Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Thermotoga maritima
Thermotoga sketch.svg
Схема раздела Thermotoga maritima с изображением «тоги»
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Термотоги
Класс:
Термотоги
Заказ:
Thermotogales
Семья:
Thermotogaceae
Род:
Thermotoga
Разновидность:
T. maritima
Биномиальное имя
Thermotoga maritima
Huber et al. , 1986

Thermotoga maritima - это гипертермофильный анаэробный организм, входящий в отряд Thermotogales . Он использует [FeFe] -гидрогеназы для производства газообразного водорода (H 2 ) путем ферментации многих различных типов углеводов. [1]

История [ править ]

Thermotoga maritima, впервые обнаруженная в отложениях морской геотермальной зоны недалеко от Вулкано , Италия, находится в горячих источниках, а также в гидротермальных источниках . [2] Идеальной средой для организма является вода с температурой 80 ° C (176 ° F), хотя он способен расти в воде с температурой 55–90 ° C (131–194 ° F). [3] Thermotoga maritima - единственная известная бактерия, которая может расти при такой высокой температуре; Единственные другие организмы, которые, как известно, живут в такой экстремальной среде, являются членами области архей . Гипертермофильные способности T. maritima , наряду с его глубоким происхождением, предполагает, что это потенциально очень древний организм. [4]

Физические атрибуты [ править ]

T. maritima - это не спорулирующая палочковидная грамотрицательная бактерия. [5] Если посмотреть под микроскопом , можно увидеть, что он заключен в оболочку, похожую на оболочку, которая напоминает тогу , отсюда и слово «тога» в его названии. [5]

Метаболизм [ править ]

Как анаэробный ферментативный хемоорганотрофный организм T. maritima катаболизирует сахара и полимеры и выделяет углекислый газ (CO 2 ) и водород (H 2 ) в качестве побочных продуктов ферментации . [5] T. maritima также способна метаболизировать целлюлозу, а также ксилан с образованием H 2, который потенциально может быть использован в качестве альтернативного источника энергии ископаемым видам топлива. [6] Кроме того, этот вид бактерий способен восстанавливать Fe (III) для производства энергии с помощью анаэробного дыхания. Различные флавопротеиныа белки железо-сера были идентифицированы как потенциальные переносчики электронов для использования во время клеточного дыхания. [6] Однако при выращивании с серой в качестве конечного акцептора электронов АТФ не образуется. Вместо этого этот процесс устраняет ингибирующий H 2, образующийся при ферментативном росте. [6] В совокупности эти признаки указывают на то, что T. maritima стала находчивой и способной метаболизировать множество веществ для осуществления своих жизненных процессов.

Активность гидрогеназы [ править ]

Гидрогеназы - это металлоферменты, которые катализируют обратимую реакцию превращения водорода: H 2 ⇄ 2 H + + 2 e - . [FeFe] -гидрогеназа группы C из Thermotoga maritima ( Tm HydS) показала умеренную активность по превращению водорода и пониженную чувствительность к ингибитору фермента, CO, по сравнению с прототипными и бифуркационными [FeFe] -гидрогеназами группы A. [7] Тт HydS имеет гидрогеназы домен с различными модификациями аминокислот в активном сайте кармане, в том числе присутствия Перло-Арнт-Sim (ССА) домена .

Геномный состав [ править ]

Геном T. maritima состоит из одной кольцевой хромосомы размером 1,8 мегабаз, кодирующей 1877 белков. [8] В его геноме есть несколько белков теплового и холодового шока , которые, скорее всего, участвуют в регуляции метаболизма и реакции на изменения температуры окружающей среды. [6] Он разделяет 24% своего генома с представителями архей; самый высокий процент перекрытия любых бактерий. [9] Это сходство предполагает горизонтальный перенос генов между археями и предками T. maritima и может помочь объяснить, почему T. maritimaспособен выжить в таких экстремальных температурах и условиях. Геном T. maritima был многократно секвенирован. Геном переупорядочения из Т. тагШта MSB8 genomovar DSM3109 [10] [8] установлено , что ранее секвенировали геном был эволюционировали лабораторный вариант Т. тагШта с приблизительно 8 т.п.н. удаления. Более того, множество дублированных генов и прямых повторов в его геноме предполагают их роль во внутримолекулярной гомологичной рекомбинации, приводящей к делеции генов. Штамм с делецией гена размером 10 т.п.н. был разработан с использованием экспериментальной микробной эволюции T. maritima . [11]

Генетическая система T. maritima [ править ]

