Паракокк денитрификанс
| Паракокк денитрификанс | |
|---|---|
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Псевдомонадота |
| Сорт: | Альфапротеобактерии |
| Заказ: | Родобактерии |
| Семья: | Паракокковые |
| Род: | Паракокк |
| Разновидность: | П. денитрификанты
|
| Биномиальное имя | |
| Паракокк денитрификанс Дэвис, 1969 год.
| |
Paracoccus denitrificans — кокковидная бактерия , известная своими нитратредуцирующими свойствами, способностью размножаться в условиях гипергравитации и тем, что является родственником эукариотических митохондрий ( эндосимбиотическая теория ).
Описание
[ редактировать ]Paracoccus denitrificans — грамотрицательная , кокковая, неподвижная, денитрифицирующая (нитратвосстанавливающая) бактерия. Обычно это палочковидная бактерия, но в стационарной фазе она принимает сферическую форму. [ 1 ] Как и все грамотрицательные бактерии, он имеет двойную мембрану с клеточной стенкой. Ранее известный как Micrococcus denitrificans , он был впервые выделен в 1910 году Мартинусом Бейеринком , голландским микробиологом . [ 2 ] Бактерия была реклассифицирована в 1969 году Paracoccus denitrificans как Д. Х. Дэвисом . [ 3 ] Геном P. denitrificans был секвенирован в 2004 году. [ 4 ]
Экология и экологические приложения
[ редактировать ]Метаболически Paracoccus denitrificans очень гибок и был обнаружен в почве как в аэробной , так и в анаэробной среде. Микроб также обладает способностью жить во многих различных средах и средах и известен как экстремофил . Бактерии способны получать энергию как из органических соединений, таких как метанол и метиламин , так и из неорганических соединений, таких как водород и сера . Способность метаболизировать соединения водорода и серы, такие как тиосульфат, привела к тому, что микроб стал использоваться в качестве модельного организма для изучения плохо изученных превращений соединений серы. [ 1 ]
Денитрификационные являются свойства Paracoccus denitrificans важной причиной потери азотных удобрений в сельскохозяйственных почвах. Возможно, это связано с химическим процессом, называемым «денитрификация», при котором азот превращается в диазот с образованием оксида азота и закиси азота , которые наносят ущерб атмосфере. [ 1 ] Хотя ферментативные механизмы этого процесса денитрификации хорошо изучены, точные молекулярные механизмы контроля еще предстоит полностью описать. [ 5 ] Таким образом, Paracoccus denitrificans стал важным модельным организмом для характеристики полного процесса денитрификации с целью потенциального снижения чрезмерного выделения оксида азота из удобренных азотом почв. [ 6 ] [ 7 ]
В метаболическом отношении Paracoccus denitrificans является известным хемолитоавтотрофом : было выделено несколько штаммов микроба, которые растут хемолитоавтотрофно, используя сероуглерод или карбонилсульфид в качестве источников энергии. Это не известный человеческий патоген . [ 1 ]
Paracoccus — это биохимически универсальный род, обладающий разнообразным метаболизмом, посредством которого может разлагаться широкий спектр разнообразных соединений. Соответственно, он имеет потенциал для широкого спектра возможностей и применений в области биоремедиации . [ 1 ]
Денитрифицирующие свойства Paracoccus denitrificans были использованы при создании биореактора, в данном случае трубчатого геля, содержащего две бактерии, для удаления азота из сточных вод. Paracoccus denitrificans восстанавливает нитрит до газообразного азота, а Nitrosomonas europaea окисляет аммиак до нитрита, тем самым усиливая первый метаболизм. Эта система упрощает процесс удаления азота из сточных вод. [ 8 ]
Некоторые штаммы микроба могут использовать тиоцианат в качестве источника энергии, и эта способность может помочь очистить загрязненные тиоцианатом сточные воды коксовых заводов. Были обнаружены другие штаммы, которые могут разлагать галобензоаты в анаэробных условиях денитрификации и которые могут разлагать сульфонаты в анаэробных условиях роста. [ 1 ]
Штаммы Paracoccus denitrificans были выделены из активного ила , которые разлагают различные метилированные амины как в аэробных, так и в анаэробных условиях; другой штамм является хемолитоавтотрофным и способен разлагать четвертичные соединения углерода, такие как диметилмалонат, в денитрифицирующих условиях. [ 1 ]
Некоторые штаммы способны к « аэробной денитрификации», полной диссимиляции нитрата в динитроген (или закись азота) в аэробных условиях роста. Микроб также может окислять аммиак до нитрита при росте на органических источниках энергии — процесс, известный как « гетеротрофная нитрификация ». Гетеротрофная нитрификация в сочетании с денитрификацией позволяет полностью превратить аммиак в динитрог одним организмом. [ 1 ]
Сходство с митохондриями
[ редактировать ]Ранние исследования показали, что Paracoccus denitrificans особенно напоминал митохондрии . Бактерия заключает в себе биохимию дыхательной цепи митохондрий и окислительного фосфорилирования. Хотя эти особенности случайно распределены у других видов аэробных бактерий, на сегодняшний день все они обнаружены только у Paracoccus denitrificans . [ нужна ссылка ] возможный механизм эволюции эукариотической митохондрии от плазматической мембраны предковой аэробной бактерии, напоминающей P. denitrificans , до внутренней митохондриальной мембраны. Кроме того, был предложен [ 9 ] Однако более поздний филогенетический анализ показал, что другие бактерии более тесно связаны с митохондриями: [ 10 ] см . Протомитохондрия .
