Альканиворакс боркуменсис
| Альканиворакс боркуменсис | |
|---|---|
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Псевдомонадота |
| Сорт: | Гаммапротеобактерии |
| Заказ: | Океаноспириллы |
| Семья: | Альканивораковые |
| Род: | Альканиворакс |
| Разновидность: | А. боркуменсис
|
| Биномиальное имя | |
| Альканиворакс боркуменсис Yakimov et al. 1998 [ 1 ]
| |
| Тип штамма | |
| АТСС 700651 СИП 105606 | |
Alcanivorax borkumensis — алканы , разлагающая морская бактерия , которая естественным образом размножается и становится преобладающей в морской воде , содержащей сырую нефть , при азота и фосфора . питательных веществ добавлении [ 2 ] [ 3 ]
Описание
[ редактировать ]A. borkumensis — палочковидная бактерия без жгутиков , которая получает энергию в основном за счет потребления алканов (разновидность углеводородов ). Он аэробный , то есть использует кислород для получения энергии, и галофильный , то есть склонен жить в средах, содержащих соль, например, в соленой океанской воде. Он также грамотрицательен , что, по сути, означает, что у него относительно тонкая клеточная стенка. Он также неподвижен; однако другие организмы, принадлежащие к тому же роду, подвижны с помощью жгутиков . [ 4 ] [ 1 ]
Открытие
[ редактировать ]Микроорганизм был обнаружен недалеко от острова Боркум (отсюда и эпитет borkumensis ) Центром исследований инфекций имени Гельмгольца и Техническим университетом Брауншвейга. [ 5 ] а в 2006 году они и Университет Билефельда определили базовую последовательность генома бактерии . [ 6 ]
Геном
[ редактировать ]Геном собой представляет A. borkumensis одну кольцевую хромосому , содержащую 3 120 143 пары оснований. Он хорошо приспособлен к разложению нефтяного масла . Например, определенная последовательность генома кодирует деградацию определенного ряда алканов. Геном A. borkumensis имеет множество последовательностей, каждая из которых кодирует разные типы алканов, что позволяет ему быть легко адаптируемым и универсальным. Его геном также содержит инструкции по образованию биосурфактантов, которые помогают в процессе деградации. Чтобы противостоять внешним угрозам, геном A. borkumensis также кодирует несколько защитных механизмов. важно справляться с высокими концентрациями ионов натрия (например, в океанской воде) и защищать от УФ-излучения, испытываемого на поверхности Земли Для бактерий A. borkumensis , и в их геноме есть способы решения обеих этих проблем. [ 7 ]
Экология
[ редактировать ]A. borkumensis в природе встречается в морской воде. Он чаще встречается в океанических районах, содержащих нефтяную нефть (будь то разливы, природные месторождения или другие источники), хотя в небольших количествах его можно обнаружить в незагрязненной воде. Он был обнаружен по всему миру в различных местах, как в прибрежных, так и в океанических средах. Он также может процветать в районах с сильными приливами и другими морскими течениями. Встречается только на поверхности воды или вблизи нее. A. borkumensis может жить при солености от 1,0 до 12,5% и температуре от 4 до 35 ° C. [ 1 ] Обилие A. borkumensis в загрязненной нефтью среде объясняется тем, что бактерии используют соединения нефти в качестве источника энергии, поэтому популяции A. borkumensis естественным образом процветают при разливах нефти или в других подобных местах. A. borkumensis превосходит другие виды Alcanivorax рода , вероятно, благодаря своей очень гибкой ДНК и метаболизму . A. borkumensis также превосходит другие организмы, разлагающие алканы, такие как Acinetobacter venetianus . Через определенный период времени в маслянистой и соленой среде, содержащей A. borkumensis и Acinetobacter venetianus , в конечном итоге будет доминировать A. borkumensis , поскольку A. borkumensis может потреблять более широкий спектр алканов, чем другие известные виды. [ 8 ]
Метаболизм
[ редактировать ]A. borkumensis в основном использует алканы в качестве источника энергии/углерода, но может использовать и некоторые другие органические соединения . В отличие от большинства других клеток, она не может потреблять более распространенные вещества, такие как сахара или аминокислоты, в качестве источника энергии. Это происходит из-за отсутствия генов, кодирующих активные или пассивные переносчики углеводов, и, следовательно, из-за неспособности потреблять мономерные сахара. [ 9 ]
У A. borkumensis выполняет ряд различных ферментов окислять молекулы алканов . Аэробный метаболизм алканов осуществляется по терминальному пути окисления алканов, при котором монооксигеназы инициируют окисление концевых атомов углерода. Этот последовательный путь сначала производит спирты, затем алкоголь и альдегиддегидрогеназы и, в конечном итоге, альдегиды и жирные кислоты соответственно. [ 10 ]
После разлива нефти можно наблюдать огромный дисбаланс в соотношениях углерод/азот и углерод/фосфор. Для этого у A. borkumensis имеется множество транспортных белков, которые позволяют быстро усваивать ключевые питательные вещества, которых не хватает в окружающей среде. [ 9 ] Для увеличения скорости роста популяции A. borkumensis бактерий фосфорные в среду можно добавлять и азотистые соединения. Эти вещества действуют как удобрение для бактерий и помогают им расти более быстрыми темпами.
