Ферроплазма

Ферроплазма
	Ферроплазма ацидифилум
Научная классификация
Домен:	Архея
Королевство:	Эвриархеота
Тип:	Эвриархеота
Сорт:	Термоплазматы
Заказ:	Термоплазматические
Семья:	Ферроплазмовые
Род:	Ферроплазма ; Golyshina et al. 2000
Типовой вид
	Ферроплазма ацидифилум ; Golyshina et al. 2000
Разновидность
	Ф. ацидифилум ; Ф. ацидарманус ; Ф. термофилум ;

Ferroplasma — род архей , принадлежащих к семейству Ferroplasmaceae . Представители Ferroplasma обычно представляют собой ацидофильные, плеоморфные кокки неправильной формы. ^[1]^[2]

Архейное семейство Ferroplasmaceae было впервые описано в начале 2000-х годов. ^[3] очень мало видов Ferroplasma На сегодняшний день выделено и охарактеризовано . Изолированные виды включают Ferroplasma acidiphilum , Ferroplasma acidarmanus и Ferroplasma thermophilum . ^[1]^[4] Позднее было установлено, что четвертый изолят Ferroplasma cupricumulans принадлежит к отдельному роду . ^[5]^[6] Все известные Ferroplasma sp. являются окислителями железа.

Характеристики клеток и физиология

Локус CRISPR у F. acidiphilum Y ^Т с одним опероном, кодирующим CRISPR-ассоциированные (Cas) белки (красные стрелки).

Клетки ферроплазмы плеоморфны и лишены клеточной стенки. ^[2] Все известные представители этого рода являются ацидофилами, которые процветают в средах с pH от 0,0 до 2,0. ^[1]^[2] Они также от мезофильных до умеренно термофильных с оптимальными температурами в диапазоне 35-55 °C. ^[3]

Липиды на основе тетраэфира являются важной частью клеточной мембраны Ferroplasma и позволяют клеткам поддерживать градиент pH. Исследование F. acidarmanus показало, что pH цитоплазмы поддерживается ~ 5,6, тогда как pH окружающей среды находится в диапазоне ~ 0–1,2. ^[7] Вариации тетраэфирных липидов семейства Ferroplasmaceae используются для хемотаксономической идентификации на уровне рода и вида, поскольку многие представители обладают идентичными последовательностями 16S рРНК. ^[3]

Представители рода Ferroplasma являются хемомиксотрофами, которые могут окислять двухвалентное железо для получения энергии, но, несмотря на доказательства фиксации углерода, лабораторным культурам для роста часто требуется органический источник углерода, такой как дрожжевой экстракт. ^[1]^[3] В отсутствие железа некоторые выращенные в лаборатории штаммы способны к хемоорганотрофному росту. ^[1]

Экологическое значение

Железо — четвертый по распространенности минерал в земной коре. В качестве окислителей железа Ferroplasma sp. участвуют в биогеохимии железа. Ферроплазма сп. часто обнаруживаются на участках дренажа кислотных шахт (AMD). ^[3] Когда двухвалентное железо (Fe ²⁺) окисляется до трехвалентного железа (Fe ³⁺) на рудниках, Fe ³⁺ самопроизвольно реагирует с водой и соединениями железа и серы, такими как пирит, с образованием ионов сульфата и водорода. ^[8] Во время этой реакции двухвалентное железо, которое может быть использовано Ferroplasma , также регенерируется, что приводит к «циклу размножения», при котором pH снижается. Реакцию можно описать следующим уравнением:

${\ce {FeS2 + 14Fe^3+ + 8H2O-> 15Fe^2+ + 2SO4^2- + 16H+}}$

Виды Ferroplasma часто присутствуют в очагах AMD, где они участвуют в этом цикле посредством биотического окисления двухвалентного железа. ^[8]

