Галоферакс вулканический
| Галоферакс вулканический | |
|---|---|
 | |
| Выращенная в лаборатории культура Haloferax volcanii, визуализированная под агарозной подушечкой с помощью фазово-контрастной микроскопии. | |
| Научная классификация | |
| Домен: | |
| Королевство: | |
| Тип: | |
| Сорт: | |
| Заказ: | |
| Семья: | |
| Род: | |
| Разновидность: | Х. вулкании |
| Биномиальное имя | |
| Галоферакс вулканический (Муллаханбхай и Ларсен, 1975 г.) Торребланка и др., 1986 г. | |
| Синонимы | |
| |
Haloferax volcanii — вид организмов рода Haloferax в архее .
Описание и значение
[ редактировать ]H. volcanii — галофильный мезофильный архей, которого можно выделить из гиперсоленой среды, такой как Мертвое море, Большое Соленое озеро и океаническая среда с высоким содержанием хлорида натрия. Haloferax volcanii примечателен тем, что его можно без особого труда культивировать, что является редкостью для экстремофила. H. volcanii является хемоорганотрофом, метаболизирующим сахара в качестве источника углерода. [2] Он преимущественно аэробный, но способен к анаэробному дыханию в бескислородных условиях. [3] Недавно изолят этого вида изучали исследователи из Калифорнийского университета в Беркли в рамках проекта по выживанию галоархей на Марсе.
Структура генома
[ редактировать ]Геном H. volcanii состоит из большой (4 Мб ) многокопийной хромосомы и нескольких мегаплазмид. Полный геном штамма дикого типа H. volcanii (DS2) состоит примерно из 4130 генов. [4]
Геном был полностью секвенирован, и в 2010 году была опубликована статья, обсуждающая его. [5] Молекулярная биология H. volcanii широко изучалась в течение последнего десятилетия 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 интенсивному горизонтальному переносу генов посредством механизма «спаривания» - слияния клеток.
Структура клетки и метаболизм
[ редактировать ]Размножение H. volcanii происходит бесполым путем путем бинарного деления. Эта практика аналогична практике других архей и, более того, бактерий.
Как и многие археи, клетки H. volcanii зависит от других механизмов, таких как S-слой и белки цитоскелета. не имеют клеточной стенки и, следовательно, структура [6] Отдельный архей H. volcanii может иметь диаметр от 1 до 3 микрометров. [7] Они плеоморфны и по мере старения культуры обычно переходят от подвижных удлиненных палочек к стационарным формам дисков, образующих биопленку. [8] Кроме того, биопленки, образуемые H. volcanii, способны быстро образовывать соты при воздействии изменений влажности. [9] Мембраны этого организма состоят из типичных эфир-связанных мембранных липидов, встречающихся только у архей, а также содержат высокий уровень каротиноидов, включая ликопин, который придает им характерный красный цвет.
H. volcanii использует соль для поддержания осмостаза, а не типичный метод совместимых растворенных веществ, наблюдаемый у бактерий. Этот метод предполагает поддержание высокого уровня ионов калия в клетке, чтобы сбалансировать ионы натрия снаружи. По этой причине H. volcanii имеет сложную систему ионной регуляции.
H. volcanii оптимально растет при температуре 42–45 °C в 1,5–2,5 М NaCl и сложной питательной среде. Он по-прежнему будет расти при 37 °C, но ему по-прежнему требуется концентрированный NaCl и комплексная среда. [4]
Благодаря соли в методе цитоплазматические белки структурируются так, чтобы сворачиваться в присутствии высоких концентраций ионов. По существу, они обычно имеют большое количество заряженных остатков на внешней части белка и очень гидрофобные остатки, образующие ядро. Эта структура значительно повышает их стабильность в соленой и даже высокотемпературной среде, но приводит к некоторой потере процессивности по сравнению с бактериальными гомологами.
H. volcanii дышит как единственный источник АТФ, в отличие от некоторых других галобатерий, таких как Halobacterium salinarum, они не способны к фотофосфорилированию , поскольку им не хватает необходимого бактериородопсина .
