Шеванелла онейденсис
| Шеванелла онейденсис | |
|---|---|
| |
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Псевдомонадота |
| Сорт: | Гаммапротеобактерии |
| Заказ: | Альтеромонадалы |
| Семья: | Шеванелловые |
| Род: | Шеванелла |
| Разновидность: | С. онейденсис
|
| Биномиальное имя | |
| Шеванелла онейденсис Венкатешваран и др. 1999 год
| |
Shewanella oneidensis — бактерия , известная своей способностью восстанавливать ионы металлов и жить в средах с кислородом или без него . Эта протеобактерия была впервые выделена из озера Онейда , штат Нью-Йорк, в 1988 году, отсюда и ее название. [1]
Shewanella oneidensis — факультативная бактерия , способная выживать и размножаться как в аэробных , так и в анаэробных условиях. Особый интерес к S. oneidensis MR-1 связан с его поведением в анаэробной среде, загрязненной тяжелыми металлами, такими как железо , свинец и уран . Эксперименты показывают, что он может восстанавливать ионную ртуть до элементарной ртути. [2] и ионное серебро к элементарному серебру. [3] Однако клеточное дыхание этих бактерий не ограничивается тяжелыми металлами; бактерии также могут атаковать сульфаты , нитраты и хроматы при анаэробном выращивании.
Имя
[ редактировать ]Этот вид называется S. oneidensis MR-1, что указывает на «снижение марганца», что является особенностью этого организма. Распространенным заблуждением является мнение, что MR-1 относится к «восстановлению металлов», а не к первоначальному «восстановлению марганца», как это заметил Кеннет Х. Нилсон, который первым изолировал организм.
Качества
[ редактировать ]Восстановление металла
[ редактировать ]Shewanella oneidensis MR-1 принадлежит к классу бактерий, известному как « Диссимиляционные металлоредуцирующие бактерии (DMRB)» из-за их способности сочетать восстановление металлов с их метаболизмом. Способы восстановления металлов вызывают особые споры, поскольку исследования с использованием сканирующей электронной и просвечивающей электронной микроскопии выявили аномальные структурные выступы, напоминающие бактериальные нити, которые, как полагают, участвуют в восстановлении металлов. Этот процесс образования внешней нити полностью отсутствует в обычном бактериальном дыхании и находится в центре многих современных исследований.
Механика устойчивости этой бактерии к использованию ионов тяжелых металлов глубоко связана с сетью ее путей метаболизма. Показано , что предполагаемые переносчики оттока нескольких лекарств, белки детоксикации, экстрацитоплазматические сигма-факторы и регуляторы домена PAS обладают более высокой экспрессионной активностью в присутствии тяжелого металла. Белок класса цитохрома С SO3300 также имеет повышенную транскрипцию. [4] Например, при восстановлении U(VI) используются специальные цитохромы, такие как MtrC и OmcA, для образования UO 2 наночастиц и связывания его с биополимерами. [5]
Химическая модификация
[ редактировать ]В 2017 году исследователи использовали синтетическую молекулу под названием DSFO+ для модификации клеточных мембран двух мутантных штаммов Shewanella. DSFO+ может полностью заменить естественные токопроводящие белки, увеличивая мощность, вырабатываемую микробом. Этот процесс представлял собой всего лишь химическую модификацию, которая не изменила геном организма и была разделена между потомками бактерий, ослабляя эффект. [6]
Образование пелликулы
[ редактировать ]Пелликула – это разновидность биопленки , которая образуется между воздухом и жидкостью, в которой растут бактерии. [7] В биопленке бактериальные клетки взаимодействуют друг с другом, защищая свое сообщество и метаболически сотрудничая (микробные сообщества). [8] Для S. oneidensis типично образование пелликул, связанное с процессом восстановления тяжелых металлов. Образование пелликулы у этого вида широко исследовано. Пелликула обычно формируется в три этапа: клетки прикрепляются к тройной поверхности культурального устройства, воздуху и жидкости, затем из исходных клеток образуется однослойная биопленка и впоследствии созревает до сложной трехмерной структуры. [9] В развитой пелликуле ряд веществ между клетками ( внеклеточные полимерные вещества ) помогают поддерживать матрикс пелликула. Процесс образования пелликулы включает в себя значительную активность микробов и связанных с ней веществ. Для внеклеточных полимерных веществ требуется множество белков и других биомакромолекул.
В этом процессе также необходимы многие катионы металлов. Контроль ЭДТА и обширные тесты на наличие/отсутствие катионов показывают, что Ca(II), Mn(II), Cu(II) и Zn(II) играют важную роль в этом процессе, вероятно, функционируя как часть кофермента или простетической группы. Mg(II) оказывает частичное действие, тогда как Fe(II) и Fe(III) в некоторой степени являются ингибирующими. Считается, что жгутики способствуют образованию пелликул. Биопленке необходимо, чтобы бактериальные клетки двигались определенным образом, а жгутики — это органелла, выполняющая двигательную функцию. [10] Мутантные штаммы, лишенные жгутиков, все же могут образовывать пелликулу, хотя и гораздо медленнее.