Ферроплазма сп. могут иметь важные применения для биовыщелачивания металлов. Микробное биовыщелачивание происходит естественным образом в очень кислой среде, в которой обитают Ferroplasma sp. Использование возможностей биовыщелачивания для извлечения металла из низкокачественных руд и отходов энергетически выгодно по сравнению с плавкой и очисткой. ^[9]^[10] Он также производит меньше токсичных побочных продуктов. Исследования показали, что включение Ferroplasma thermophilum вместе с бактериями Acidithiobacillus Caldus и Leptospirillum Ferriphilum может биоусилить процесс выщелачивания халькопирита и увеличить скорость извлечения меди. ^[11]

Изолированные виды

Ферроплазма ацидифилум

Ferroplasma acidiphilum Было показано, что растет как хемомиксотроф и синергически растет с ацидофильными бактериями Leptospirillum Ferriphilum . ^[12] Штамм Ferroplasma acidiphilum Y ^Т является факультативным анаэробом со всеми необходимыми генами для ферментации аргинина. ^[13] Хотя неясно, является ли Ferroplasma acidiphilum Y ^Т использует свой путь ферментации аргинина, сам этот путь представляет собой древний метаболизм, восходящий к последнему универсальному общему предку (LUCA) трех областей жизни. ^[13]^[14]

Ферроплазма ацидарманус

Ferroplasma acidarmanus Fer1 была выделена из проб, собранных в шахте Айрон-Маунтин , Калифорния. ^[15] Айрон Маунтин (Калифорния) — это бывшая шахта, известная своими кислотными дренажами (AMD) и загрязнением тяжелыми металлами. Fer1 не только ацидофилен, но и F. acidarmanus обладает высокой устойчивостью как к меди, так и к мышьяку. ^[15]^[16]

Ferroplasma cupricumulans (ранее Ferroplasma cyprexacervatum)

В 2006 году Ferroplasma cupricumulans была выделена из раствора фильтрата, собранного на горнодобывающем участке компании Myanmar Ivanhoe Copper (MICCL) в Мьянме. ^[5] Было отмечено, что это первый слегка термофильный представитель рода Ferroplasma . Однако в 2009 году был идентифицирован новый род ацидофильных термофильных архей Acidiplasma . Было предложено на основании сходства 16S рРНК и гибридизации ДНК-ДНК отнести его к роду Acidiplasma и переименовать в Acidiplasma cupricumulans. ^[6]

Ферроплазма термофилум

В 2008 году Чжоу и др. описал выделение организма Ferroplasma thermophilum L1. ^Т из халькопиритового колонного реактора, который был инокулирован кислым шахтным дренажем (AMD) медного рудника Дайе в китайской провинции Хубэй. ^[4] В аэробных условиях с низкими концентрациями дрожжевого экстракта F. thermophilum растет за счет окисления двухвалентного железа. ^[4] Однако в анаэробных условиях F. thermophilum восстанавливает трехвалентное железо и сульфат. ^[4] Это делает F. thermophilum экологически важным для круговорота железа и серы на богатых пиритом рудниках.