T. maritima имеет большой потенциал в синтезе водорода, потому что он может сбраживать широкий спектр сахаров и, как сообщается, производит наибольшее количество H 2 (4 моль H 2 / моль глюкозы ). [3] Из-за отсутствия генетической системы в течение последних 30 лет большинство исследований были сосредоточены либо на экспрессии гетерологичных генов в E. coli, либо на прогнозных моделях, поскольку мутант T. maritima с нокаутом гена оставался недоступным. [12] Разработка генетической системы для T. maritima была сложной задачей, прежде всего из-за отсутствия подходящего термостабильного селектируемого маркера. В последнее время самая надежная генетическая система, основанная набиосинтез пиримидина установлен у T. maritima . [13] Эта новые генетическая система опирается на костру - мутант , который был выделен после культивирования T. MARITIMA на пиримидиновый биосинтезе , ингибирующий препарат под название 5-фтороротовую кислоту (5-FOA). Мутант pyrE - является ауксотрофным мутантом по урацилу . Pyre от отдаленно связанного рода Т. тагШта спас урацил ауксотрофию костры - мутант Т. тагШта и был доказан , чтобы быть подходящим маркером.

Впервые использование этого маркера позволило получить мутант арабинозы ( araA ) T. maritima . Этот мутант исследовал роли пентозофосфатных из Т. тагШта в синтезе водорода. [13] В геноме T. maritima есть прямые повторы, которые превратились в паралогов . [11] Из-за отсутствия генетической системы истинная функция этих паралогов осталась неизвестной. Недавно разработанная генетическая система T. maritima оказалась очень полезной для определения функции белка АТФазы (MalK) мальтозы.транспортер, который присутствует в тиражированном (трех экземплярах) виде. Нарушение генов всех трех предполагаемых субъединиц, кодирующих АТФазу ( malK ) и фенотипа, привело к выводу, что только одна из трех копий выполняет функцию АТФазы переносчика мальтозы. [14] Интересно знать, что T. maritima имеет несколько паралогов многих генов, и истинная функция этих генов теперь зависит от использования недавно разработанной системы. Недавно разработанная генетическая система T. maritima имеет большой потенциал, чтобы сделать T. maritima хозяином для исследований экспрессии генов гипертермофильных бактерий. Экспрессия белка в этом модельном организме многообещающе для синтеза полнофункционального белка без какой-либо обработки.

Эволюция [ править ]