A. borkumensis и биосурфактанты
[ редактировать ]Когда бактерии A. borkumensis используют алканы или пируват в качестве источника энергии, каждая клетка образует биосурфактант . Биосурфактант — это дополнительный слой материала, который образуется вдоль клеточной мембраны. Вещества, входящие в состав биосурфактанта A. borkumensis, могут снижать поверхностное натяжение воды, что способствует разложению нефти. Они также являются эмульгаторами , которые в дальнейшем служат для создания масляно-водной эмульсии, делая масло более растворимым. A. borkumensis образует биопленку вокруг капли нефти в морской воде и начинает использовать биоповерхностно-активные вещества и метаболизм для разложения нефти до водорастворимого вещества. [ 11 ]
Биотехнологические приложения
[ редактировать ]Роль в биоразложении нефти
[ редактировать ]Нефтяное масло токсично для большинства форм жизни, а загрязнение окружающей среды нефтью вызывает серьезные экологические проблемы. Значительное количество нефтяного масла, попадающего в море, уничтожается в результате микробной биодеградации микробных сообществ. Будучи недавно обнаруженным углеводородокластиком, A. borkumensis способен разлагать нефть в морской воде. У гидрокарбонатно-областного слова есть корень «обломочный», означающий, что он может разделить что-то на части (в данном случае углеводороды ). Сырая нефть, или нефтепродукты, преимущественно состоит из углеводородов — продукта, состоящего из длинной цепочки атомов углерода, присоединенных к атомам водорода. В то время как большинство организмов используют сахара или аминокислоты в качестве источника углерода/энергии, A. borkumensis использует в своем метаболическом процессе алканы, тип углеводородов. Такая диета позволяет A. borkumensis процветать в морской среде, пострадавшей от разливов нефти . Благодаря своему метаболизму A. borkumensis может расщеплять нефть на безвредные соединения. Эта способность делает этот конкретный вид основным потенциальным источником биоремедиация загрязненной нефтью морской среды .
Потенциал в качестве средства против разлива нефти.
[ редактировать ]Разливы нефти могут произойти во время транспортировки нефти или во время добычи . Такие разливы могут привести к сбросу значительных объемов нефти в океан и загрязнению окружающей среды, влияя на экосистемы как на ближнем, так и на дальнем расстоянии.
Обычно для полного восстановления экосистемы (если вообще) после разлива нефти требуется много лет, поэтому ученые ищут способы ускорить очистку территорий, пострадавших от разлива нефти. До сих пор в большинстве усилий используется прямое участие/труд человека для физического удаления нефти из окружающей среды. Однако A. borkumensis представляет собой возможную альтернативу. Поскольку A. borkumensis естественным образом расщепляет молекулы нефти до экологически чистого состояния, это поможет экосистемам быстро восстановиться после катастрофического разлива нефти. Эти организмы также естественным образом растут в загрязненной нефтью морской воде, поэтому являются местными видами. Если бы процесс, который A. borkumensis использует для расщепления нефти, можно было ускорить или сделать более эффективным, это помогло бы восстановлению экосистем. Некоторые примеры включают стимулирование роста A. borkumensis (посредством внесения фосфорных и азотных удобрений), чтобы большее их количество расщепляло нефть, или стимулирование метаболизма A. borkumensis , чтобы они метаболизировались быстрее и активнее. [ 1 ]
Потенциал производства биополимеров
[ редактировать ]Разрушив ген тиоэстеразы ацил-коэнзима А (КоА), Сабирова и ее коллеги смогли мутировать в организме и заставить его гиперпродуцировать полигидроксиалканоаты (ФГА). Затем они смогли относительно легко восстановить большие количества PHA, которые были высвобождены мутантом Alcanivorax из культуральной среды. [ 10 ] Раньше для извлечения PHA из внутриклеточных гранул приходилось использовать дорогостоящие и экологически опасные растворители. Это позволяет производить экологически чистые полимеры на заводах, использующих мутантный алканиворакс . [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Якимов Михаил М.; и др. (1998). « Alcanivorax borkumensis gen. nov., sp. nov., новая морская бактерия, разлагающая углеводороды и продуцирующая поверхностно-активные вещества» (PDF) . Международный журнал систематической бактериологии . 48 (2): 339–348. дои : 10.1099/00207713-48-2-339 . ПМИД 9731272 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Мартиньш ВАП; и др. (2008). «Геномный взгляд на биоразложение нефти в морских системах» . Микробная биодеградация: геномика и молекулярная биология . Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-17-2 .