См. также

Список родов архей

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Допсон М., Бейкер-Остин С., Хинд А., Боуман Дж. П., Бонд П. Л. (апрель 2004 г.). «Характеристика изолятов Ferroplasma и Ferroplasma acidarmanus sp. nov., крайних ацидофилов из кислых шахтных дренажей и сред промышленного биовыщелачивания» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (4): 2079–88. Бибкод : 2004ApEnM..70.2079D . дои : 10.1128/АЕМ.70.4.2079-2088.2004 . ПМЦ 383147 . PMID 15066799 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Голышина О.В., Тиммис К.Н. (сентябрь 2005 г.). «Ферроплазма и ее родственники, недавно обнаруженные археи без клеточной стенки, живут в чрезвычайно кислой среде, богатой тяжелыми металлами» . Экологическая микробиология . 7 (9): 1277–88. дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00861.x . ПМИД 16104851 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Голышина О.В. (август 2011 г.). «Экологические, биогеографические и биохимические закономерности архей семейства Ferroplasmaceae» . Прикладная и экологическая микробиология . 77 (15): 5071–8. Бибкод : 2011ApEnM..77.5071G . дои : 10.1128/АЕМ.00726-11 . ПМК 3147448 . ПМИД 21685165 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Чжоу Х, Чжан Р, Ху П, Цзэн В, Се Ю, Ву С, Цю Г (август 2008 г.). «Выделение и характеристика Ferroplasma thermophilum sp. nov., новой чрезвычайно ацидофильной и умеренно термофильной археи, и ее роль в биовыщелачивании халькопирита». Журнал прикладной микробиологии . 105 (2): 591–601. дои : 10.1111/j.1365-2672.2008.03807.x . ПМИД 18422958 . S2CID 25924161 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Хоукс Р.Б., Францманн П.Д., Пламб Дж.Дж. (01 сентября 2006 г.). «Умеренные термофилы, в том числе «Ferroplasma cupricumulans» sp. nov., доминируют в промышленном кучном биовыщелачивании халькоцита». Гидрометаллургия . 16-й Международный биогидрометаллургический симпозиум. 83 (1): 229–236. doi : 10.1016/j.гидромет.2006.03.027 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Голышина О.В., Якимов М.М., Люнсдорф Х., Феррер М., Нимц М., Тиммис К.Н. и др. (ноябрь 2009 г.). «Acidiplasma aeolicum gen. nov., sp. nov., эвриархея семейства Ferroplasmaceae, выделенная из гидротермального бассейна, и перенос Ferroplasma cupricumulans в Acidiplasma cupricumulans comb. nov» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 59 (Часть 11): 2815–23. дои : 10.1099/ijs.0.009639-0 . hdl : 10033/90258 . ПМИД 19628615 .
^ Макалади Дж.Л., Вестлинг М.М., Баумлер Д., Букельхайде Н., Каспар К.В., Банфилд Дж.Ф. (октябрь 2004 г.). «Монослои мембран, связанных с тетраэфиром, у видов Ferroplasma: ключ к выживанию в кислоте». Экстремофилы . 8 (5): 411–9. дои : 10.1007/s00792-004-0404-5 . PMID 15258835 . S2CID 15702103 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Мэдиган М.Т., Мартинко Дж.М., Бендер К.С., Бакли Д.Х., Шталь Д.А. (2015). Брок Биология микроорганизмов . Соединенные Штаты Америки: Пирсон. стр. 652–653. ISBN 978-0-321-89739-8 .
^ Ровердер Т., Герке Т., Кинцлер К., Сэнд В. (декабрь 2003 г.). «Обзор биовыщелачивания, часть A: прогресс в области биовыщелачивания: основы и механизмы бактериального окисления сульфидов металлов». Прикладная микробиология и биотехнология . 63 (3): 239–48. дои : 10.1007/s00253-003-1448-7 . ПМИД 14566432 . S2CID 25547087 .
^ Олсон Г.Дж., Бриерли Дж.А., Бриерли К.Л. (декабрь 2003 г.). «Обзор биовыщелачивания, часть B: прогресс в области биовыщелачивания: применение микробных процессов в горнодобывающей промышленности». Прикладная микробиология и биотехнология . 63 (3): 249–57. дои : 10.1007/s00253-003-1404-6 . ПМИД 14566430 . S2CID 24078490 .
^ Чжан Л, Ву Дж, Ван Ю, Ван Л, Мао Ф, Чжан В, Чен X, Чжоу Х (май 2014 г.). «Влияние биоаугментации Ferroplasma thermophilum на биовыщелачивание халькопирита и структуру микробного сообщества». Гидрометаллургия . 146 : 15–23. doi : 10.1016/j.гидромет.2014.02.013 .
^ Член парламента Мерино, Эндрюс Б.А., Парада П., Асенджо Х.А. (ноябрь 2016 г.). «Характеристика Ferroplasma acidiphilum, растущей в чистой и смешанной культуре с Leptospirillum Ferriphilum». Биотехнологический прогресс . 32 (6): 1390–1396. дои : 10.1002/btpr.2340 . ПМИД 27535541 . S2CID 2765684 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Голышина О.В., Тран Х., Рева О.Н., Лемак С., Якунин А.Ф., Гоесманн А. и др. (июнь 2017 г.). «Т» . Научные отчеты . 7 (1): 3682. doi : 10.1038/s41598-017-03904-5 . ПМЦ 5473848 . ПМИД 28623373 .
^ Суньига М., Перес Г., Гонсалес-Канделас Ф. (декабрь 2002 г.). «Эволюция генов пути аргининдеиминазы (ADI)». Молекулярная филогенетика и эволюция . 25 (3): 429–44. дои : 10.1016/S1055-7903(02)00277-4 . ПМИД 12450748 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Бейкер-Остин С., Допсон М., Векслер М., Сойерс Р.Г., Бонд П.Л. (август 2005 г.). «Молекулярное понимание чрезвычайной устойчивости к меди у экстремофильного архея Ferroplasma acidarmanus Fer1» . Микробиология . 151 (Часть 8): 2637–2646. дои : 10.1099/mic.0.28076-0 . ПМИД 16079342 .
^ Бейкер-Остин С., Допсон М., Векслер М., Сойерс Р.Г., Стеммлер А., Розен Б.П., Бонд П.Л. (май 2007 г.). «Чрезвычайная устойчивость к мышьяку ацидофильной археи Ferroplasma acidarmanus Fer1». Экстремофилы . 11 (3): 425–34. дои : 10.1007/s00792-006-0052-z . ПМИД 17268768 . S2CID 12982793 .

