В систематике , Thermococcus является род из термофильных архей в семье Thermococcaceae . [1]
Термококк | |
---|---|
Научная классификация | |
Домен: | |
Королевство: | |
Тип: | |
Класс: | |
Заказ: | |
Семья: | |
Род: | Термококк |
Разновидность | |
|
Члены рода Thermococcus обычно представляют собой кокковидные виды неправильной формы, размер которых колеблется от 0,6 до 2,0 мкм в диаметре. [2] Некоторые виды Thermococcus неподвижны, а некоторые обладают подвижностью , используя жгутики в качестве основного способа передвижения. [ необходима цитата ] Эти жгутики обычно существуют на определенном полюсе организма. [ необходима цитата ] Это движение было замечено при комнатной температуре или при высоких температурах, в зависимости от конкретного организма. [3] У некоторых видов эти микроорганизмы могут агрегироваться и образовывать бело-серые бляшки. [4] Виды под Thermococcus обычно процветают при температуре от 60 до 105 ° C [5] либо в присутствии черных курильщиков (гидротермальные источники), либо в пресноводных источниках. [6] Виды этого рода являются строго анаэробами [7] [8] и термофильны, [2] [7] найдены на различных глубинах, например, в гидротермальных жерлах на глубине 2500 м ниже поверхности океана [9], но также и в сантиметрах. ниже поверхности воды в геотермальных источниках. [10] Эти организмы процветают при уровне pH 5,6-7,9. [11] Представители этого рода были обнаружены во многих системах гидротермальных источников в мире, в том числе от Японских морей [12] до побережья Калифорнии. [13] Хлорид натрия обычно присутствует в этих местах в концентрации 1–3% [8], но не является необходимым субстратом для этих организмов, [14] [15] как одно исследование показало, что члены Thermococcus живут в пресной горячей воде. системы в Новой Зеландии, [6] но они действительно требуют низкой концентрации ионов лития для роста. [16] Члены Thermococcus описаны как гетеротрофные, хемотрофные [2] [17] [18] и органотрофные сульфаногены; с использованием источников элементарной серы и углерода, включая аминокислоты, углеводы и органические кислоты, такие как пируват. [17] [18] [19]
Метаболизм
Метаболически Thermococcus spp. у эукариот и прокариот развилась другая форма гликолиза. [20] [5] Одним из примеров метаболического пути этих организмов является метаболизм пептидов [20], который происходит в три этапа: сначала гидролиз пептидов до аминокислот катализируется пептидазами, [5] затем превращение превращение аминокислот в кетокислоты катализируется аминотрансферазами, [20] и, наконец, CO 2 высвобождается в результате окислительного декарбоксилирования или кетокислоты четырьмя различными ферментами [5], которые производят производные кофермента A, которые используются в других важных метаболических путях . [5] Виды Thermococcus также имеют фермент rubisco (рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилаза / оксигеназа) [21], который производится из ферментов, участвующих в метаболизме нуклеиновых кислот у Thermococcus kodakarensis , [5] [20] [21 ] ] показывает, насколько эти метаболические системы действительно интегрированы для этих гипертермофильных микроорганизмов. [21] Некоторые питательные вещества ограничивают в Thermococcus роста клеток. [21] Питательные вещества, которые больше всего влияют на рост клеток у видов термококков, - это источники углерода и азота. [21] Поскольку виды термококков метаболически не генерируют все необходимые аминокислоты, некоторые из них должны поступать в среду, в которой эти организмы процветают. Некоторые из этих необходимых аминокислот - лейцин, изолейцин и валин (аминокислоты с разветвленной цепью). [21] Когда виды Thermococcus дополняются этими аминокислотами, они могут метаболизировать их и производить ацетил-КоА или сукцинил-КоА, [21] которые являются важными предшественниками, используемыми в других метаболических путях, необходимых для роста и дыхания клеток. [21] Thermococcus onnurineus не имеет генов для биосинтеза пуриновых нуклеотидов и, таким образом, полагается на источники окружающей среды для удовлетворения своих потребностей в пуринах. [22] Благодаря современным технологиям, членов Thermococcus относительно легко выращивать в лабораториях [23], и поэтому они считаются модельными организмами для изучения физиологических и молекулярных путей развития экстремофилов. [24] [25] Thermococcus kodakarensis является одним из примеров модельного вида Thermococcus , микроорганизма, у которого был исследован и воспроизведен весь свой геном. [25] [26] [27]