Экология
[ редактировать ]Изоляты H. volcanii обычно встречаются в водной среде с высокой соленостью, например, в Мертвом море. Их точная роль в экосистеме неясна, но углеводы, содержащиеся в этих организмах, потенциально служат многим практическим целям. Благодаря своей способности поддерживать гомеостаз, несмотря на окружающую соль, H. volcanii может сыграть важную роль в развитии биотехнологий. Поскольку вполне вероятно, что H. volcanii и аналогичные виды относятся к числу самых ранних живых организмов, они также предоставляют информацию, связанную с генетикой и эволюцией. [10]
Мертвое море
[ редактировать ]Мертвое море содержит очень высокую концентрацию солей натрия, магния и кальция. Такое сочетание делает море идеальной средой для экстремофилов, таких как H.volcanii. [11] В Мертвом море обитает разнообразное сообщество микроорганизмов, хотя полевые испытания, проведенные Капланом и Фридманом, показали, что H.volcanii имеет наибольшее численное присутствие в сообществе. [12] Летом обычно наблюдается большее количество галофилов, поскольку Мертвое море намного теплее, в среднем около 37 градусов по Цельсию, и, следовательно, больше способствует цветению бактерий. [13] К сожалению, Мертвое море становится менее гостеприимным для экстремофилов, таких как H. volcanii , из-за увеличения солености, вызванного как природными факторами, так и деятельностью человека. является преобладающей средой обитания Поскольку Haloferax volcanii , изменение солености подвергает этот вид риску.
Повреждение и восстановление ДНК
[ редактировать ]У прокариот геном ДНК организован в динамическую структуру — нуклеоид, встроенный в цитоплазму. Воздействие на Haloferax volcanii стрессов, повреждающих ДНК, вызывает уплотнение и реорганизацию нуклеоида. [14] Компактирование зависит от белкового комплекса Mre11-Rad50, который участвует в гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК. Дельмас и др. [14] предположил, что уплотнение нуклеоида является частью реакции на повреждение ДНК, которая ускоряет восстановление клеток, помогая белкам репарации ДНК находить цели и облегчая поиск неповрежденных последовательностей ДНК во время гомологичной рекомбинации.
Генетический обмен
[ редактировать ]Было показано, что H. volcanii может подвергаться процессу генетического обмена путем смешивания клеток на твердой нитроцеллюлозной мембране. Процесс трансдукции и трансформации был исключен, оставив конъюгацию в качестве потенциального механизма передачи. Считается, что этот механизм отличается от других известных форм, поскольку генетический обмен не кажется однонаправленным, как в классических формах конъюгации других прокариотических систем. [15]
Необходим длительный контакт между клетками, поскольку клетки, выращенные в жидких средах, при перемешивании не обнаруживают генетического переноса. [15] Эксперименты с электронной микроскопией позволили получить изображения клеток H. volcanii, прикрепленных друг к другу через множественные структуры, подобные цитоплазматическим мостикам. [16] и считается, что это очевидный метод генетического обмена. Белковый механизм, непосредственно участвующий в формировании этих мостов и переносе ДНК, еще предстоит открыть, хотя исследование, публикующее данные RNAseq, намекает на участие в этом различных белков. [17] Другие также показали, что манипулирование концентрацией соли в окружающей среде, [18] глобальное гликозилирование, [18] и липидирование клеточной поверхности [19] изменить скорость генетического переноса.
Было показано, что эта система конъюгации ДНК архей даже работает межвидовым образом, поскольку H. volcanii и близкородственный вид H. mediterranei способны обмениваться генетической информацией посредством этого процесса на уровне, аналогичном внутривидовому обмену. [20] Если не сделать выбор в пользу необходимости рекомбинации обменивающихся хромосом, рекомбинация не требуется для выживания обменивающихся клеток. Это может привести к образованию гибридных клеток, содержащих две разные хромосомы. [20]
CRISPR также может играть роль в регуляции этого генетического переноса, поскольку показано, что во время этого процесса клетки приобретают новые спейсеры в свои массивы CRISPR. [21]
Астробиология
[ редактировать ]Условия, в которых выживает Haloferax volcanii — высокая соленость и высокая радиация — очень похожи на условия, обнаруженные на поверхности Марса. Следовательно, этот организм в настоящее время используется для проверки выживаемости земных экстремофилов на Марсе. Достижения в этой области могут привести к лучшему пониманию возможности и развития внеземной жизни. [22]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ЛПСН - Список названий прокариот, стоящих в номенклатуре» . Немецкая коллекция микроорганизмов и клеточных культур . Проверено 14 июля 2022 г.