Рост в условиях гипергравитации
[ редактировать ]Недавние исследования экстремофилов в Японии касались различных бактерий, в том числе Paracoccus denitrificans, которые подвергались условиям чрезвычайной тяжести. Бактерии культивировались при вращении в ультрацентрифуге на высоких скоростях, соответствующих 403 627 g (нормальное ускорение, возникающее под действием силы тяжести на поверхности Земли). Paracoccus denitrificans продемонстрировал не только выживание, но и устойчивый клеточный рост в условиях гиперускорения, которые обычно встречаются только в космических средах, например, на очень массивных звездах или в ударных волнах сверхновых . Анализ показал, что небольшой размер прокариотических клеток необходим для успешного роста в условиях гипергравитации . Исследование имеет значение для возможности существования экзобактерий и панспермии . [ 11 ] [ 12 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час «HAMAP: Полный протеом Paracoccus denitrificans (штамм Pd 1222)» . HAMAP (Высококачественная автоматическая и ручная аннотация микробных протеомов), ExPASy (Экспертная система анализа белков) сервер протеомики Швейцарского института биоинформатики (SIB) . Швейцарский институт биоинформатики . Проверено 28 апреля 2011 г.
- ^ Бейеринк, MW; Минкман, DCJ (1910). «Образование и потребление оксида азота бактериями». Центральный журнал бактериологии, паразитологии, инфекционных болезней и гигиены, отдел II . 25 :30–63.
- ^ Дэвис, Д.Х.; и др. (1969). «Предложение об отказе от рода Hydrogenomonas: таксономические последствия» . Int J Syst Bacteriol . 19 (4): 375–390. дои : 10.1099/00207713-19-4-375 .
- ^ Архивированный оригинальный веб-отчет о секвенировании генома Paracoccus denitrificans , выполненный в рамках проекта секвенирования генома человека Национальной лаборатории Ок-Ридж от 8 июня 2004 г. и 11 сентября 2006 г. . Запись о P. denitrificans в Киотской энциклопедии генов и геномов.
- ^ Карлсон, Кертис А. (1983). «Сравнение денитрификации Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas aeruginosa и Paracoccus denitrificans» . Прикладная и экологическая микробиология . 45 (4): 1247–1253. Бибкод : 1983ApEnM..45.1247C . дои : 10.1128/АЕМ.45.4.1247-1253.1983 . ПМК 242446 . PMID 6407395 – через Американское общество микробиологии.
- ^ Геймстер, Ханна; Олстон, Марк; Ричардсон, Дэвид Дж; Гейтс, Эндрю Дж; Роули, Гэри (20 декабря 2017 г.). «Транскрипционный и экологический контроль бактериальной денитрификации и выбросов N2O» . Письма FEMS по микробиологии . 365 (5). doi : 10.1093/femsle/fnx277 . ISSN 1574-6968 . ПМИД 29272423 .
- ^ Гейтс, Эндрю Дж.; Луке-Альмагро, Виктор М.; Годдард, Алан Д.; Фергюсон, Стюарт Дж.; Рольдан, М. Долорес; Ричардсон, Дэвид Дж. (01 мая 2011 г.). «Композитная биохимическая система бактериальной ассимиляции нитратов и нитритов на примере Paracoccus denitrificans» . Биохимический журнал . 435 (3): 743–753. дои : 10.1042/BJ20101920 . ISSN 0264-6021 . ПМИД 21348864 .
- ^ Уэмото, Х.; Сайки, Х. (1996). «Удаление азота трубчатым гелем, содержащим Nitrosomonas europaea и Paracoccus denitrificans» . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (11): 4224–4228. Бибкод : 1996ApEnM..62.4224U . дои : 10.1128/АЕМ.62.11.4224-4228.1996 . ПМК 168245 . ПМИД 8900015 .
- ^ Джон, П.; Уотли, Франция (1975). «Paracoccus denitrificans и эволюционное происхождение митохондрий». Природа . 254 (5500): 495–498. Бибкод : 1975Natur.254..495J . дои : 10.1038/254495a0 . ПМИД 235742 . S2CID 4166325 .
- ^ Габальдон, Т.; и др. (2003). «Протомитохондриальный метаболизм». Наука . 301 (5633): 690. doi : 10.1126/science.1085463 . ПМИД 12893934 . S2CID 28868747 .
- ^ Тан, Кер (25 апреля 2011 г.). «Бактерии растут под силой тяжести, в 400 000 раз превышающей земную» . National Geographic — Ежедневные новости . Национальное географическое общество . Архивировано из оригинала 27 апреля 2011 года . Проверено 28 апреля 2011 г.
- ^ Дегучи, Сигеру; Хирокадзу Симосигэ; Микико Цудоме; Сада-ацу Мукаи; Роберт В. Коркери; Сусуму Ито; Коки Хорикоши (2011). «Рост микробов при гиперускорениях до 403627 g» . Труды Национальной академии наук . 108 (19): 7997–8002. Бибкод : 2011PNAS..108.7997D . дои : 10.1073/pnas.1018027108 . ПМК 3093466 . ПМИД 21518884 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- ван Версевельд, Х.В. и Стаутхамер, А.Х. (1999). Род Паракоккус . Прокариоты. 3-е издание, версия 3.0. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк.
- Келли, ДП; и др. (2006). «Переопределение Paracoccus denitrificans и Paracoccus pantotropus и необходимость переоценки штаммов, хранящихся в международных коллекциях культур» . Int J Syst Evol Microbiol . 56 (Часть 10): 2495–2500. дои : 10.1099/ijs.0.64401-0 . ПМИД 17012585 .