Экология
Виды термококков могут расти при температуре от 60 до 80 ° C, что дает им большое экологическое преимущество - быть первыми организмами, колонизирующими новые гидротермальные среды. [5] [28] [29] Некоторые виды термококков производят CO 2 , H 2 и H 2 S в качестве продуктов метаболизма и дыхания. [25] Выбросы этих молекул затем используются другими автотрофными видами, способствуя разнообразию гидротермальных микробных сообществ. [5] Этот тип непрерывного обогащения культуры играет решающую роль в экологии глубоководных гидротермальных источников [30], предполагая, что термококки взаимодействуют с другими организмами посредством обмена метаболитов, что поддерживает рост автотрофов. [5] Виды термококков, которые выделяют H 2 с использованием нескольких гидрогеназ (включая CO-зависимые гидрогеназы), рассматриваются как потенциальные биокатализаторы для реакций конверсии водяного газа. [31]
Транспортные механизмы
Виды Thermococcus от природы способны поглощать ДНК и включать донорскую ДНК в свои геномы посредством гомологичной рекомбинации. [32] Эти виды могут продуцировать мембранные везикулы (MV), [32] образованные почкованием от самых внешних клеточных мембран, [32] [33] которые могут захватывать и получать плазмиды от соседних видов архей для переноса ДНК либо в себя, либо в окружающую разновидность. [32] Эти МВ секретируются из клеток в кластеры, образуя наносферы или нанотрубки, [33] поддерживая непрерывность внутренних мембран. [32] Компетенция по переносу ДНК и интеграции донорской ДНК в геном реципиента путем гомологичной рекомбинации обычна для архей и, по-видимому, является адаптацией для восстановления повреждений ДНК в клетках-реципиентах (см. Подраздел «Перенос генов и генетический обмен» архей ). . Виды
Thermococcus продуцируют многочисленные MV, переносящие ДНК, метаболиты и даже токсины у некоторых видов; [33] кроме того, эти МВ защищают свое содержимое от термодеструкции путем переноса этих макромолекул в защищенную среду. [32] [33] MV также предотвращают инфекции, улавливая вирусные частицы. [33] Наряду с транспортировкой макромолекул, виды Thermococcus используют MV для связи друг с другом. [32] Кроме того, эти МВ используются определенными видами ( Thermococcus coalescens ), чтобы указать, когда должна произойти агрегация, [32] поэтому эти типично одноклеточные микроорганизмы могут сливаться в одну массивную одиночную клетку. [32]
Сообщалось, что Thermococcus kodakarensis имеет четыре вирусоподобных интегрированных генных элемента, содержащих субтилизиноподобные предшественники сериновых протеаз. [34] На сегодняшний день из Thermococcus spp. Выделено только два вируса , PAVE1 и TPV1. [34] Эти вирусы существуют на своих хозяевах в состоянии носителя. [34]
Процесс репликации и удлинения ДНК широко изучался у T. kodakarensis . [34] Молекула ДНК представляет собой кольцевую структуру, состоящую примерно из 2 миллионов пар оснований в длину и более 2000 последовательностей, кодирующих белки. [34]
Технологии будущего
Было обнаружено, что фермент из Thermococcus , ДНК-полимераза Tpa-S, более эффективен в длительной и быстрой ПЦР, чем Taq-полимераза. [35] Tk-SP, другой фермент T. kodakarensis , [35] [36] может разрушать аномальные прионные белки (PrPSc); [35] прионы представляют собой неправильно свернутые белки, которые могут вызывать смертельные заболевания у всех организмов. [35] Tk-SP демонстрирует широкую субстратную специфичность и экспоненциально разлагает прионы в лабораторных условиях. [35] Для сворачивания этого фермента не требуется кальций или какой-либо другой субстрат, поэтому в исследованиях он демонстрирует большой потенциал. [35] Были скоординированы дополнительные исследования фермента фосфосеринфосфатазы (PSP) T. onnurineus , который является важным компонентом регуляции активности PSP. [36] Эта информация полезна для фармацевтических компаний, поскольку аномальная активность PSP приводит к значительному снижению уровня серина в нервной системе, вызывая неврологические заболевания и осложнения. [36]
Thermococcus spp. могут повысить эффективность добычи золота до 95% благодаря своим особенностям биовыщелачивания. [37]
Рекомендации
- ^ См. Веб-страницу NCBI о Thermococcus . Данные извлечены из "ресурсов таксономии NCBI" . Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 19 марта 2007 .