- ^ Орен, А. «Отряд Halobacteriales». Прокариоты: Справочник по биологии бактерий. 3-е изд. Нью-Йорк: Спрингер. 2006. стр. 113–164.
- ^ Заиглер А., Шустер С.С. и Соппа Дж. «Создание и использование микроматрицы ДНК с однократным покрытием для характеристики метаболизма археи Haloferax volcanii ». Молекулярная микробиология. 2003. Том 48, выпуск 4, стр. 1089–1105.
- ^ Jump up to: а б «Шлюз браузера генома UCSC» . archaea.ucsc.edu . Проверено 20 апреля 2017 г.
- ^ Хартман, Алабама; Норайс, К; Бэджер, Дж. Х.; Дельмас, С; Холденби, С; Мадупу, Р; Робинсон, Дж; Хури, Х; Рен, Кью; Лоу, ТМ; Мопен-Ферлоу, Дж; Польшредер, М; Дэниелс, К; Пфайффер, Ф; Аллерс, Т; Эйзен, Дж. А. (2010). «Полная последовательность генома Haloferax volcanii DS2, модельного архея» . ПЛОС ОДИН . 5 (3): е9605. Бибкод : 2010PLoSO...5.9605H . дои : 10.1371/journal.pone.0009605 . ПМК 2841640 . ПМИД 20333302 .
- ^ Даггин И., Эйлетт К., Уолш Дж. и др. Тубулиноподобные белки CetZ контролируют форму клеток архей. Природа 519, 362–365 (2015). https://doi.org/10.1038/nature13983
- ^ Гаррити, Г.М., Кастенхольц, Р.В., и Бун, Д.Р. (ред.) Руководство Берджи по системной бактериологии, Том первый: Археи, глубоко ветвящиеся и фототрофные бактерии. 2-е изд. Нью-Йорк: Спрингер. 2001. с. 316.
- ^ Уолш Дж.К., Ангстманн CN, Биссон-Фильо AW, Гарнер EC, Даггин И.Г., Курми PMG. Расположение плоскости деления у плеоморфных архей динамически связано с формой клеток. Мол Микробиол. Сентябрь 2019 г.; 112 (3): 785–799. дои: 10.1111/mmi.14316. Epub, 11 июня 2019 г. PMID 31136034; PMCID: PMC6736733.
- ^ Шиллер, Хизер, Стефан Шульце, Зуха Мутан, Шарлотта де Во, Каталина Ранси, Джессика Шварц, Теопи Радос, Александр В. Биссон Фильо и Мехтильд Польшредер. « Погруженные в жидкость биопленки Haloferax Volcanii развиваются независимо от известных механизмов создания биопленок и демонстрируют быстрое формирование сотовой структуры». BioRxiv, 1 января 2020 г., 18.07.2020.206797. https://doi.org/10.1101/2020.07.18.206797 .
- ^ См. веб-страницу NCBI о Галофераксе . Данные, извлеченные из «Ресурсы таксономии NCBI» . Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 19 марта 2007 г.
- ^ Орен, А. «Динамика численности галобактерий в толще воды Мертвого моря». Лимнология и океанография. 1983. Том 28, выпуск 6, стр. 1094–1103.
- ^ МУЛЛАКИАНБИИАЙ, М.Ф. И Х. ЛАРСЕН. 1975. Halobacterium volcanii spec. nov., галобактерия Мертвого моря с умеренной потребностью в соли. Арх. Микробиол. 104: 207-214.
- ^ НЕЕВ, Д., АНИ) К. 0. ЭМЕРИ. 1967. Мертвое море - Процессы осадконакопления и среда эвапоритов. Государство Израиль-Мин. Разв.-Гкол. Выж. Бык. 41.
- ^ Jump up to: а б Дельмас, С; Даггин, И.Г.; Аллерс, Т. (2013). « Повреждение ДНК вызывает уплотнение нуклеоида посредством комплекса Mre11-Rad50 у археи Haloferax volcanii» . Мол Микробиол . 87 (1): 168–79. дои : 10.1111/mmi.12091 . ПМЦ 3565448 . ПМИД 23145964 .