T. maritima содержит гомологи нескольких компетентных генов, что позволяет предположить, что ему присуща система интернализации экзогенного генетического материала, что, возможно, способствует генетическому обмену между этой бактерией и свободной ДНК. [6] Основываясь на филогенетическом анализе небольшой субъединицы его рибосомной РНК, он был признан имеющим одну из самых глубоких ветвей бактерий. Кроме того, его липиды имеют уникальную структуру, которая отличается от всех других бактерий. [3]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Merrill, Альфред Х .; Лингрелл, Сюзанна; Ван, Элейн; Николова-Каракашян, Марьяна; Валес, Тереза ​​Р .; Вэнс, Деннис Э. (1995-06-09). "Сфинголипидный биосинтез новобранных гепатоцитов крыс в культуре" . Журнал биологической химии . 270 (23): 13834–13841. DOI : 10.1074 / jbc.270.23.13834 . ISSN  0021-9258 . PMID  7775441 .
  2. ^ «Гипертермофильный организм, демонстрирующий обширный горизонтальный перенос генов от архей» . Биопроект . Национальный центр биотехнологической информации . 2003 . Проверено 14 января 2012 года .
  3. ^ a b c Роберт Хубер; Томас А. Лэнгуорти; Гельмут Кёниг; Майкл Томм; Карл Р. Вёзе; Уве Б. Слейтр и Карл О. Стеттер (1986). « Thermotoga maritima sp. Nov. Представляет новый род уникальных чрезвычайно теплолюбивых эубактерий, растущих до 90 ° C». Архив микробиологии . 144 (4): 324–333. DOI : 10.1007 / BF00409880 . S2CID 12709437 . 
  4. ^ Дженни М. Блейми и Майкл У.В. Адамс (1994). «Характеристика предкового типа пируватферредоксиноксиредуктазы из гипертермофильной бактерии Thermotoga maritima ». Биохимия . 33 (4): 1000–1007. DOI : 10.1021 / bi00170a019 . PMID 8305426 . 
  5. ^ a b c «Геотермальные организмы» . Государственный университет Монтаны . Проверено 14 января 2012 года .
  6. ^ a b c d e Карен Э. Нельсон; Ребекка А. Клейтон; Стивен Р. Гилл; Мишель Л. Гвинн; Роберт Дж. Додсон; и другие. (1999). «Доказательства латерального переноса генов между археями и бактериями из последовательности генома Thermotoga maritima » (PDF) . Природа . 399 (6734): 323–329. Bibcode : 1999Natur.399..323N . DOI : 10.1038 / 20601 . PMID 10360571 . S2CID 4420157 .   
  7. ^ «Уникальные спектроскопические свойства HCluster в предполагаемой сенсорной [FeFe] гидрогеназе» . dx.doi.org . DOI : 10.1021 / jacs.7b11287.s001 . Проверено 9 октября 2020 .
  8. ^ а б Латиф, Н; Лерман, JA; Портной, В.А.; Тарасова, Ю; Нагараджан, H; Шримп-Ратледж, AC; Смит, Р. Д.; Адкинс, JN; Ли, DH; Цю, Y; Ценглер, К. (2013). «Организация генома Thermotoga maritima отражает его образ жизни» . PLOS Genetics . 9 (4): e1003485. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1003485 . PMC 3636130 . PMID 23637642 .  
  9. ^ Камилла Л. Несбо; Стефан л'Харидон; Карл О. Стеттер и У. Форд Дулиттл (2001). «Филогенетический анализ двух« архейных »генов у Thermotoga maritima обнаруживает множественные передачи между археями и бактериями» . Молекулярная биология и эволюция . 18 (3): 362–375. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a003812 . PMID 11230537 . 
  10. ^ Баучер, Натали; Нолл, Кеннет М. (сентябрь 2011 г.). «Лиганды термофильных переносчиков ABC, закодированные в недавно секвенированной геномной области Thermotoga maritima MSB8, проверенные методом дифференциальной сканирующей флуориметрии» . Прикладная и экологическая микробиология . 77 (18): 6395–6399. DOI : 10,1128 / AEM.05418-11 . ISSN 0099-2240 . PMC 3187129 . PMID 21764944 .   
  11. ^ a b Сингх, Рагхувир; Градниго, Жюльен; Уайт, Деррик; Липзен, Анна; Мартин, Джоэл; Шаквиц, Венди; Морияма, Эцуко; Блюм, Пол (28 мая 2015 г.). «Полная последовательность генома развитого изолята Thermotoga maritima» . Анонсы генома . 3 (3): e00557–15. DOI : 10,1128 / genomeA.00557-15 . ISSN 2169-8287 . PMC 4447916 . PMID 26021931 .   
  12. ^ Коннерс, Шеннон Б .; Монтеро, Клементе I .; Комфорт, Дональд А .; Шокли, Кейт Р.; Джонсон, Мэтью Р .; Chhabra, Swapnil R .; Келли, Роберт М. (2005-11-01). "Подход на основе экспрессии к прогнозированию транспорта и использования углеводов регулонов в гипертермофильных бактериях Thermotoga maritima" . Журнал бактериологии . 187 (21): 7267–7282. DOI : 10.1128 / jb.187.21.7267-7282.2005 . ISSN 0021-9193 . PMC 1272978 . PMID 16237010 .   
  13. ^ а б Уайт, Деррик; Сингх, Рагхувир; Рудраппа, Дипак; Матео, Джеки; Крамер, Леви; Фриз, Лаура; Блюм, Пол (15 февраля 2017 г.). «Вклад пентозного катаболизма в образование молекулярного водорода путем целенаправленного разрушения арабинозоизомеразы (araA) в гипертермофильных бактериях Thermotoga maritima» . Прикладная и экологическая микробиология . 83 (4): e02631–16. DOI : 10,1128 / aem.02631-16 . ISSN 0099-2240 . PMC 5288831 . PMID 27940539 .   
  14. ^ Сингх, Рагхувир; Уайт, Деррик; Блюм, Пол (15.09.2017). «Идентификация субъединицы АТФазы первичного переносчика мальтозы в гипертермофильном анаэробе Thermotoga maritima» . Прикладная и экологическая микробиология . 83 (18): e00930–17. DOI : 10,1128 / aem.00930-17 . ISSN 0099-2240 . PMC 5583491 . PMID 28687653 .   

Внешние ссылки [ править ]

  • Геном Thermotoga maritima
  • Секвенированный геном Thermotoga maritima
  • Типовой штамм Thermotoga maritima в Bac Dive - база метаданных по бактериальному разнообразию