Дальнейшее чтение

Григорьева Н.В., Цаплина И.А., Панюшкина А.Е., Кондратьева Т.Ф. (25 сентября 2014 г.). «[Оптимизация процесса биовыщелачивания и окисления золотосодержащего пирит-арснопиритового рудного концентрата в периодическом режиме]». Микробиология . 83 (5): 565–74. дои : 10.1134/S0026261714040043 . ПМИД 25844468 . S2CID 14429161 .
Чен Ю.Т., Ли Дж.Т., Чен Л.С., Хуа З.С., Хуан Л.Н., Лю Дж. и др. (май 2014 г.). «Биогеохимические процессы, регулирующие окисление природного пирита и выделение кислых металлоносных дренажей». Экологические науки и технологии . 48 (10): 5537–45. Бибкод : 2014EnST...48.5537C . дои : 10.1021/es500154z . ПМИД 24730689 .
Охара К., Унно Х., Осима Й., Хосоя М., Фуджино Н., Хироока К. и др. (август 2014 г.). «Структурное понимание адаптации уникальной карбоксилэстеразы ферроплазмы к низкому pH: изменение оптимального значения pH двух карбоксилэстераз» . Журнал биологической химии . 289 (35). Статьи JBC в прессе: 24499–510. дои : 10.1074/jbc.M113.521856 . ПМК 4148875 . ПМИД 25043762 .
Гихринг Т.М., Бонд П.Л., Питерс С.С., Банфилд Дж.Ф. (апрель 2003 г.). «Устойчивость к мышьяку у археи Ferroplasma acidarmanus: новый взгляд на структуру и эволюцию генов ars» (PDF) . Экстремофилы . 7 (2). Спрингер-Верлаг : 123–30. дои : 10.1007/s00792-002-0303-6 . hdl : 2027.42/42444 . ПМИД 12664264 . S2CID 16997297 .
Эппли Дж. М., Тайсон Г. В., Гетц В. М., Банфилд Дж. Ф. (сентябрь 2007 г.). «Генетический обмен через границу видов в архейном роде ферроплазмы» . Генетика . 177 (1): 407–16. doi : 10.1534/genetics.107.072892 . ПМК 2013692 . ПМИД 17603112 .
Голышина О.В., Пивоварова Т.А., Каравайко Г.И., Кондратьева Т.Ф., Мур Э.Р., Авраам В.Р. и др. (май 2000 г.). «Ferroplasma acidiphilum gen. nov., sp. nov., ацидофильный, автотрофный, окисляющий двухвалентное железо, лишенный клеточной стенки, мезофильный представитель семейства Ferroplasmaceae nov., включающий отдельную линию архей» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 50 Ч. 3 (3): 997–1006. дои : 10.1099/00207713-50-3-997 . ПМИД 10843038 .
Мэдиган М.Т., Мартинко Дж.М. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Пирсон Прентис Холл .