- ^ Jump up to: а б Меварех, М; Верчбергер, Р. (апрель 1985 г.). «Генетический перенос в Halobacterium volcanii» . Журнал бактериологии . 162 (1): 461–462. дои : 10.1128/jb.162.1.461-462.1985 . ISSN 0021-9193 . ПМК 219016 . ПМИД 3980444 .
- ^ Розеньшин И.; Челет, Р.; Меварех, М. (22 сентября 1989 г.). «Механизм переноса ДНК в системе спаривания архебактерий» . Наука . 245 (4924): 1387–1389. Бибкод : 1989Sci...245.1387R . дои : 10.1126/science.2818746 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 2818746 .
- ^ Маккей, Андреа М.; Луякис, Артемис С.; Рам-Мохан, Нихил; Гофна, Ури; Гогартен, Дж. Питер; Папке, Р. Тейн (18 декабря 2020 г.). «Понимание экспрессии генов меняется в условиях, которые способствуют горизонтальному переносу генов (спариванию) модельного архея» . Научные отчеты . 10 (1): 22297. Бибкод : 2020НатСР..1022297М . doi : 10.1038/s41598-020-79296-w . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 7749143 . ПМИД 33339886 .
- ^ Jump up to: а б Шалев, Ярден; Тургеман-Гротт, Израиль; Тамир, Ади; Эйхлер, Джерри; Гофна, Ури (2017). «Гликозилирование клеточной поверхности необходимо для эффективного спаривания Haloferax volcanii» . Границы микробиологии . 8 : 1253. дои : 10.3389/fmicb.2017.01253 . ISSN 1664-302X . ПМЦ 5496957 . ПМИД 28725221 .
- ^ Абдул Халим, Мохд Фарид; Пфайффер, Фридхельм; Цзоу, Джеймс; Фриш, Эндрю; Хафт, Дэниел; Ву, Си; Толич, Никола; Брюэр, Хизер; Пейн, Сэмюэл Х.; Паша-Толич, Лиляна; Польшредер, Мехтильд (июнь 2013 г.). «Археосортаза Haloferax volcanii необходима для подвижности, спаривания и C-концевого процессинга гликопротеина S-слоя» . Молекулярная микробиология . 88 (6): 1164–1175. дои : 10.1111/mmi.12248 . ISSN 1365-2958 . ПМИД 23651326 . S2CID 5756916 .
- ^ Jump up to: а б Наор, Адит; Лапьер, Паскаль; Меварех, Моше; Папке, Р. Тейн; Гофна, Ури (07 августа 2012 г.). «Низкие видовые барьеры у галофильных архей и образование рекомбинантных гибридов» . Современная биология . 22 (15): 1444–1448. дои : 10.1016/j.cub.2012.05.056 . ISSN 1879-0445 . ПМИД 22748314 . S2CID 12634287 .
- ^ Тургеман-Гротт, Израиль; Джозеф, Ширли; Мартон, Сэм; Эйзенштейн, Ким; Наор, Адит; Суси, Шеннон М.; Стахлер, Арис-Эдда; Шалев, Ярден; Заркор, Мор; Решеф, Лия; Альтман-Прайс, Нета; Марчфельдер, Анита; Гофна, Ури (январь 2019 г.). «Повсеместное приобретение памяти CRISPR, вызванное межвидовым спариванием архей, может ограничить перенос генов и повлиять на видообразование» . Природная микробиология . 4 (1): 177–186. дои : 10.1038/s41564-018-0302-8 . ISSN 2058-5276 . ПМК 6298592 . ПМИД 30478289 .
- ^ ДасСарма, С. «Экстремальные галофилы - модели для астробиологии». Журнал Микроб. 2006. Том 1, № 3, стр. 120-126.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Карлетти, Микаэла; Мартинес, Мария Дж.; Хименес, Мария И.; Састре, Диего Э.; Пагги, Роберто А.; Де Кастро, Розана Э. (июнь 2014 г.). «Протеаза LonB контролирует состав мембранных липидов и необходима для жизнеспособности экстремофильных галоархей Haloferax volcanii» . Экологическая микробиология . 16 (6, Сп. Вып. СИ): 1779–1792. дои : 10.1111/1462-2920.12385 . hdl : 11336/13121 . ПМИД 24428705 . Проверено 11 ноября 2014 г.
