Methanococcoides burtonii - Википедия - Methanococcoides burtonii
| Methanococcoides burtonii | |
|---|---|
| Научная классификация | |
| Домен: | |
| Королевство: | |
| Тип: | |
| Учебный класс: | |
| Заказ: | |
| Семья: | |
| Род: | |
| Разновидность: | М. burtonii |
| Биномиальное имя | |
| Methanococcoides burtonii Franzmann et al. 1993 г. | |
Methanococcoides burtonii это метилотрофный метаногенный Археон впервые выделен из озера Эйс в Антарктиде.[1] Его типовой штамм - DSM 6242.
М. burtonii является экстремофильный Археон семьи Methanosarcinaceae, семейство из трех родов кокковидных клеток.[2] Methanococcides burtonii адаптировался к жизни в Антарктиде, где он обитает в озере Эйс при постоянной температуре 1-2 ° C.[2] М. burtonii был впервые обнаружен австрийским лимнологом по имени Гарри Бертон.[2] Было определено, что оптимальная температура роста - 23 ° C.[2] М. burtonii способен расти на метилированных субстратах и выдерживает широкий диапазон температур роста (от <4 ° до 29 ° C).[2] Холодовая адаптация в М. burtonii включает специфические изменения липидной ненасыщенности мембран и гибких белков. М. burtonii представляют собой кокки неправильной формы, от 0 до 1,8 мкм в диаметре.[2] М. burtonii встречаются поодиночке или парами.[2] В течение Окрашивание по Граму, клетки лизей; они также лизируют гипотонический решения.[2] М. burtonii подвижны с одним жгутик, а также отсутствие структур хранения и внутренних мембран в цитоплазма.[2] М. burtonii представляют собой колониеобразующие археи, обычно встречающиеся в круглых и выпуклых колониях диаметром менее 1 миллиметра.[2] Ячейки М. burtonii флуоресцирует синим цветом при воздействии УФ-излучения.[2] Оптимальный начальный pH для роста - 7,7.[2] Два вещества, стимулирующие рост, - это дрожжевой экстракт и триптиказо-соевый агар.[2] М. burtonii Было обнаружено, что клетки устойчивы к пенициллину, ампициллину, тетрациклину, ванкомицину и эритромицину.[2] Хотя он развил способность поддерживать себя в среде, которая считается «экстремофильной» для архей (1-2 ° C), М. burtonii оптимально растет при 23 ° C. М. burtonii является обязательным метилотрофным метаногеном, способным использовать метиламины и метанол, но нет форматировать, H2CO2, или же ацетат для роста.[2] Метан это парниковый газ, и метаногены играть важную роль в глобальное потепление и глобальный углеродный цикл за счет производства метана.
Холодная адаптация
М. burtonii терморегулируются, что подчеркивает роль производства энергии и биосинтез пути играют в адаптации к холоду.[3] протеомные исследования показывает, что клеточные уровни субъединицы E выше во время роста при низких температурах.[3] Это может указывать на то, что субъединица E выполняет определенную роль в регуляции транскрипция генов, участвующих в низкотемпературном росте или в облегчении транскрипции при низкой температуре в целом.[3] М. burtonii имеют регуляторные механизмы, напоминающие механизмы, обнаруженные в генах РНК-геликазы, индуцированной холодовым шоком Кишечная палочка. Таким образом, эти механизмы имеют сходство с бактериальными методами адаптации к холоду.[3] М. burtonii снизились уровни DnaK и повышенный уровень PPIase при 4 градусах Цельсия, что, возможно, указывает на сворачивание белка является термочувствительным процессом и может способствовать его адаптации к холоду.[3] Ряд генов, участвующих в метаногенез терморегулируются, и регулирование включает экспрессию генов в опероны, модификация белка, и синтез Пирролизин содержащий TMA -MT.[3] При 4 ° C более высокие уровни белка и / или мРНК экспрессируются для генов, участвующих в метаногенезе, который производит движущая сила протона который управляет клеточными процессами, включая Синтез АТФ, и пути из ацетил-КоА ведущий к метаболизм аминокислот.[3] М. burtonii повысили уровень GDH и GAPDH (ключевые ферменты в азотном и углеродном обмене) при 4 ° C, что указывает на то, что существует эффективная регуляция фундаментальных процессов углеродного и азотного метаболизма в соответствии с эволюцией организма для роста на холоде.[3]