- ^ а б в Канганелла Ф., Джонс В. Дж., Гамбакорта А., Антраникян Г. (октябрь 1998 г.). «Thermococcus guaymasensis sp. Nov. И Thermococcus aggregans sp. Nov., Две новые термофильные археи, изолированные из гидротермального источника в бассейне Гуаймас» . Международный журнал систематической бактериологии . 48 Pt 4 (4): 1181–5. DOI : 10.1099 / 00207713-48-4-1181 . PMID 9828419 .
- ^ Тагашира К., Фукуда В., Мацубара М., Канаи Т., Атоми Х., Иманака Т. (январь 2013 г.). «Генетические исследования вирусоподобных областей в геноме гипертермофильных архей, Thermococcus kodakarensis». Экстремофилы . 17 (1): 153–60. DOI : 10.1007 / s00792-012-0504-6 . PMID 23224520 .
- ^ Тэ Ян Юнг, Ю.-SK, Byoung-Ха О, и Euijeon Woo (2012). «Идентификация нового сайта связывания лиганда в фосфосерин фосфатазе из гипертермофильных архей Thermococcus onnurineus ». Wiley Periodicals: 11.
- ^ Б с д е е г ч I Чжан Ю., Чжао З., Чен К.Т., Тан К., Су Дж., Цзяо Н. (2012). «Микробы, метаболизирующие серу, доминируют в микробных сообществах в мелководных гидротермальных системах Андезита» . PLOS ONE . 7 (9): e44593. Bibcode : 2012PLoSO ... 744593Z . DOI : 10.1371 / journal.pone.0044593 . PMC 3436782 . PMID 22970260 .
- ^ а б Антуан Э, Гезеннек Дж, Менье младший, Лесонжер Ф, Барбье Дж (1995). «Выделение и характеристика чрезвычайно термофильных архебактерий, относящихся к роду Thermococcus, из глубоководного гидротермального бассейна Гуаймас». Современная микробиология . 31 (3): 7. DOI : 10.1007 / bf00293552 .
- ^ а б Аменабар MJ, Флорес PA, Pugin B, Boehmwald FA, Blamey JM (2013). «Разнообразие архей гидротермальных систем острова Десепшн в Антарктиде». Полярная биология . 36 (3): 373–380. DOI : 10.1007 / s00300-012-1267-3 .
- ^ а б Ким Б.К., Ли С.Х., Ким СИ, Чжон Х, Квон С.К., Ли С.Х. и др. (Июль 2012 г.). «Последовательность генома олигогалинного гипертермофильного архея, Thermococcus zilligii AN1, выделенного из наземного геотермального пресноводного источника» . Журнал бактериологии . 194 (14): 3765–6. DOI : 10.1128 / jb.00655-12 . PMC 3393502 . PMID 22740682 .
- ^ Крупович М., Гонне М., Хания В.Б., Фортерре П., Эраузо Г. (2013). «Понимание динамики мобильных генетических элементов в гипертермофильных средах из пяти новых плазмид Thermococcus» . PLOS ONE . 8 (1): e49044. Bibcode : 2013PLoSO ... 849044K . DOI : 10.1371 / journal.pone.0049044 . PMC 3543421 . PMID 23326305 .
- ^ Hetzer A, Morgan HW, McDonald IR, Daughney CJ (июль 2007 г.). «Микробная жизнь в бассейне с шампанским, геотермальный источник в Вайотапу, Новая Зеландия». Экстремофилы . 11 (4): 605–14. DOI : 10.1007 / s00792-007-0073-2 . PMID 17426919 .
