Scalindua Wagneri - Scalindua wagneri

Candidatus Scalindua Wagneri
Научная классификация
Королевство:
Бактерии
Подразделение:
Планктомицеты
Класс:
Планктомицетия
Порядок:
Planctomycetales
Семья:
Brocadiceae
Род:
Скалиндуа
Виды:
Вагнери
Биномиальное имя
Candidatus Scalindua Wagneri
Шмид, и другие. 2003.

Candidatus Scalindua Wagneri это Грамотрицательный кокковидная бактерия, впервые выделенная на очистных сооружениях.[1] Эта бактерия является облигатной анаэробный хемолитотроф который подвергается анаэробному окислению аммония (анаммокс ).[1] Его можно использовать при очистке сточных вод в азотных реакторах для удаления азотсодержащих отходов из сточных вод, не внося фиксированных потерь азота и парниковый газ эмиссия.[2]

Характеристика

Candidatus Scalindua wagneri - это коккоид -образная бактерия диаметром 1 мкм.[1] Как и другие Планктомицеты, S. wagneri - это Грамотрицательный и не имеет пептидогликан в его клеточная стенка.[1] Кроме того, бактерия содержит две внутренние мембраны вместо одной внутренней мембраны и одной внешней мембраны, окружающей клеточную стенку.[3] Некоторые из ближайших соседей - это другие виды нового рода Scalindua, такие как Candidatus S. sorokinii и Candidatus S. brodae.[1] Другие соседи включают Candidatus Kuenenia stuttgartiensis и Candidatus Brocadia anammoxidans.[1] S. wagneri и его род имеют лишь около 85% сходства с другими членами его эволюционной линии, что позволяет предположить, что он отдаленно родственен другим анаэробным аммонийокисляющим (анаммокс) бактериям.[1]

Открытие

Маркус Шмид из лаборатории Строуса впервые обнаружил S. wagneri на свалке фильтрат очистные сооружения, расположенные в Питси, Великобритания 1 августа 2001 г.[1] Эти бактерии удваивались примерно каждые три недели в лабораторных условиях, что делало их очень трудными для выделения.[1] Поэтому исследователи использовали 16S рРНК (рибосомная РНК ) генный анализ на биопленка проб сточных вод для обнаружения этих бактерий.[1] Они амплифицировали и изолировали ген 16S рРНК из биопленки, используя ПЦР и гель-электрофорез. Затем они клонированный ДНК в ТОПО векторов.[1] После того, как исследователи секвенировали ДНК, они выровняли последовательности гена 16S рРНК с геном база данных и обнаружила, что последовательности связаны с бактериями анаммокс.[1] Одна из последовательностей показала сходство на 93% с Candidatus Scalindua sorokinii, что предполагает принадлежность этой последовательности к новому виду в пределах рода Scalindua, и исследователи назвали ее Candidatus Scalindua wagneri после Майкла Вагнера, микроба эколог.[1]

Метаболизм

S. wagneri - облигатный анаэробный хемолитоавтотроф и проходит анаэробное окисление аммония (анаммокс) во внутрицитоплазматическом компартменте, называемом анаммоксосома.[1][3] Во время процесса анаммокса аммоний окисляется с использованием нитрит как акцептор электронов и формы диазот газ как продукт.[1] Предполагается, что этот механизм происходит за счет производства гидразин промежуточное использование гидроксиламин, который является производным нитрита.[1] Кроме того, S. wagneri использует нитрит в качестве донор электронов исправить углекислый газ и формы нитрат как побочный продукт.[1] Чтобы проверить метаболический свойства S. wagneri, Nakajima и другие. провели тесты активности анаммокса с использованием соединений азота, помеченных 15Изотопы N и измерил 28N2, 29N2, и 30N2 концентрации через 15 дней.[4] Исследователи обнаружили, что концентрация 28N2 и 29N2 газов значительно увеличилось.[4] Эти результаты показывают, что аммиак и нитрит используются в равных количествах для получения 29N2, и денитрификация одновременно происходит с метаболизмом анаммокса.[4]

