Haloferax volcanii - Haloferax volcanii

Haloferax volcanii
Haloferax volcanii.png
Haloferax volcanii, выращенный в лабораторных условиях и полученный с помощью фазово-контрастного микроскопа
Научная классификация
Домен:
Археи
Королевство:
Euryarchaeota
Тип:
Euryarchaeota
Учебный класс:
Галобактерии
Заказ:
Галобактерии
Семья:
Галобактерии
Род:
Галоферакс
Разновидность:
H. volcanii
Биномиальное имя
Haloferax volcanii
(Муллаханбхай и Ларсен, 1975 г.) Торребланка и др., 1986 г.

Haloferax volcanii это разновидность организма в роде Галоферакс в Археи.

Описание и значение

Микробиолог Бенджамин Элазари впервые обнаружил вулкан Haloferax volcanii, самоназванный экстремофил, в 1930-е годы. H. volcanii представляет собой галофильный мезофильный архей, который может быть изолирован от гиперсоленой среды, такой как Мертвое море, Большое соленое озеро и океанические среды с высоким содержанием хлорида натрия. Haloferax volcanii примечателен тем, что его можно культивировать без особого труда, что редко для экстремофила. H. volcanii является хемоорганотрофом, метаболизируя сахара как источник углерода.[1] Он в первую очередь аэробный, но способен к анаэробному дыханию в бескислородных условиях.[2] Недавно изолят этого вида был изучен исследователями Калифорнийского университета в Беркли в рамках проекта по выживанию галоархей на Марсе.

Структура генома

Геном H. volcanii состоит из большого (4 МБ ), многокопийной хромосомы и нескольких мегаплазмид. Полный геном DS2 H. volcanii состоит из около 4130 генов.[3]

Геном был полностью секвенирован, и в 2010 году была опубликована статья с его обсуждением.[4] Молекулярная биология H. volcanii в течение последнего десятилетия широко изучалась с целью узнать больше о репликации ДНК, репарации ДНК и синтезе РНК. Белки архей, используемые в этих процессах, чрезвычайно похожи на белки эукариот и поэтому изучаются в первую очередь как модельная система для этих организмов. H. volcanii подвергается плодовитому горизонтальный перенос генов через механизм «спаривания» - слияние клеток.

Структура клетки и метаболизм

Размножение среди H. volcanii происходит бесполым путем двойным делением. Эта практика аналогична практике других архей и, действительно, бактерий.

H. volcanii клетки не имеют клеточной стенки и, как и многие археи, поэтому используют свою внешнюю S-слой для структуры. Индивидуальный H. volcanii диаметр архей может варьироваться от 1 до 3 микрометров.[5] Как правило, их можно узнать по их «хрустящей» форме, но они несколько плейоморфны, поэтому их можно увидеть и в других формах, включая кокковидные.

Haloferax volcanii выращивают в лабораторных условиях и получают изображения с помощью фазово-контрастного микроскопа. Клетки помещали на подушку из агара.

Мембраны этого организма состоят из типичных мембранных липидов, связанных с эфиром, которые встречаются только у архей, а также содержат большое количество каротиноидов, включая ликопин, что придает им характерный красный цвет.

H. volcanii для поддержания осмостаза используйте соль в методе, а не обычный метод совместимых растворенных веществ, наблюдаемый у бактерий. Этот метод включает в себя поддержание высокого уровня ионов калия в клетке, чтобы уравновесить ионы натрия снаружи. По этой причине H. volcanii имеет сложную систему ионной регуляции и является хемоавтотрофным.

H. volcanii оптимально растет при 42 ° C в 1,5-2,5 М NaCl и сложной питательной среде. Он по-прежнему будет расти при 37 ° C, но по-прежнему требует концентрированного NaCl и сложной среды.[3]

Благодаря соли в методе цитоплазматические белки структурируются так, чтобы сворачиваться в присутствии высоких концентраций ионов. Как таковые, они обычно имеют большое количество заряженных остатков на внешней части белка и очень гидрофобные остатки, образующие ядро. Эта структура значительно увеличивает их стабильность в физиологическом растворе и даже в высокотемпературных средах, но имеет некоторую потерю процессивности по сравнению с бактериальными гомологами.

H. volcanii дышат в качестве единственного источника АТФ, в отличие от некоторых других галобатеринных, таких как Halobacterium salinarum они неспособны фотофосфорилирование поскольку им не хватает необходимого бактериородопсин.

Экология

Изоляты H. volcanii обычно встречаются в водной среде с высокой соленостью, такой как Мертвое море. Их точная роль в экосистеме неизвестна, но углеводы, содержащиеся в этих организмах, потенциально служат многим практическим целям. Благодаря своей способности поддерживать гомеостаз, несмотря на соль вокруг них, H. volcanii может стать важным игроком в развитии биотехнологии. Поскольку вероятно, что H. volcanii и сопоставимые виды входят в число самых ранних живых организмов, они также предоставляют информацию, связанную с генетикой и эволюцией.[6]

Мертвое море

В Мертвое море содержит очень высокую концентрацию солей натрия, магния и кальция. Такое сочетание делает море идеальной средой для экстремофилов, таких как H.volcanii.[7] Мертвое море имеет разнообразное сообщество микроорганизмов, хотя полевые испытания, проведенные Капланом и Фридманом, показали, что H.volcanii имел самое большое численное присутствие в сообществе.[8] Обычно летом можно встретить большее количество галофилов, так как Мертвое море намного теплее, в среднем около 37 градусов по Цельсию, и, таким образом, больше способствует бактериальному цветению.[9] К сожалению, Мертвое море становится все менее гостеприимным для экстремофилов, таких как H. volcanii из-за увеличения солености, что объясняется как природными факторами, так и деятельностью человека. Как преобладающая среда для Haloferax volcaniiизменение солености подвергает этот вид опасности.