[:03-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Допсон М., Бейкер-Остин С., Хинд А., Боуман Дж. П., Бонд П. Л. (апрель 2004 г.). «Характеристика изолятов Ferroplasma и Ferroplasma acidarmanus sp. nov., крайних ацидофилов из кислых шахтных дренажей и сред промышленного биовыщелачивания» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (4): 2079–88. Бибкод : 2004ApEnM..70.2079D . дои : 10.1128/АЕМ.70.4.2079-2088.2004 . ПМЦ 383147 . PMID 15066799 .

[:13-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Голышина О.В., Тиммис К.Н. (сентябрь 2005 г.). «Ферроплазма и ее родственники, недавно обнаруженные археи без клеточной стенки, живут в чрезвычайно кислой среде, богатой тяжелыми металлами» . Экологическая микробиология . 7 (9): 1277–88. дои : 10.1111/j.1462-2920.2005.00861.x . ПМИД 16104851 .

[:64-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Голышина О.В. (август 2011 г.). «Экологические, биогеографические и биохимические закономерности архей семейства Ferroplasmaceae» . Прикладная и экологическая микробиология . 77 (15): 5071–8. Бибкод : 2011ApEnM..77.5071G . дои : 10.1128/АЕМ.00726-11 . ПМК 3147448 . ПМИД 21685165 .

[:32-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Чжоу Х, Чжан Р, Ху П, Цзэн В, Се Ю, Ву С, Цю Г (август 2008 г.). «Выделение и характеристика Ferroplasma thermophilum sp. nov., новой чрезвычайно ацидофильной и умеренно термофильной археи, и ее роль в биовыщелачивании халькопирита». Журнал прикладной микробиологии . 105 (2): 591–601. дои : 10.1111/j.1365-2672.2008.03807.x . ПМИД 18422958 . S2CID 25924161 .

[:42-5] Перейти обратно: ^а ^б Хоукс Р.Б., Францманн П.Д., Пламб Дж.Дж. (01 сентября 2006 г.). «Умеренные термофилы, в том числе «Ferroplasma cupricumulans» sp. nov., доминируют в промышленном кучном биовыщелачивании халькоцита». Гидрометаллургия . 16-й Международный биогидрометаллургический симпозиум. 83 (1): 229–236. doi : 10.1016/j.гидромет.2006.03.027 .

[Golyshina_2815–2823-6] Перейти обратно: ^а ^б Голышина О.В., Якимов М.М., Люнсдорф Х., Феррер М., Нимц М., Тиммис К.Н. и др. (ноябрь 2009 г.). «Acidiplasma aeolicum gen. nov., sp. nov., эвриархея семейства Ferroplasmaceae, выделенная из гидротермального бассейна, и перенос Ferroplasma cupricumulans в Acidiplasma cupricumulans comb. nov» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 59 (Часть 11): 2815–23. дои : 10.1099/ijs.0.009639-0 . hdl : 10033/90258 . ПМИД 19628615 .