Геном

В настоящее время геномная информация о S. wagneri очень ограничена.[5] Текущие последовательности генома были собраны из ДНК, выделенной из бактерий, растущих в реакторе морских анаммокс-бактерий (МАБ).[4] Затем гены 16S рРНК в ДНК были амплифицированы с использованием специфической олигонуклеотид грунтовка для Planctomycetales, разделены с помощью гель-электрофореза и секвенированы с использованием секвенатора CEQ 2000 DNA.[4] Анализ последовательностей гена 16S рРНК выполняли с помощью программы GENETYX, а выравнивания и филогенетические деревья проводили с использованием ВЗРЫВ, CLUSTALW и присоединение соседа соответственно.[4] Чтобы лучше понять геном, S. wagneri можно сравнить с одним из наиболее известных его родственников. Например, Candidatus Scalindua profunda имеет длину генома 5,14 миллиона пар оснований с Содержимое GC 39,1%.[6] Нет никакой геномной информации о длине или% содержания GC для S. wagneri. Однако для его гена 16S рРНК существуют сотни частичных последовательностей из 476 пар оснований.[5] С помощью флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) анализ, метод, используемый для обнаружения конкретных последовательностей ДНК на хромосомы, исследователям не удалось обнаружить гибридизацию между хромосомой S. wagneri и предполагаемым ДНК-зондом анаммокс.[1] Это говорит о том, что S. wagneri не очень похож на известные анаммокс-бактерии, поэтому исследователи отнесли эту бактерию к собственному роду.[1]

Экология

Хотя исследователи не могут выделить чистый культуры S. wagneri, как полагают, охватывает широкий ниша.[7] Используя анализ гена 16S рРНК, Шмид впервые обнаружил наличие бактерий в очистных сооружениях.[1] Другие исследователи также обнаружили доказательства гена 16S рРНК в нефтяном резервуаре, который хранится при температуре от 55 ° C до 75 ° C в дополнение к пресная вода и морской экосистемы, такие как эстуарии.[7][8]

Важность и полезные приложения

S. wagneri позволяет очистным сооружениям снизить эксплуатационные расходы при одновременном снижении неблагоприятного воздействия нитрификация и денитрификация на окружающую среду.[2] Эти бактерии вносят вклад в разработку новых технологий управления сточными водами, способствуя эффективному удалению азотистые соединения в сточных водах.[1] Обычно азотные реакторы используют как нитрификацию, так и денитрификацию для удаления азотистых отходов.[2] Эти процессы имеют высокие эксплуатационные расходы из-за постоянного обслуживания аэробный условия в реакторе.[2] Денитрификация также производит оксид азота (N2O), который представляет собой парниковый газ, вредный для окружающей среды.[9] Производство N2O способствует потере фиксированного азота, который регулирует биологические продуктивность из экосистемы.[10][11] Посредством инокуляции реакторов для сточных вод анаэробный S. wagneri, эксплуатационные расходы могут быть снижены примерно на девяносто процентов без образования парниковых газов.[2] Это позволяет улучшить управление сточными водами более экономичным способом, не внося вклад в изменение климата.[2][9]