Структура мембраны и гибкие белки
Известно, что Археи представляют собой значительную долю микробной биомассы в «холодных» средах, то есть в озере Эйс, где М. burtonii был открыт.[4]При понижении температуры окружающей среды липидный бислой становится жестким в большинстве дикого типа организмы.[4] Однако было обнаружено, что увеличение доли ненасыщенные жирные кислоты в мембране может поддерживать жидкокристаллическое состояние.[4]Для этого используется фермент десатураза.[4] De novo синтез обеспечивает постоянную адаптацию к холоду, как это наблюдается в М. burtonii.[4] Было определено, что наличие ненасыщенных диэфирных липидов (НДЛ) обеспечивает механизм адаптации к холоду у архей.[4] Некоторые UDL были обнаружены у M. burtonii.[4] Эти UDL чувствительны к температуре, и их выращивание при различной температуре влияет на скорость ненасыщенности в мембране.[4] Таким образом, это свидетельствует о том, что М. burtonii имеет возможность контролировать свои текучесть мембраны (по температуре).[4] Таким образом, эта способность обеспечивает вероятный путь к адаптации архей к холоду.[4] Другие молекулы, потенциально ответственные за ненасыщенность мембраны и, следовательно, за адаптацию к холоду, являются: изопреноид боковые цепи.[4] Два специфических фермента, ацетоацетил-КоА тиолаза и HMG-CoA синтаза были обнаружены для участия в мелавонатный путь в М. burtonii.[4] Полученные таким образом изопреноидные цепи полностью ненасыщены. Повышенное содержание незаряженных полярных аминокислот, особенно Gln и Thr и более низкое содержание гидрофобных аминокислот, особенно Лея были найдены в M.burtonii.[5] GC-контент является основным фактором, влияющим тРНК стабильность в этом организме.[5]Подход протеомики с использованием двумерная хроматография -масс-спектрометрии нашел крупный фосфолипиды были археолфосфатидилглицерин, археолфосфатидилинозитол, гидроксиархеолфосфатидилглицерин и гидроксиархеолфосфатидилинозитол.[4] Все классы фосфолипидов содержат ряд ненасыщенных аналогов, степень ненасыщенности которых зависит от класса фосфолипидов.[4] Доля ненасыщенных липидов из клеток, выращенных при 4 ° C, была значительно выше, чем из клеток, выращенных при 23 ° C.[4] 3-гидрокси-3-метилглутарил-кофермент А-синтаза, фарнезилдифосфат-синтаза и геранилгеранилдифосфат-синтаза были идентифицированы в экспрессируемом протеоме, и большинство генов, участвующих в мевалонатном пути и процессах, ведущих к образованию фосфатидилинозитола и фосфатидилглицероловой последовательности, были идентифицированы в последовательности генов .[5]
М. burtonii ICAT Proteome: белковые экстракты из М. burtonii культуры, выращенные при 4 ° C и 23 ° C, метили реагентом ICAT и расщепляли трипсином. Меченные ICAT пептиды выделяли с помощью аффинной хроматографии. Идентифицировано 163 белка.[6]
Структура и эволюция генома