- ^ Тори К., Ишино С., Кийонари С., Тахара С. , Ишино Ю. (2013). «Новая однониточная специфическая 3'-5'-экзонуклеаза, обнаруженная у гипертермофильных архей Pyrococcus furiosus» . PLOS ONE . 8 (3): e58497. Bibcode : 2013PLoSO ... 858497T . DOI : 10.1371 / journal.pone.0058497 . PMC 3591345 . PMID 23505520 .
- ^ Цуй З., Ван Й., Фам Б. П., Пинг Ф., Пан Х., Чеонг Г. В. и др. (Июль 2012 г.). «Высокий уровень экспрессии и характеристика термостабильной лизофосфолипазы из Thermococcus kodakarensis KOD1». Экстремофилы . 16 (4): 619–25. DOI : 10.1007 / s00792-012-0461-0 . PMID 22622648 .
- ^ Уэхара Р., Танака С., Такано К., Кога Ю., Каная С. (ноябрь 2012 г.). «Необходимость вставки последовательности IS1 для термической адаптации Pro-Tk-субтилизина из гипертермофильных архей». Экстремофилы . 16 (6): 841–51. DOI : 10.1007 / s00792-012-0479-3 . PMID 22996828 .
- ^ Čubo Lováa L, Katano M, Kanai T., Atomi H, Reeve JN, Santangelo TJ (декабрь 2012 г.). «Для трансформации Thermococcus kodakarensis требуется гистон архей» . Журнал бактериологии . 194 (24): 6864–74. DOI : 10.1128 / jb.01523-12 . PMC 3510624 . PMID 23065975 .
- ^ Postec A, Lesongeur F, Pignet P, Ollivier B, Querellou J, Godfroy A (ноябрь 2007 г.). «Непрерывное обогащение культур: понимание прокариотического разнообразия и метаболических взаимодействий в глубоководных вентиляционных трубах» . Экстремофилы . 11 (6): 747–57. DOI : 10.1007 / s00792-007-0092-Z . PMID 17576518 .
- ^ Эберли Дж. О., Эли Р. Л. (2008). «Термостойкие гидрогеназы: биологическое разнообразие, свойства и биотехнологические применения». Критические обзоры в микробиологии . 34 (3–4): 117–30. DOI : 10.1080 / 10408410802240893 . PMID 18728989 .
- ^ а б Schut GJ, Boyd ES, Peters JW, Adams MW (март 2013 г.). «Модульные дыхательные комплексы, участвующие в метаболизме водорода и серы гетеротрофными гипертермофильными археями и их эволюционные последствия» . FEMS Microbiology Reviews . 37 (2): 182–203. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2012.00346.x . PMID 22713092 .
- ^ Б Yuusuke Tokooji, TS, Синсукэ Fujiwara, Tadayuki Imanaka и Haruyuki Atomi (2013). «Генетическое исследование начального окисления аминокислот и катаболизма глутамата у гипертермофильных Archaeon Thermococcus kodakarensis ». Журнал бактериологии : 10.
- ^ Атоми Х, Томита Х, Ишибаши Т, Йокудзи Й, Иманака Т (февраль 2013 г.). «Биосинтез КоА в архее». Труды биохимического общества . 41 (1): 427–31. DOI : 10,1042 / bst20120311 . PMID 23356323 .
- ^ а б в г Одзава Ю., Сиддики М.А., Такахаши Ю., Урушияма А., Омори Д., Ямакура Ф. и др. (Июль 2012 г.). «Индолепируват ферредоксин оксидоредуктаза: чувствительный к кислороду железо-серный фермент из гипертермофильных архей Thermococcus profundus». Журнал биологии и биоинженерии . 114 (1): 23–7. DOI : 10.1016 / j.jbiosc.2012.02.014 . PMID 22608551 .
- ^ Б с д е е г ч Давыдова И.А., Дункан К.Е., Перес-Ибарра Б.М., Суфлита Дж.М. (июль 2012 г.). «Вовлечение термофильных архей в биокоррозию нефтепроводов». Экологическая микробиология . 14 (7): 1762–71. DOI : 10.1111 / j.1462-2920.2012.02721.x . PMID 22429327 .