- ^ Касаи Юки (2002). «Преимущественный рост штаммов Alcanivorax в загрязненной нефтью и обогащенной питательными веществами морской воде». Экологическая микробиология . 4 (3): 141–147. дои : 10.1046/j.1462-2920.2002.00275.x . ПМИД 12000314 .
- ^ «Фернандес-Мартинес, Хавьер и др. «Описание Alcanivorax venustensis sp. Ноябрь и реклассификация Fundibacter jadensis DSM 12178 Т (Брюнс и Берте-Корти, 1999) как гребешок Alcanivorax jadensis . nov., представители исправленного рода Alcanivorax .» International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 53 (2003): 331–338» . Архивировано из оригинала 21 августа 2009 г. Проверено 27 апреля 2011 г.
- ^ Михаил М. Якимов, Петр Н. Голышин, Зигмунд Ланг, Эдвард Р.Б. Мур, Вольф-Райнер Абрахам | Название = Alcanivorax borkumensis gen. ноябрь, сп. ноябрь, новая морская бактерия, разлагающая углеводороды и продуцирующая поверхностно-активные вещества | Коллекция = Международный журнал систематической бактериологии | Том = 48 | Номер = 2 | Год = 1998 | Страницы = 339–348 | DOI = 10.1099/00207713-48- 2-339
- ^ Сюзанна Шнайкер, Витор А. П. Мартинс душ Сантос, Даниэла Бартельс, Томас Бекель, Мартина Брехт, Йенс Бурместер, Татьяна Н. Черникова, Рената Денаро, Мануэль Феррер, Кристоф Гертлер, Александр Гёсманн, Ольга В. Голышина, Филип Камински, Амит Н. Хачане, Зигмунд Ланг, Буркхард Линке, Элис С. МакХарди, Фолкер Мейер, Тарас Нечитайло, Альфред Пюлер, Даниэла Регенхардт, Оливер Рупп, Юлия С. Сабирова, Вернер Сельбичка, Михаил М. Якимов, Кеннет Н. Тиммис, Франк-Йорг Форхолтер, Стефан Вайднер, Олаф Кайзер, Питер Н. Голышин: Последовательность генома вездесущего углеводорода. разлагающая морская бактерия Alcanivorax borkumensis . В: Природная биотехнология , том 24, 2006 г., стр. 997–1004. дои : 10.1038/nbt1232 .
- ^ [1] , Шнайкер, Сюзанна и др. «Последовательность генома вездесущей морской бактерии Alcanivorax borkumensis, разлагающей углеводороды ». Природная биотехнология 24.8 (2006): 997-1004.
- ^ Хара Акихиро (2003). « Алканиворакс , который преобладает в загрязненной нефтью морской воде, проявляет широкую субстратную специфичность в отношении разложения алканов». Экологическая микробиология . 5 (9): 746–753. дои : 10.1046/j.1468-2920.2003.00468.x . ПМИД 12919410 .
- ^ Перейти обратно: а б с Якимов Михаил М; Тиммис, Кеннет Н; Голышин, Петр Н (июнь 2007 г.). «Облигатные морские бактерии, разлагающие нефть». Современное мнение в области биотехнологии . 18 (3): 257–266. CiteSeerX 10.1.1.475.3300 . doi : 10.1016/j.copbio.2007.04.006 . ПМИД 17493798 .
- ^ Перейти обратно: а б Сабирова Юлия С.; Феррер, Мануэль; Люнсдорф, Генрих; Рэй, Виктор; Кальшойер, Райнер; Штайнбюхель, Александр; Тиммис, Кеннет Н.; Голышин, Петр Н. (15 декабря 2006 г.). «Мутация в гене тиоэстеразы, специфичной для гидроксиацил-коэнзима А, подобного tesB, вызывает гиперпродукцию внеклеточных полигидроксиалканоатов Alcanivorax borkumensis SK2» . Журнал бактериологии . 188 (24): 8452–8459. дои : 10.1128/jb.01321-06 . ISSN 0021-9193 . ПМК 1698222 . ПМИД 16997960 .
- ^ Аббаси, Акрам; Ботун, Джеффри Д.; Бозе, Ариджит (16 апреля 2018 г.). «Прикрепление Alcanivorax borkumensis к каплям эмульсии гексадекана в искусственной морской воде». Ленгмюр . 34 (18): 5352–5357. doi : 10.1021/acs.langmuir.8b00082 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 29656641 .