[7] Макалади Дж.Л., Вестлинг М.М., Баумлер Д., Букельхайде Н., Каспар К.В., Банфилд Дж.Ф. (октябрь 2004 г.). «Монослои мембран, связанных с тетраэфиром, у видов Ferroplasma: ключ к выживанию в кислоте». Экстремофилы . 8 (5): 411–9. дои : 10.1007/s00792-004-0404-5 . PMID 15258835 . S2CID 15702103 .

[:7-8] Перейти обратно: ^а ^б Мэдиган М.Т., Мартинко Дж.М., Бендер К.С., Бакли Д.Х., Шталь Д.А. (2015). Брок Биология микроорганизмов . Соединенные Штаты Америки: Пирсон. стр. 652–653. ISBN 978-0-321-89739-8 .

[9] Ровердер Т., Герке Т., Кинцлер К., Сэнд В. (декабрь 2003 г.). «Обзор биовыщелачивания, часть A: прогресс в области биовыщелачивания: основы и механизмы бактериального окисления сульфидов металлов». Прикладная микробиология и биотехнология . 63 (3): 239–48. дои : 10.1007/s00253-003-1448-7 . ПМИД 14566432 . S2CID 25547087 .

[10] Олсон Г.Дж., Бриерли Дж.А., Бриерли К.Л. (декабрь 2003 г.). «Обзор биовыщелачивания, часть B: прогресс в области биовыщелачивания: применение микробных процессов в горнодобывающей промышленности». Прикладная микробиология и биотехнология . 63 (3): 249–57. дои : 10.1007/s00253-003-1404-6 . ПМИД 14566430 . S2CID 24078490 .

[11] Чжан Л, Ву Дж, Ван Ю, Ван Л, Мао Ф, Чжан В, Чен X, Чжоу Х (май 2014 г.). «Влияние биоаугментации Ferroplasma thermophilum на биовыщелачивание халькопирита и структуру микробного сообщества». Гидрометаллургия . 146 : 15–23. doi : 10.1016/j.гидромет.2014.02.013 .

[12] Член парламента Мерино, Эндрюс Б.А., Парада П., Асенджо Х.А. (ноябрь 2016 г.). «Характеристика Ferroplasma acidiphilum, растущей в чистой и смешанной культуре с Leptospirillum Ferriphilum». Биотехнологический прогресс . 32 (6): 1390–1396. дои : 10.1002/btpr.2340 . ПМИД 27535541 . S2CID 2765684 .

[:5-13] Перейти обратно: ^а ^б Голышина О.В., Тран Х., Рева О.Н., Лемак С., Якунин А.Ф., Гоесманн А. и др. (июнь 2017 г.). «Т» . Научные отчеты . 7 (1): 3682. doi : 10.1038/s41598-017-03904-5 . ПМЦ 5473848 . ПМИД 28623373 .

[14] Суньига М., Перес Г., Гонсалес-Канделас Ф. (декабрь 2002 г.). «Эволюция генов пути аргининдеиминазы (ADI)». Молекулярная филогенетика и эволюция . 25 (3): 429–44. дои : 10.1016/S1055-7903(02)00277-4 . ПМИД 12450748 .

[:2-15] Перейти обратно: ^а ^б Бейкер-Остин С., Допсон М., Векслер М., Сойерс Р.Г., Бонд П.Л. (август 2005 г.). «Молекулярное понимание чрезвычайной устойчивости к меди у экстремофильного архея Ferroplasma acidarmanus Fer1» . Микробиология . 151 (Часть 8): 2637–2646. дои : 10.1099/mic.0.28076-0 . ПМИД 16079342 .

[16] Бейкер-Остин С., Допсон М., Векслер М., Сойерс Р.Г., Стеммлер А., Розен Б.П., Бонд П.Л. (май 2007 г.). «Чрезвычайная устойчивость к мышьяку ацидофильной археи Ferroplasma acidarmanus Fer1». Экстремофилы . 11 (3): 425–34. дои : 10.1007/s00792-006-0052-z . ПМИД 17268768 . S2CID 12982793 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]