- ^ Brown AM, Hoopes SL, White RH, Sarisky CA (декабрь 2011 г.). «Биосинтез пуринов у архей: вариации на тему» . Биология Директ . 6 : 63. DOI : 10.1186 / 1745-6150-6-63 . PMC 3261824 . PMID 22168471 .
- ^ Duffaud GD, d'Hennezel OB, Peek AS, Reysenbach AL, Kelly RM (март 1998 г.). «Выделение и характеристика Thermococcus barossii, sp. Nov., Гипертермофильного архея, изолированного от образования фланца гидротермального выхода». Систематическая и прикладная микробиология . 21 (1): 40–9. DOI : 10.1016 / s0723-2020 (98) 80007-6 . PMID 9741109 .
- ^ Петрова Т., Безсуднова Е.Ю., Бойко К.М., Марданов А.В., Поляков К.М., Волков В.В. и др. (Декабрь 2012 г.). «АТФ-зависимая ДНК-лигаза из Thermococcus sp. 1519 демонстрирует новое расположение OB-складчатого домена» . Acta Crystallographica. Раздел F, Структурная биология и сообщения о кристаллизации . 68 (Pt 12): 1440–7. DOI : 10.1107 / s1744309112043394 . PMC 3509962 . PMID 23192021 .
- ^ а б в Изменить JP (2009). «Краткий обзор микробной геохимии мелководной гидротермальной системы острова Вулкано (Италия)». Фрайберг Интернет-геология . 22 : 7.
- ^ Хьюз Р.К., Коутс Л., Блейкли М.П., Томаничек С.Дж., Ланган П., Ковалевский А.Ю. и др. (Декабрь 2012 г.). «Кристаллы неорганической пирофосфатазы из Thermococcus thioreducens для рентгеновской дифракции и нейтронографии» . Acta Crystallographica. Раздел F, Структурная биология и сообщения о кристаллизации . 68 (Pt 12): 1482–7. DOI : 10.1107 / S1744309112032447 . PMC 3509969 . PMID 23192028 .
- ^ Атоми Х, Рив Дж (ноябрь 2019 г.). «Профиль микроба : Thermococcus kodakarensis : модель гипертермофильной археи» . Микробиология . 165 (11): 1166–1168. DOI : 10.1099 / mic.0.000839 . PMC 7137780 . PMID 31436525 .
- ^ Ито Т. (2003). «Таксономия неметаногенных гипертермофильных и родственных термофильных архей». Журнал биологии и биоинженерии . 96 (3): 10. DOI : 10,1263 / jbb.96.203 .
- ^ Куба Й., Ишино С., Ямагами Т., Токухара М., Канаи Т., Фудзикане Р. и др. (Ноябрь 2012 г.). «Сравнительный анализ двух ядерных антигенов пролиферирующих клеток из гипертермофильных архей, Thermococcus kodakarensis». Гены в клетки . 17 (11): 923–37. DOI : 10.1111 / gtc.12007 . PMID 23078585 .
- ^ Хакон Дале, FG, Марит Madsen, Нильс-Каре Birkeland (2008). «Анализ структуры микробного сообщества попутной воды высокотемпературного месторождения нефти в Северном море». Антони ван Левенгук 93:13.
- ^ Ppyun H, Kim I, Cho SS, Seo KJ, Yoon K, Kwon ST (декабрь 2012 г.). «Повышение эффективности ПЦР с использованием мутантных ДНК-полимераз Tpa-S из гипертермофильных архей Thermococcus pacificus». Журнал биотехнологии . 164 (2): 363–70. DOI : 10.1016 / j.jbiotec.2013.01.022 . PMID 23395617 .
- ^ Б с д е е г ч I Marguet E, Gaudin M, Gauliard E, Fourquaux I, le Blond du Plouy S, Matsui I, Forterre P (февраль 2013 г.). «Мембранные везикулы, наноподы и / или нанотрубки, продуцируемые гипертермофильными археями рода Thermococcus». Труды биохимического общества . 41 (1): 436–42. DOI : 10,1042 / bst20120293 . PMID 23356325 .
