Geothrix fermentans - Geothrix fermentans

Geothrix fermentans
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Ацидобактерии
Учебный класс:
Голофаги
Заказ:
Holophagales
Семья:
Holophagaceae
Род:
Геотрикс
Разновидность:
G. fermentans
Биномиальное имя
Geothrix fermentans
Джон Д. Коутс и др. (1999)

Geothrix fermentans представляет собой палочковидную анаэробную бактерию. Его диаметр составляет около 0,1 мкм, а длина колеблется от 2 до 3 мкм.[1] Расположение клеток происходит по отдельности и цепочками. Geothrix fermentans обычно можно найти в водных отложениях, таких как водоносные горизонты. Как анаэробный хемоорганотроф, этот организм наиболее известен своей способностью использовать акцепторы электронов Fe (III), а также другие металлы с высоким потенциалом. Он также использует широкий спектр подложек в качестве доноров электронов. Исследования по восстановлению металлов G. fermentans способствовал лучшему пониманию геохимический цикл металлов в окружающей среде.[2]

История таксономии

Geothrix fermentans был изолирован от загрязненных металлами вод водоносного горизонта в 1999 г. Джоном Д. Коутсом из Университет Южного Иллинойса и другими из Массачусетский университет. Новый штамм первоначально назывался «Штамм H-5».Т ".[3] После классификации метаболизма и подтверждения наличия и количества цитохромов c-типа Coates et al. предположил, что новый организм принадлежит недавно признанным (1991) Halophoga-Ацидобактерии тип. Coates et al. также предложил новое название для организма: "Геотрикс"- по-гречески волосковидная клетка, пришедшая с Земли и"ферментаны«- на латыни« брожение ».[3]

Филогения

Подходы, основанные на 16s рРНК Сравнение последовательностей генов позволило провести подробный анализ принадлежности многих бактериальных групп. Филогенетическая принадлежность Geothrix fermentans а также другие почвенные бактерии, такие как Acidobacterium capsulatum и Holophoga foetida не было установлено на момент их первоначальной изоляции.[4] Более свежий анализ 16s рРНК Данные о последовательностях показали умеренное сходство между этими тремя родами, подтверждая вероятность того, что они могли дифференцироваться от общего предка.[4]

 
 
 

Geothrix fermentans

 
 

Holophaga foetida

 
 
 

Acidobacteriaceae

 
 

Биология

Geothrix fermentans строгий анаэроб в форме стержня[3] которые можно найти в водных почвах в зоне восстановления Fe (III).[5] Как строгий анаэроб G. fermentans не может расти в присутствии атмосферного кислорода, который может присутствовать в экологической нише, из которой он был изолирован. Geothrix fermentans не образует спор и неподвижен.[1][3] Этот организм - одна из немногих пресноводных культивируемых бактерий, которые проявляют дыхание металлов с использованием оксида Fe (III).[2][3] Оптимальная температура для роста 35 ° C с диапазоном от 25 ° C до 40 ° C.[1][3] Эта бактерия предпочтительно использует ацетат органической кислоты в качестве донора электронов, но она может использовать несколько других органических кислот для роста, таких как пропионат и лактат. Помимо органических кислот, G. fermentans можно использовать жирные кислоты, такие как пальмитат, используя Fe (III) в качестве единственного акцептора электронов.[3] G. fermentans также может расти с использованием других форм железа и металлов, таких как марганец, но предпочтение отдается железу или производным железа. Использование альтернативных акцепторов электронов этим организмом зависит от присутствующего донора электронов.[3] Например, он будет использовать нитрат (NO3) и Mn (IV) в качестве альтернативных акцепторов электронов, когда лактат используется в качестве донора электронов.[3]

G. fermentansНесмотря на то, что он разделяет процессы восстановления, аналогичные другим DIRB, обладает метаболическими характеристиками, которые отличают его от других восстановителей железа. В процессе дыхания этот организм способен полностью окислять упомянутые органические кислоты до CO.2 с использованием Fe (III), тогда как другие железоредуцирующие виды семейств Shewanella или же Ферримонас, например, не полностью окисляют те же органические кислоты до ацетата.[3] Также в отличие от большинства других DIRB, G. fermentans не может использовать элементарную серу в качестве акцептора электронов, что характерно для него с DIRB родов Геобактер.[3]

Geothrix fermentans может также нанять ферментация, как следует из названия, для окисления субстратов для производства энергии. Этот организм проявлял способность к ферментативному росту на органических кислотах, таких как фумарат и цитрат, с образованием ацетата и сукцината в качестве продуктов ферментации.[3]

Металлическое дыхание

Дыхание металлов - это общий термин в микробиологии, который описывает способность определенных бактерий использовать молекулы, содержащие металлы, такие как железо, марганец и другие, в качестве акцепторов электронов в организме. электронная транспортная цепь производить аденозинтрифосфат (АТФ). Бактерия G. fermentans выполняет определенный тип дыхания металлов, называемый диссимиляционным восстановлением оксида Fe (III) (оксида железа). Этот организм, а также виды из семей Shewanella и Geobacteraceae, который включает такие роды, как Геовибрио и Десульфуромонады в микробиологии обычно называются «диссимиляционными железоредуцирующими бактериями» или «DIRB».[3] Хотя эти семьи и G. fermentans филогенетически отдельные и разные, они часто могут быть сгруппированы вместе на основе этого общего механизма восстановления Fe (III).