Приложения
[ редактировать ]Нанотехнологии
[ редактировать ]Shewanella oneidensis MR-1 способна изменять степень окисления металлов. Эти микробные процессы позволяют исследовать новые применения, например, биосинтез металлических наноматериалов. [3] В отличие от химических и физических методов, микробные процессы синтеза наноматериалов могут осуществляться в водной фазе в щадящих и экологически безопасных условиях. Многие организмы могут быть использованы для синтеза металлических наноматериалов. S. oneidensis способен восстанавливать различные ионы металлов внеклеточно, и это внеклеточное производство значительно облегчает извлечение наноматериалов. Внеклеточные цепи переноса электронов, ответственные за перенос электронов через клеточные мембраны, относительно хорошо охарактеризованы, в частности, цитохромы c-типа внешней мембраны MtrC и OmcA. [11] Исследование 2013 года показало, что можно изменить размер частиц и активность внеклеточных биогенных наночастиц посредством контролируемой экспрессии генов, кодирующих поверхностные белки. Важным примером является синтез наночастиц серебра S. oneidensis , где на его антибактериальную активность может влиять экспрессия цитохромов c-типа внешней мембраны. Наночастицы серебра считаются антимикробными средствами нового поколения , поскольку они проявляют биоцидную активность в отношении широкого спектра бактерий и приобретают все большее значение с ростом устойчивости патогенных бактерий к антибиотикам. [3] В лабораторных условиях было замечено, что шеванелла биовосстанавливает значительное количество палладия и дехлорирует около 70% полихлорированных бифенилов (ПХБ). [12] Производство наночастиц S. oneidensis MR-1 тесно связано с путем MTR. [3] (например, наночастицы серебра) или гидрогеназный путь [13] (например, наночастицы палладия).
Очистка сточных вод
[ редактировать ]Способность Shewanella oneidensis уменьшать и поглощать тяжелые металлы делает ее кандидатом для использования при очистке сточных вод . [6]
DSFO+, возможно, позволит бактериям электрически взаимодействовать с электродом и генерировать электричество при очистке сточных вод. [6]
Геном
[ редактировать ]
является факультативным анаэробом с разветвленным путем транспорта электронов и S. oneidensis считается модельным организмом в микробиологии . В 2002 году была опубликована его геномная последовательность. Он имеет размером 4,9 МБ кольцевую хромосому , которая, по прогнозам, кодирует 4758 открытых рамок считывания белков . Он имеет плазмиду размером 161 КБ со 173 открытыми рамками считывания. [14] Повторная аннотация была сделана в 2003 году. [15] [16] [17]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Венкатешваран, К.; Мозер, ДП; Доллхопф, Мэн; Ложь, ДП; Саффарини, Д.А.; МакГрегор, Би Джей; Рингельберг, Д.Б.; Уайт, округ Колумбия; Нисидзима, М.; Сано, Х.; Бургхардт, Дж.; Стакебрандт, Э.; Нилсон, К.Х. (1999). «Полифазная систематика рода Shewanella и описание Shewanella oneidensis sp. nov» . Международный журнал систематической бактериологии . 49 (2): 705–724. дои : 10.1099/00207713-49-2-705 . ISSN 0020-7713 . ПМИД 10319494 .
- ^ Вятровский Х.А.; Уорд ПМ; Баркай Т. (2006). «Новое восстановление ртути (II) чувствительными к ртути диссимиляционными металлоредуцирующими бактериями». Экологические науки и технологии . 40 (21): 6690–6696. Бибкод : 2006EnST...40.6690W . дои : 10.1021/es061046g . ПМИД 17144297 .
- ^ Jump up to: а б с д Нг СК, Сивакумар К, Лю Х, Мадхайян М, Джи Л, Ян Л, Тан С, Сонг Х, Кьеллеберг С, Цао Б (2013). «Влияние цитохромов c-типа внешней мембраны на размер частиц и активность внеклеточных наночастиц, продуцируемых Shewanella oneidensis». Биотехнология. Биоинж . 110 (7): 1831–1837. дои : 10.1002/бит.24856 . ПМИД 23381725 . S2CID 5903382 .
- ^ Беляев А.С.; Клингеман, DM; Клаппенбах, JA; Ву, Л.; Ромин, МФ; Тидже, Дж. М.; Нилсон, К.Х.; Фредриксон, Дж. К.; Чжоу, Дж. (2005). «Глобальный транскриптомный анализ Shewanella oneidensis MR-1, подвергшегося воздействию различных терминальных акцепторов электронов» . Журнал бактериологии . 187 (20): 7138–7145. дои : 10.1128/JB.187.20.7138-7145.2005 . ISSN 0021-9193 . ПМЦ 1251602 . ПМИД 16199584 .