Секвенирование генома для М. burtonii выявили единственную кольцевую хромосому, включающую 2 575 832 пары оснований.[7] В М. burtonii Геном характеризуется более высоким уровнем аберрантных последовательностей в составе, чем любой другой архон.[7] М. burtonii обладает способностью уравновешивать сильно искаженное содержание аминокислот, сохраняя кодон использование.[7] Это был важный эволюционный шаг в адаптации к холоду. В исследовании с использованием COG_scrambler ряд важных наборов генов в М. burtonii были перепредставлены.[7] Примечательно, что чрезмерно представленные COG состояли из гистидина, передающего сигнал. киназы, АТФазы суперсемейства REC-A и Che-Y-подобные регуляторы ответа, а также многочисленные транспозазы.[7] Более того, по сравнению с наборами генома архей М. burtonii's геном чрезмерно представлен наборами генов в механизмах защиты и подвижности, в то время как недостаточно представлен в категориях нуклеотид трансляция и метаболизм нуклеотидов.[7]
ABC Transporters
М. burtonii имеет явное отсутствие идентифицируемых транспортеров ABC для пептиды.[7] Отсутствие идентифицируемой пермеазы ABC-переносчика пептидов составляет основное различие между М. burtonii и другие члены его семьи: Methanosarcineae.[7] Следовательно, это отсутствие транспорта пептидов сопровождает их неспособность использовать пептиды для роста.[7]
Метаболизм
М. burtonii имеет способность для гликолиз и глюконеогенез.[7] Он производит ацетил-КоА из метил-тетрагидросарцинаптерина и диоксида углерода.[7] Фермент, используемый в этом пути: угарный газ дегидрогеназа / ацетил-КоА-синтаза.[7]
М. burtonii обладает рибулозой типа III, 1-5-бисфосфаткарбоксилазой / оксигеназой, однако идентифицируемого гена фосфорибулокиназы обнаружено не было.[7] Следовательно, М. burtonii не может выполнить фиксацию углерода с помощью RubisCO.[7] Также, М. burtonii имеет АДФ-зависимые сахарные киназы, используемые в гликолизе.[7] Когда уровень энергии низкий и / или окружающая среда анаэробна, М. burtonii использует АТФ через этот путь, учитывая способность синтеза АТФ через 3-ПГА.[7]
Синтез аминокислот
М. burtonii производит цистеин через тРНК-зависимый путь и путь O-ацетилсерина.[7] Пирролизин производится с использованием фермента пирролизил-тРНК синтетазы.[7]
Метаногенез
М. burtonii получает свою энергию от окисления метильных групп до диоксида углерода и восстановления до метана; отсюда его называют «обязательный метилотрофный метаноген». Для метаногенов рост в присутствии водорода требует трех отдельных гидрогеназы: ECh, Frh / Fre и Vho; М. burtonii не содержит ни одного из них.[7] М. burtonii не использует формиат, H2: CO2 или ацетат для роста.[3]
Передача сигнала
Геном М. burtonii также включает хемотаксис механизм, состоящий из белка хемотаксиса, хемотаксиса гистидинкиназа CheA и регулятор ответа хемотаксиса.[7] М. burtonii участвует в восприятии окружающей среды посредством различных протеинкиназ.[7] М. burtonii представляет собой строгий анаэроб, обладающий внутриклеточными киназами, которые используются для распознавания кислорода. Эти киназы также распознают другие элементы, важные для его выживания.[7]
Рекомендации
- ^ Franzmann, P.D .; Springer, N .; Ludwig, W .; Conway De Macario, E .; Роде, М. (1992). «Метаногенный археон из озера Эйс, Антарктида: Methanococcoides burtonii sp. Nov». Систематическая и прикладная микробиология. 15 (4): 573–581. Дои:10.1016 / S0723-2020 (11) 80117-7. ISSN 0723-2020.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о Franzmann, P.D .; Springer, N .; Ludwig, W .; Conway de Macario, E .; и другие. (1992). «Метаногенный археон из озера Эйс, Антарктида: Methanococcoides burtonii sp. Nov». Syst. Appl. Микробиол. 15 (4): 573–581. Дои:10.1016 / s0723-2020 (11) 80117-7.