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q р s т ты Шмид, Маркус; Уолш, Керри; Уэбб, Рик; Риджпстра, В. Ирен; ван де Па-Шунен, Катинка; Вербрюгген, Марк Ян; Хилл, Томас; Моффетт, Брюс; Фуэрст, Джон; Схоутен, Стефан; Sinninghe Damsté, Jaap S .; Харрис, Джеймс; Шоу, Фил; Джеттен, Майк; Строус, Марк (январь 2003 г.). "Candidatus" Scalindua brodae ", sp. Nov., Candidatus" Scalindua wagneri ", sp. Nov., Два новых вида анаэробных бактерий, окисляющих аммоний". Систематическая и прикладная микробиология. 26 (4): 529–538. Дои:10.1078/072320203770865837. PMID  14666981.
  2. ^ а б c d е ж Джеттен, Майк; Шмид, Маркус; Шмидт, Инго; ван Лосдрешт, Марк; Абма, Вибе; Kuenen, J. Gijs; Малдер, Ян-Виллем; Строус, Марк (2004). Биоразнообразие и применение анаэробных аммонийокисляющих бактерий. Европейский симпозиум по экологической биотехнологии. С. 21–26. ISBN  9789058096531. Получено 15 февраля 2016.
  3. ^ а б ван Нифтрик, Лаура А .; Fuerst, John A .; Дамсте, Яап С. Синнингхе; Kuenen, J. Gijs; Jetten, Mike S.M .; Строус, Марк (апрель 2004 г.). «Анамоксосома: внутрицитоплазматический компартмент в анаммокс-бактериях». Письма о микробиологии FEMS. 233 (1): 7–13. Дои:10.1016 / j.femsle.2004.01.044. PMID  15098544.
  4. ^ а б c d е ж Накадзима, Дж; Сакка, М; Кимура, Т; Фурукава, К; Сакка, К. (2008). «Обогащение анаммокс-бактерий из морской среды для строительства реактора биоремедиации». Прикладная микробиология и биотехнология. 77 (5): 1159–1166. Дои:10.1007 / s00253-007-1247-7. PMID  17965857.
  5. ^ а б "Скалиндуа вагнери". NCBI. NCBI. Получено 10 марта 2015.
  6. ^ ван де Фоссенберг, Джек; Woebken, Дагмар; Maalcke, Wouter J .; Wessels, Hans J. C. T .; Dutilh, Bas E .; Картал, Боран; Janssen-Megens, Eva M .; Roeselers, Guus; Ян, Цзя; Спет, Даан; Глерих, Джолейн; Гертс, Вим; ван дер Бизен, Эрвин; Плюк, Венди; Francoijs, Kees-Jan; Русь, Лина; Лам, Филлис; Malfatti, Stefanie A .; Триндж, Сюзанна Грин; Haaijer, Suzanne C.M .; Op den Camp, Huub J.M .; Stunnenberg, Henk G .; Аманн, Руди; Kuypers, Marcel M. M .; Джеттен, Майк С. М. (май 2013 г.). «Метагеном морской анаммокс-бактерии 'Scalindua profunda' иллюстрирует универсальность этой глобально важной бактерии азотного цикла». Экологическая микробиология. 15 (5): 1275–1289. Дои:10.1111 / j.1462-2920.2012.02774.x. ЧВК  3655542. PMID  22568606.
  7. ^ а б Ли, Хуэй; Чен, Шуо; Му, Бо-Чжун; Гу, Цзи-Донг (26 августа 2010 г.). «Молекулярное обнаружение анаэробных аммонийокисляющих бактерий (Anammox) в высокотемпературных нефтяных резервуарах». Микробная экология. 60 (4): 771–783. Дои:10.1007 / s00248-010-9733-3. ЧВК  2974184. PMID  20740282.
  8. ^ Penton, C.R .; Devol, A.H .; Тидже, Дж. М. (4 октября 2006 г.). «Молекулярные доказательства широкого распространения анаэробных бактерий, окисляющих аммоний, в пресноводных и морских отложениях». Прикладная и экологическая микробиология. 72 (10): 6829–6832. Дои:10.1128 / AEM.01254-06. ЧВК  1610322. PMID  17021238.
  9. ^ а б Hu, Z .; Lotti, T .; де Кройк, М .; Kleerebezem, R .; van Loosdrecht, M .; Kruit, J .; Jetten, M. S. M .; Картал, Б. (15 февраля 2013 г.). «Удаление азота с помощью биореактора Nitritation-Anammox при низкой температуре». Прикладная и экологическая микробиология. 79 (8): 2807–2812. Дои:10.1128 / AEM.03987-12. ЧВК  3623191. PMID  23417008.
  10. ^ Райт, Джоди Дж .; Konwar, Kishori M .; Халлам, Стивен Дж. (14 мая 2012 г.). «Микробная экология зон расширения кислородного минимума». Обзоры природы Микробиология. 10 (6): 381–394. Дои:10.1038 / nrmicro2778. PMID  22580367.
  11. ^ Moore, C.M .; Миллс, М. М .; Арриго, К. Р .; Берман-Франк, I .; Bopp, L .; Boyd, P.W .; Galbraith, E.D .; Гейдер, Р. Дж .; Guieu, C .; Jaccard, S.L .; Jickells, T. D .; La Roche, J .; Lenton, T. M .; Mahowald, N.M .; Marañón, E .; Маринов, И .; Мур, Дж. К .; Nakatsuka, T .; Oschlies, A .; Сайто, М. А .; Thingstad, T. F .; Цуда, А .; Уллоа, О. (31 марта 2013 г.). «Процессы и закономерности ограничения питательных веществ в океане». Природа Геонауки. 6 (9): 701–710. Bibcode:2013НатГе ... 6..701М. CiteSeerX  10.1.1.397.5625. Дои:10.1038 / ngeo1765.