Повреждение и восстановление ДНК

У прокариот геном ДНК организован в динамическую структуру, нуклеоид, который встроен в цитоплазму. Контакт с Haloferax volcanii к стрессам, которые повреждают ДНК, вызывают уплотнение и реорганизацию нуклеоида.[10] Уплотнение зависит от белкового комплекса Mre11-Rad50, который используется в гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Delmas et al.[10] предположили, что компакция нуклеоидов является частью реакции на повреждение ДНК, которая ускоряет восстановление клеток, помогая белкам репарации ДНК определять местонахождение мишеней и облегчая поиск интактных последовательностей ДНК во время гомологичной рекомбинации.

Генетический обмен

H. volcanii клетки могут подвергаться парному процессу генетического обмена, который включает слияние клеток, в результате чего получается гетеродиплоидная клетка (содержащая две разные хромосомы в одной клетке).[11] Клетки родственного вида, Haloferax mediterranei, могут аналогичным образом подвергаться генетическому обмену друг с другом. H. volcanii имеет среднюю идентичность нуклеотидной последовательности с H. mediterranei 86,6%. С меньшей частотой клетки этих двух видов могут также взаимодействовать, чтобы подвергнуться генетическому обмену.[11] Во время этого процесса образуется диплоидная клетка, которая содержит полный генетический репертуар обеих родительских клеток, и облегчается генетическая рекомбинация. Впоследствии клетки разделяются, давая начало рекомбинантным клеткам.

Астробиология

Условия Haloferax volcanii выживает в условиях высокой солености и высокой радиации, которые очень похожи на условия на поверхности Марса. Следовательно, этот организм в настоящее время используется для проверки выживаемости земных экстремофилов на Марсе. Достижения в этой области могут привести к большему пониманию возможности и временных рамок внеземной жизни.[12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Орен А. «Порядок галобактерий». Прокариоты: Справочник по биологии бактерий. 3-е изд. Нью-Йорк: Спрингер. 2006. С. 113–164.
  2. ^ Зайглер, А., Шустер, С.С., и Соппа, Дж. "Создание и использование микроматрицы ДНК дробовика с однократным охватом для характеристики метаболизма архей". Haloferax volcanii. »Молекулярная микробиология. 2003. Том 48, Выпуск 4, стр. 1089–1105.
  3. ^ а б "UCSC Genome Browser Gateway". archaea.ucsc.edu. Получено 2017-04-20.
  4. ^ Hartman, AL; Норайс, К; Барсук, JH; Дельмас, S; Холденби, S; Madupu, R; Робинсон, Дж; Khouri, H; Рен, Q; Лоу, TM; Maupin-Furlow, J; Pohlschroder, M; Дэниэлс, К; Pfeiffer, F; Аллерс, Т; Эйзен, Дж. А. (2010). "Полная последовательность генома Haloferax volcanii DS2, модель архея ". PLoS ONE. 5 (3): e9605. Дои:10.1371 / journal.pone.0009605. ЧВК  2841640. PMID  20333302.
  5. ^ Гаррити, Г.М., Кастенхольц, Р.В., Бун, Д.Р. (Ред.) Руководство Берджи по системной бактериологии, Том первый: Археи и глубоко разветвленные и фототрофные бактерии. 2-е изд. Нью-Йорк: Спрингер. 2001. с. 316.
  6. ^ Увидеть NCBI веб-страница на Haloferax. Данные извлечены из "Ресурсы таксономии NCBI". Национальный центр биотехнологической информации. Получено 2007-03-19.
  7. ^ Орен, А. «Популяционная динамика галобактерий в толще воды Мертвого моря». Лимнология и океанография. 1983. Том 28, выпуск 6, стр. 1094-1103.
  8. ^ МУЛЛАКИЯНБИАЙ, М. Ф. И Х. ЛАРСЕН. 1975 г. Halobacterium volcanii спец. nov., галобактерии Мертвого моря с потребностью в модкратной соли. Arch. Микробиол. 104: 207-214.
  9. ^ НЕЕВ, Д., АНИ) К. 0. ЭМЕРИ. 1967. Мертвое море - процессы осадконакопления и окружающая среда эвапоритов. Государство Израиль-Мин. Develop.-Gcol. Surv. Бык. 41.
  10. ^ а б Дельмас, S; Дуггин, И.Г .; Аллерс, Т (2013). "Повреждение ДНК вызывает уплотнение нуклеоидов через комплекс Mre11-Rad50 в архее Haloferax volcanii ". Мол Микробиол. 87 (1): 168–79. Дои:10.1111 / мм. 12091. ЧВК  3565448. PMID  23145964.
  11. ^ а б Наор А., Лапьер П., Меварек М., Папке Р.Т., Гофна У. (август 2012 г.). «Низкие видовые барьеры у галофильных архей и образование рекомбинантных гибридов». Curr. Биол. 22 (15): 1444–8. Дои:10.1016 / j.cub.2012.05.056. PMID  22748314.
  12. ^ ДасСарма, С. «Экстремальные галофилы - модели для астробиологии». Журнал Microbe. 2006. Том 1, № 3, стр. 120–126.

дальнейшее чтение

Научные книги

внешняя ссылка