- ^ а б c d е ж грамм час я Гудчайлд, Эмбер; Saunders, N .; Ertan, H .; Рафтери, М .; Guilhaus, M .; Curmi, P .; Кавиккиоли, Р. (2004). «Протеомное определение адаптации к холоду в антарктическом археоне Methanococcoides burtonii». Молекулярная микробиология. 53 (1): 309–321. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2004.04130.x. PMID 15225324.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о Николс, Дэвид; Miller, M .; Davies, N .; Goodchild, A .; и другие. (2004). «Адаптация к холоду у антарктического архея Methanococcoides burtonii связана с ненасыщением мембранных липидов». Журнал бактериологии. 186 (24): 8508–8515. Дои:10.1128 / JB.186.24.8508-8515.2004. ЧВК 532414. PMID 15576801.
- ^ а б c Сондерс, Нил; Thomas, T .; Curmi, P.M.G .; Mattick, J.S .; и другие. (2003). «Механизмы термической адаптации, выявленные на основе геномов антарктических архей Methanogenium frigidum и Methanococcoides burtonii». Геномные исследования. 13 (7): 1580–1588. Дои:10.1101 / гр.1180903. ЧВК 403754. PMID 12805271.
- ^ Гудчайлд, Эмбер; Кавиккиоли, Рикардо; Гильхаус, Майкл; Рафтери, Марк; и другие. (2005). «Холодная адаптация антарктического архея Methanococcoides burtonii, оцененная протеомикой с использованием ICAT». Журнал протеомных исследований. 4 (2): 473–480. Дои:10.1021 / pr049760p. PMID 15822924.
- ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v Аллен, Мишель; Lauro, F .; Wiliams, T .; Burg, D .; и другие. (2009). «Последовательность генома психрофильного аркеона, Methanococcoides burtonii: роль эволюции генома в адаптации к холоду». Журнал ISME. 3 (9): 1012–1035. Дои:10.1038 / ismej.2009.45. PMID 19404327.
дальнейшее чтение
- Полдень, К. Р .; Guymon, R .; Crain, P. F .; McCloskey, J. A .; Thomm, M .; Lim, J .; Кавиккиоли, Р. (2003). «Влияние температуры на модификацию тРНК у архей: Methanococcoides burtonii (Оптимальная температура роста [Topt], 23 ° C) и Stetteria Hydrophila (Topt, 95 ° C)». Журнал бактериологии. 185 (18): 5483–5490. Дои:10.1128 / JB.185.18.5483-5490.2003. ISSN 0021-9193. ЧВК 193749. PMID 12949100.
- Гудчайлд А; Стропила М; Сондерс Н.Ф .; Guilhaus M; и другие. (2004). «Биология адаптированного к холоду архея Methanococcoides burtonii определена протеомикой с использованием жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии». Журнал протеомных исследований. 3 (6): 1164–76. Дои:10.1021 / pr0498988. PMID 15595725.
- Allen MA; Лауро FM; Williams TJ; и другие. (Сентябрь 2009 г.). «Последовательность генома психрофильного архея Methanococcoides burtonii: роль эволюции генома в адаптации к холоду». Журнал ISME. 3 (9): 1012–35. Дои:10.1038 / ismej.2009.45. PMID 19404327.
- Гудчайлд А; Сондерс Н.Ф .; Ertan H; и другие. (Июль 2004 г.). «Протеомное определение адаптации к холоду у антарктического архея Methanococcoides burtonii». Молекулярная микробиология. 53 (1): 309–21. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2004.04130.x. PMID 15225324.
- Дхаунта, Нирадж; Арора, Каника; Chandrayan, Sanjeev K .; Гуптасарма, Пумананда (июнь 2013 г.). «Введение сети ионных пар из термофильных источников в четвертую бета / альфа-единицу полученной из психофилов триозофосфат-изомеразы из Methanococcoides burtonii значительно увеличивает ее кинетическую термическую стабильность». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика. 1834 (6): 1023–1033. Дои:10.1016 / j.bbapap.2013.01.001. PMID 23328412. Получено 2014-11-11.