Чтобы интегрировать Fe (III) в их дыхание, некоторые DIRB должны быть способны растворять оксид Fe (III), молекулу, которая в значительной степени нерастворима ни в чем, кроме минеральных кислот.[6] Есть два предложенных механизма, с помощью которых это может быть выполнено бактериями, которым необходим нерастворимый оксид Fe (III). Первый механизм - растворение путем прямого контакта с бактериальной клеткой, который используется в большинстве форм бактериального метаболизма. Второй механизм включает использование соединений (соединений, перемещающих электроны), выделяемых из бактериальной клетки, которые, в свою очередь, переносят электроны из клетки в молекулу оксида Fe (III), вызывая ее растворение.[5] Использование соединений, перемещающих электроны, не является чем-то необычным в мире микробов, но G. fermentans является первым DIRB, в котором соединения, солюбилизирующие оксид Fe (III), были эндогенными и не происходили из окружающей среды.[5] Хотя этот организм является первым примером такого бесконтактного метаболизма оксида Fe (III) железоредуцирующими бактериями, маловероятно, что в ожидании дальнейших исследований, что это единственный пример из огромного количества неизвестных бактерий, которые еще предстоит изучить. обнаруженный.

Производство электроэнергии

Небольшое количество электроэнергии производится G. fermentans во время дыхания через поток электронов, которому способствуют эндогенные соединения, переносящие электроны. Электроэнергия может вырабатываться в «микробных топливных элементах», которые используют этот поток электронов от бактериального элемента к аноду.[7] Преимущество G. fermentans способность восстанавливать Fe (III) на расстоянии в естественных условиях не дает преимущества микробным топливным элементам. После того, как электроны переносятся от транспортирующего соединения к аноду, соединение может свободно диффундировать обратно в ячейку, но большие расстояния могут вызвать потерю соединения в окружающей среде.[7] Возможность потери соединения в сочетании с большим количеством энергии, необходимой для производства этих соединений, не приводит к эффективному выходу электроэнергии по сравнению с теми DIRB, которые требуют прямого контакта с акцептором электронов.[7] Бактерии, такие как Геобактер серы которые находятся в прямом контакте с электродами, показали более высокую общую выходную мощность в нескольких исследованиях, но G. fermentans имеет механизм, который потенциально может закрыть потерянные позиции.[7][8] Секретируя количество неопознанного электронного челнока вокруг клетки, накопление соединения с течением времени в окружающей среде усиливает перенос электронов и помогает предотвратить потерю соединения и электронов.[8]

Рекомендации

  1. ^ а б c Кирпид, Никос (23 сентября 2011 г.). "Geothrix fermentans DSM 14018 ". Объединенный институт генома доу. Получено 26 октября, 2012.
  2. ^ а б Лю, Джоан К .; Мехта-Колте, Миша; Бонд, Дэниел Р. «Экспрессия и очистка GxcA, цитохрома c-типа, участвующего в дыхании металлов бактериями. Geothrix fermentans" (PDF). Университет Миннесоты. Архивировано из оригинал (PDF) 21 сентября 2013 г.. Получено 25 октября, 2012.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Коутс, Джон Д .; Эллис, Дебра; Гоу, Кэтрин; Прекрасно, Дерек (октябрь 1999 г.). "Geothrix fermentans ген. nov., sp. nov., Новая бактерия, восстанавливающая Fe (III) из водоносного горизонта, загрязненного углеводородами ». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 49 (4): 1615–1622. Дои:10.1099/00207713-49-4-1615. PMID  10555343.
  4. ^ а б Ludwig, W .; Bauer, S. H .; Bauer, M .; Held, I .; Kirchhof, G .; Schulze, R .; Huber, I .; Весна, С .; Хартманн А. и Шлейфер К. Х. (август 1997 г.). «Обнаружение и идентификация in situ представителей широко распространенной новой бактериальной филы». Письма о микробиологии FEMS. 153 (1): 181–190. Дои:10.1111 / j.1574-6968.1997.tb10480.x. PMID  9252585.
  5. ^ а б c Прекрасный, Д.Р .; Невин, К. (Май 2002 г.). «Механизмы доступа к нерастворимому оксиду Fe (III) во время диссимиляционного восстановления Fe (III) с помощью Geothrix fermentans". Прикладная и экологическая микробиология. 68 (5): 2294–2299. Дои:10.1128 / AEM.68.5.2294-2299.2002. ЧВК  127553. PMID  11976100.
  6. ^ Комитет экспертов ФАО / ВОЗ по пищевым добавкам (2008 г.). «Монографии FAO JECFA 5: Объединенный сборник спецификаций пищевых добавок» (PDF). Оксиды железа. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. Получено 23 ноября, 2012.
  7. ^ а б c d Прекрасный, Д.Р .; Невин, К. (2008). «Производство электроэнергии с помощью электрогенераторов» (PDF). Биоэнергетика. ASM Press. стр. 295–306. Получено 11 апреля, 2018.
  8. ^ а б Bond, D.R .; Прекрасный, Д. (Апрель 2005 г.). «Доказательства участия электронного челнока в производстве электроэнергии компанией Geothrix fermentans». Прикладная и экологическая микробиология. 71 (4): 2186–2189. Дои:10.1128 / AEM.71.4.2186-2189.2005. ЧВК  1082548. PMID  15812057.

внешняя ссылка