- Чимилески, Скотт; Франклин, Майкл Дж; Папке, Р. Тейн (14 августа 2014 г.). «Биопленки, образованные археями Haloferax volcanii, демонстрируют клеточную дифференциацию и социальную подвижность, а также способствуют горизонтальному переносу генов» . БМК Биология . 12:65 . дои : 10.1186/s12915-014-0065-5 . ПМК 4180959 . ПМИД 25124934 .
- Орен А., Вентоза А. (2000). «Подкомитет Международного комитета по систематической бактериологии по таксономии Halobacteriaceae. Протоколы заседаний, 16 августа 1999 г., Сидней, Австралия» . Межд. Дж. Сист. Эвол. Микробиол . 50 (3): 1405–1407. дои : 10.1099/00207713-50-3-1405 . ПМИД 10843089 .
- Паренте, Джулиана; Касабуоно, Адриана; Феррари, Мария; Пагги, Роберто; Де Кастро, Розана; Куото, Алисия; Хименес, Мария (18 апреля 2014 г.). «Удаление гена ромбовидной протеазы влияет на новый олигосахарид, N-связанный с гликопротеином S-слоя Haloferax volcanii» . Журнал биологической химии . 289 (16): 11304–11317. дои : 10.1074/jbc.M113.546531 . ПМК 4036268 . ПМИД 24596091 .
- Торребланка М., Родригес-Валера Ф., Хуэс Г., Вентоса А., Камекура М., Кейтс М. (1986). «Классификация неалкалифильных галобактерий на основе числовой систематики и состава полярных липидов, а также описание Haloarcula gen. nov. и Haloferax gen.nov». Сист. Прил. Микробиол . 8 (1–2): 89–99. дои : 10.1016/s0723-2020(86)80155-2 .
- Уолш, Джеймс С.; Ангстманн, Кристофер Н.; Биссон-Фильо, Александр В.; Гарнер, Итан С.; Даггин, Иэн Г.; Курми, Пол М.Г. (11 июня 2019 г.). «Размещение плоскости разделения у плеоморфных архей динамически связано с формой клетки» . Молекулярная микробиология . 112 (3). Уайли: 785–799. дои : 10.1111/mmi.14316 . ISSN 0950-382X . ПМК 6736733 . ПМИД 31136034 .
- Шиллер, Хизер; Шульце, Стефан; Мутан, Зуха; де Во, Шарлотта; Ранси, Каталина; Шварц, Джессика; Радос, Теопи; Биссон Фильо, Александр В.; Польшредер, Мехтильд (18 июля 2020 г.), «Погруженные в жидкость биопленки Haloferax volcanii развиваются независимо от известных механизмов биопленки и демонстрируют быстрое формирование сотовой структуры», mSphere , 5 (6), Лаборатория Колд-Спринг-Харбор, bioRxiv 10.1101/2020.07.18.206797 , doi : 10.1128/mSphere.00976-20 , PMC 7771232 , PMID 33328348
- Даггин, Иэн Г.; Эйлетт, Кристофер Х.С.; Уолш, Джеймс С.; Мичи, Кэтрин А.; Ван, Цин; Тернбулл, Линн; Доусон, Эмма М.; Гарри, Элизабет Дж.; Уитчерч, Синтия Б.; Амос, Линда А.; Лёве, Ян (22 декабря 2014 г.). «Тубулиноподобные белки CetZ контролируют форму клеток архей» . Природа . 519 (7543). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 362–365. дои : 10.1038/nature13983 . ISSN 0028-0836 . ПМК 4369195 . ПМИД 25533961 .
- де Сильва, Рошали Т.; Абдул-Халим, Мохд Ф.; Питтрич, Доротея А.; Браун, Ханна Дж.; Польшредер, Мехтильд; Даггин, Иэн Г. (18 января 2021 г.). «Улучшение роста и морфологической пластичности Haloferax volcanii» . Микробиология . 167 (2). Микробиологическое общество. дои : 10.1099/mic.0.001012 . hdl : 10453/147869 . ISSN 1350-0872 .
Научные книги
[ редактировать ]- Гиббонс, штат Невада (1974). «Семейство V. Halobacteriaceae сем. ноя». . В Р.Е. Бьюкенен; Н. Е. Гиббонс (ред.). Руководство Берджи по детерминативной бактериологии (8-е изд.). компании Williams & Wilkins Co. Балтимор: ISBN 978-0-683-01117-3 .