- ^ а б в г д Gaudin M, Gauliard E, Schouten S, Houel-Renault L, Lenormand P, Marguet E, Forterre P (февраль 2013 г.). «Гипертермофильные археи производят мембранные везикулы, которые могут переносить ДНК». Отчеты по микробиологии окружающей среды . 5 (1): 109–16. DOI : 10.1111 / j.1758-2229.2012.00348.x . PMID 23757139 .
- ^ а б в г д Ли З., Кельман Л. М., Кельман З. (февраль 2013 г.). «Репликация ДНК Thermococcus kodakarensis». Труды биохимического общества . 41 (1): 332–8. DOI : 10,1042 / bst20120303 . PMID 23356307 .
- ^ а б в г д е Хирата А., Хори Й., Кога Й, Окада Дж., Сакудо А., Икута К. и др. (Февраль 2013). «Ферментативная активность гомолога субтилизина, Tk-SP, из Thermococcus kodakarensis в детергентах и его способность разрушать аномальный прионный белок» . BMC Biotechnology . 13 : 19. DOI : 10,1186 / 1472-6750-13-19 . PMC 3599501 . PMID 23448268 .
- ^ а б в Трофимов А.А., Слуцкая Е.А., Поляков К.М., Дороватовский П.В., Гумеров В.М., Попов В.О. (ноябрь 2012 г.). «Влияние межмолекулярных контактов на структуру рекомбинантной пролидазы из Thermococcus sibiricus» . Acta Crystallographica. Раздел F, Структурная биология и сообщения о кристаллизации . 68 (Pt 11): 1275–8. DOI : 10,1107 / s174430911203761x . PMC 3515363 . PMID 23143231 .
- ^ Нисар М.А., Рашид Н., Башир К., Гарднер К.Т., Шафик М.Х., Ахтар М. (июль 2013 г.). «TK1299, высокотермостабильная NAD (P) H оксидаза из Thermococcus kodakaraensis, проявляющая более высокую ферментативную активность с NADPH». Журнал биологии и биоинженерии . 116 (1): 39–44. DOI : 10.1016 / j.jbiosc.2013.01.020 . PMID 23453203 .
дальнейшее чтение
- Судебная комиссия Международного комитета по систематике прокариот (январь 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 " . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 55 (Pt 1): 517–518. DOI : 10.1099 / ijs.0.63548-0 . PMID 15653928 .
- Мора М., Беллак А., Угеле М., Хопф Дж., Вирт Р. (август 2014 г.). «Устройство для формирования температурного градиента, дополнительное устройство для обычных световых микроскопов для изучения биологии гипертермофильных микроорганизмов» . Прикладная и экологическая микробиология . 80 (15): 4764–70. DOI : 10,1128 / AEM.00984-14 . PMC 4148812 . PMID 24858087 .
- Циллиг В., Хольц И., Кленк Х.П., Трент Дж., Вундерл С., Янекович Д., Имзель Е., Хаас Б. (1987). «Pyrococcus woesei, sp. Nov., Ультратермофильная морская архебактерия, представляющая новый отряд Thermococcales». Syst. Прил. Microbiol . 9 (1–2): 62–70. DOI : 10.1016 / S0723-2020 (87) 80057-7 .
- Зиллиг В., Хольц Л., Янекович Д., Шафер В., Рейтер В. Д. (1983). «Архебактерии Thermococcus celer представляют новый род в термофильной ветви архебактерий». Syst. Прил. Microbiol . 4 (1): 88–94. DOI : 10.1016 / S0723-2020 (83) 80036-8 . PMID 23196302 .
Внешние ссылки
- Джон Р. Стивенсон. «Микробная эволюция и систематика» . Общая микробиология II . Проверено 13 июля 2008 .
- Страница таксономии NCBI для Thermococcus
- Поиск по страницам таксономии Tree of Life для Thermococcus
- Страница поиска видов2000 для Thermococcus
- Страница MicrobeWiki для Thermococcus
- Страница LPSN для Thermococcus
- Термококк в Bac Dive - база метаданных по разнообразию бактерий
- Ссылки PubMed на Thermococcus
- Ссылки PubMed Central на Thermococcus
- Ссылки Google Scholar для Thermococcus