 14 (4): 372–378. DOI : 10.1016 / S0723-2020 (11) 80312-7 . ISSN 0723-2020 .
- ^ Б с д е е г Судзуки, Тошихару; и другие. (2002). « Sulfolobus tokodaii sp. Nov. ( F. Sulfolobus sp. Штамм 7), новый представитель рода Sulfolobus, выделенный из горячих источников Беппу, Япония». Экстремофилы . 6 (1): 39–44. DOI : 10.1007 / s007920100221 . PMID 11878560 .
- ^ а б в Моралес М; Arancibia J; Lemus M; Silva J; и другие. (2011). «Биоокисление H2S Sulfolobus metallicus». Biotechnol Lett . 33 (11): 2141–5. DOI : 10.1007 / s10529-011-0689-2 . hdl : 10533/127951 . PMID 21744275 .
- ^ a b Бандейрас, Тьяго М. и др. «Дыхательная цепь термофильных архей Sulfolobus metallicus : исследования NADH-дегидрогеназы типа II». BBA - Биоэнергетика 1557.1-3 (2003): 13.
- ^ Ауэрник, Кэтрин С .; Маэзато, Юкари; Blum, Paul H .; Келли, Роберт М. (2008). «Последовательность генома мобилизующей металлы, чрезвычайно термоацидофильной Archaeon Metallosphaera sedula обеспечивает понимание метаболизма, связанного с биовыщелачиванием» . Прикладная и экологическая микробиология . 74 (3): 682–692. DOI : 10,1128 / aem.02019-07 . PMC 2227735 . PMID 18083856 .
- ^ а б в г Burton, N .; Уильямс, Т .; Норрис, П. (1999). «Гены карбоксилазы Sulfolobus metallicus ». Arch Microbiol . 172 (6): 349–353. DOI : 10.1007 / s002030050771 .
- ^ а б в г Купаться, S .; Норрис, PR (2007). «Гены, индуцированные железом и серой у Sulfolobus metallicus» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (8): 2491–2497. DOI : 10,1128 / AEM.02589-06 . ISSN 0099-2240 . PMC 1855616 . PMID 17322327 .
- ^ Б с д е е г Bode, Moira L .; и другие. (2008). «Данные экстракции, выделения и ЯМР тетраэфирного липида кальдитоглицерокальдархеола (GDNT) из Sulfolobus Metallicus, полученного из реактора биовыщелачивания». Химия и физика липидов . 154 (2): 94–104. DOI : 10.1016 / j.chemphyslip.2008.02.005 . PMID 18339312 .
- ^ а б в г д е Ремонсельес, Франсиско; Орелл, Альваро; Херес, Карлос А. (2006). «Медная толерантность термоацидофильных архей Sulfolobus metallicus : возможная роль в метаболизме полифосфатов» . Микробиология . 152 (Pt 1): 59–66. DOI : 10.1099 / mic.0.28241-0 . PMID 16385115 .
- ^ а б в Rodríguez, Y .; Ballester, A .; Blázquez, M .; González, F .; Муньос, Дж. (2003). «Новая информация о механизме биовыщелачивания халькопирита при низких и высоких температурах». Гидрометаллургия . 71 (1-2): 47-56. DOI : 10.1016 / s0304-386x (03) 00173-7 .
- ^ Ли, Алин; Хуан, Сунтао (2011). «Сравнение электрохимического механизма растворения халькопирита в отсутствие или в присутствии Sulfolobus Metallicus при 70 ° C». Минеральное машиностроение . 24 (13): 1520–1522. DOI : 10.1016 / j.mineng.2011.08.009 .
- ^ Xia, JL; Ян, Й .; Он, H .; Liang, CL; Чжао, XJ; Zheng, L .; Ma, CY; Чжао, Ю. Д.; Не, З.Ы .; Цю, GZ (2010). «Исследование состава серы при выщелачивании халькопирита умеренно термофильными сульфобациллами термосульфидооксидантами». Int. Дж. Майнер. Процесс . 94 (1–2): 52–57. DOI : 10.1016 / j.minpro.2009.11.005 .
- ^ а б Morales, M .; и другие. «Биоокисление H2S Sulfolobus metallicus ». Biotechnol Lett . 2011 : 2141–2145.
- ^ а б в г Роча, Рита; и другие. (2006). «Дизайн естественного домена: повышенная термическая стабильность изоформы ферредоксина, не содержащей цинка, показывает, что гидрофобное ядро эффективно заменяет структурный металлический участок». Биохимия . 45 (34): 10376–10384. DOI : 10.1021 / bi0610698 . PMID 16922514 .
дальнейшее чтение
- Astudillo, C .; Асеведо, Ф. (2008). «Адаптация Sulfolobus metallicus к высокой плотности пульпы при биоокислении флотационного золотого концентрата». Гидрометаллургия . 92 (1-2): 11-15. DOI : 10.1016 / j.hydromet.2008.02.003 . hdl : 10533/139519 . ISSN 0304-386X .
Внешние ссылки
- "Sulfolobus metallicus" в Энциклопедии жизни
- LPSN
- Типовой штамм Sulfolobus metallicus в Bac Dive - база метаданных по бактериальному разнообразию