- ^ Уорд, Наоми; Маршалл, Мэтью Дж; Беляев, Александр С; Доналкова, Алиса С; Кеннеди, Дэвид В.; Ши, Лян; и др. (2006). «Цитохром-зависимое образование наночастиц U (IV) с-типа Shewanella oneidensis» . ПЛОС Биология . 4 (8): е268. дои : 10.1371/journal.pbio.0040268 . ISSN 1545-7885 . ПМЦ 1526764 . ПМИД 16875436 .
- ^ Jump up to: а б с Ирвинг, Майкл (13 февраля 2017 г.). «Использование бактерий, генерирующих электричество, для очистки питьевой воды» . newatlas.com . Проверено 13 февраля 2017 г.
- ^ Лян, Или; Чен, Цзинжун; Ву, Линь; Цю, Гуаньчжоу; Формирование пелликулы в » . BMC Microbiology « 10 : 291. doi : 10.1186/ . ISSN 1471-2180 (1 ) PMC 2995470. . PMID 21080927 1471-2180-10-291
- ^ Колтер, Роберто; Гринберг, Э. Питер (2006). «Микробные науки: Поверхностная жизнь микробов» . Природа . 441 (7091): 300–302. Бибкод : 2006Natur.441..300K . дои : 10.1038/441300a . ISSN 0028-0836 . ПМИД 16710410 . S2CID 4430171 .
- ^ Лимон, КП; Эрл, AM; Вламакис, ХК; Агилар, К; Колтер, Р. (2008). «Развитие биопленок с акцентом на Bacillus subtilis ». В Тони Ромео (ред.). Бактериальные биопленки . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. Том. 322. стр. 1–16. дои : 10.1007/978-3-540-75418-3_1 . ISBN 978-3-540-75417-6 . ПМК 2397442 . ПМИД 18453269 .
- ^ Пратт, Лесли А.; Колтер, Роберто (1998). «Генетический анализ образования пленок Escherichia colibio: роль жгутиков, подвижность, хемотаксис и пили I типа». Молекулярная микробиология . 30 (2): 285–293. дои : 10.1046/j.1365-2958.1998.01061.x . ISSN 0950-382X . ПМИД 9791174 . S2CID 26631504 .
- ^ Ши, Лян; Ричардсон, Дэвид Дж.; Ван, Чжэмин; Керисит, Себастьян Н.; Россо, Кевин М.; Захара, Джон М.; Фредриксон, Джеймс К. (август 2009 г.). «Роль цитохромов внешней мембраны Shewanella и Geobacter во внеклеточном переносе электронов». Отчеты по экологической микробиологии . 1 (4): 220–227. Бибкод : 2009EnvMR...1..220S . дои : 10.1111/j.1758-2229.2009.00035.x . ПМИД 23765850 .
- ^ Де Виндт В; Эльтерман П; Верстраете В. (2005). «Биоредуктивное осаждение наночастиц палладия (0) на Shewanella oneidensis с каталитической активностью в отношении восстановительного дехлорирования полихлорированных дифенилов». Экологическая микробиология . 7 (3): 314–325. Бибкод : 2005EnvMi...7..314W . дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00696.x . ПМИД 15683392 .
- ^ Нг, Чун Киат; Цай Тан, Тянь Коу; Сун, Хао; Цао, Бин (2013). «Восстановительное образование наночастиц палладия Shewanella oneidensis: роль цитохромов внешней мембраны и гидрогеназ». РСК Прогресс . 3 (44): 22498. Бибкод : 2013RSCAd...322498N . дои : 10.1039/c3ra44143a . hdl : 10220/17358 . ISSN 2046-2069 .
- ^ Гейдельберг, Джон Ф.; Полсен, Ян Т.; Нельсон, Карен Э.; Гайдос, Эрик Дж.; Нельсон, Уильям К.; Прочтите, Тимоти Д.; и др. (2002). «Последовательность генома диссимиляционной бактерии, восстанавливающей ионы металлов Shewanella oneidensis» . Природная биотехнология . 20 (11): 1118–1123. дои : 10.1038/nbt749 . ISSN 1087-0156 . ПМИД 12368813 .
- ^ Дараселия, Н.; Дерновой, Д.; Тиан, Ю.; Бородовский, М.; Татусов Р.; Татусова, Т. (2003). «Реаннотация генома Shewanella oneidensis». OMICS: Журнал интегративной биологии . 7 (2): 171–175. дои : 10.1089/153623103322246566 . ISSN 1536-2310 . PMID 14506846 .
- ^ Shewanella oneidensis MR-1 Страница генома
- ^ Полный геном Shewanella oneidensis.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Наблюдается новое поведение бактерий Исследование PNAS документирует загадочное движение бактерий, производящих электричество, вблизи источников энергии, аннотация на Eurekalert
- «Дышащие камнем» бактерии могут генерировать электричество и очищать разливы нефти, ScienceDaily (15 декабря 2009 г.)
- Бактерии, способные образовывать электрические цепи?
- Типовой штамм Shewanella oneidensis в Bac Dive - база метаданных бактериального разнообразия