Фибробактерии сукциногены

Фибробактерии
Научная классификация
Домен:	Бактерии
Тип:	Фибробактерита
Сорт:	Фибробактерии
Заказ:	Фибробактерии
Семья:	Фибробактерии
Род:	Фибробактерия
Разновидность:	Ф. сукциногенес
Биномиальное имя
	Фибробактерии сукциногены ; (Hungate, 1950) Монтгомери и др. 1988 год
Подвиды
	Ф. с. elongatus Montgomery et al. 1988 год ; Ф. с. succinogenes (Hungate 1950) Montgomery et al. 1988 год ;
Синонимы
	Bacteroides succinogenes Hungate, 1950 г. ; Ruminobacter succinogenes (Hungate, 1950) Превот, 1966 г. ;

Fibrobacter succinogenes — вид целлюлолитических бактерий рода Fibrobacter . Он присутствует в рубце крупного рогатого скота. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} F. succinogenes представляет собой грамотрицательный палочковидный облигатный анаэроб, который вносит основной вклад в переваривание целлюлозы. ^{[ 3 ]} С момента своего открытия в 1950-х годах его изучали на предмет его роли в пищеварении травоядных животных и ферментации целлюлозы, что может быть использовано в производстве биотоплива.

История

Fibrobacter succinogenes был выделен в 1954 году М. П. Брайантом и Р. Н. Доетчем из рубца крупного рогатого скота в Университете Мэриленда . ^{[ 3 ]} Они выделили 8 различных штаммов – S23, S61, S85, S111, S121, C2, M13 и M34, все из которых принадлежали к одному виду – Bacteroides succinogenes. Позже этот вид был переименован в Fibrobacter succinogenes. S85 вскоре стал модельным штаммом для исследований и продолжает оставаться представителем видов дикого типа. ^{[ 4 ]}

Геном

Геном имеет длину 3,84 мегабазы и, по прогнозам , F. succinogenes будет состоять из 3085 открытых рамок считывания . Многие из этих генов кодируют молекулы, связывающие углеводы, гликозидгидролазы и другие ферменты. Тридцать один ген идентифицирован как целлюлазы . Геном также кодирует ряд белков, способных расщеплять сахара, но ему не хватает механизмов для транспортировки и использования всех продуктов, за исключением тех, которые получены из целлюлозы. ^{[ 1 ]}

Связь с другими бактериями

Филогенетические исследования, основанные на последовательностях белков RpoC и Gyrase B, показывают, что Fibrobacter succinogenes тесно связан с видами из типов Bacteroidetes и Chlorobi . ^{[ 5 ]} Fibrobacter succinogenes и виды из этих двух других типов также разветвляются в том же положении на основании консервативных сигнатурных инделей в ряде важных белков. ^{[ 6 ]} Наконец, что наиболее важно, сравнительные геномные исследования выявили две консервативные сигнатурные индели (вставка из 5–7 аминокислот в белке RpoC и вставка из 13–16 аминокислот в серингидроксиметилтрансферазе ) и один сигнатурный белок (PG00081), которые уникальным образом являются общими для всех Fibrobacter succinogenes и все виды типов Bacteroidetes и Chlorobi . ^{[ 7 ]} Все эти результаты предоставляют убедительные доказательства того, что Fibrobacter succinogenes имел общего предка с видами Bacteroidetes и Chlorobi , за исключением всех других бактерий, и эти виды следует признать частью единого супертипа «FCB» . ^{[ 5 ]}^{[ 7 ]}

Метаболизм

F. succinogenes использует ортогональный метаболизм лигноцеллюлозы, что делает его эффективным разлагателем целлюлозы. Этот уникальный метаболизм отличается от других модельных деструкторов целлюлозы, таких как Clostridium thermocellum и Trichoderma reesei , которые используют целлюлозомы и системы секреции целлюлозы соответственно. ^{[ 8 ]} Предполагается, что адгезия клеток к их целлюлозному субстрату играет роль в эффективности, что может объяснить, почему F. succinogenes является таким эффективным разлагающим фактором. Fibrobacter succinogenes образует характерные бороздки в кристаллической целлюлозе и легко отделяется от субстрата во время подготовки проб. ^{[ 9 ]}

Основной метаболический механизм F. succinogenes находится в клеточной оболочке или периплазматическом пространстве . В зависимости от типа доступной целлюлозы эти бактерии производят различный набор белков и ферментов, необходимых для разложения каждого типа. Было обнаружено, что ферменты деградации ковалентно связываются с внешней поверхностью клетки. Эти ферменты имеют молекулы, связывающие углеводы, которые улучшают деградацию, приближая субстраты к активным центрам ферментов деградации. F. succinogenes способен расщеплять многие сахара, но только для того, чтобы получить лучший доступ к целлюлозе, которая является единственным источником пищи. ^{[ 1 ]} При выращивании на целлюлозе клетка снижает уровень других поверхностных сахаров и белков, но повышает уровень поверхностных липидов. Такое регулирование других поверхностных элементов способствует образованию и использованию ферментов, разлагающих целлюлозу. ^{[ 8 ]} Бета-глюканы являются предпочтительным субстратом в рубце, а продукты переваривания включают формиат, ацетат и сукцинат.

Для роста не требуются аминокислоты , поэтому NH4+ является единственным источником азота, необходимым для производства белка. PO4---, NH4+, Mg++, Ca++, K+ и Na+ необходимы для роста. F. succinogenes может использовать глюкозу, но лучше всего растет на целлюлозе в отсутствие глюкозы. ^{[ 3 ]}

Применение к биотопливу

Производство биотоплива в настоящее время основано на использовании сырья, которое также можно использовать в пищу. Альтернативные источники сырья доступны, но их использование дорого. В качестве альтернативы можно использовать целлюлозу, гемицеллюлозу и лигноцеллюлозу. Использование этих источников для производства биотоплива представляет собой двухэтапный процесс: 1. осахаривание 2. ферментация . Осахаривание — это предварительная обработка, которая создает жизнеспособные сахара для ферментации, и является узким этапом из-за своей дороговизны и энергоемкости. Современные виды сырья, такие как кукурузное зерно, могут пропустить этот этап, поскольку они содержат много крахмала и легко поддаются ферментации. ^{[ 10 ]}

Поскольку Fibrobacter succinogenes является эффективным осахаривателем целлюлозы, его потенциально можно использовать при биологическом разложении целлюлозы для производства биотоплива.

См. также

Fssl , фермент рестрикции , обнаруженный в F. succinogenes.
Список метаногенов пищеварительного тракта жвачных животных

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Суен Дж., Веймер П.Дж., Стивенсон Д.М., Эйлуорд Ф.О., Бойум Дж., Денеке Дж. и др. (апрель 2011 г.). «Полная последовательность генома Fibrobacter succinogenes S85 позволяет выявить специалиста по целлюлолитическому и метаболическому действию» . ПЛОС ОДИН . 6 (4): e18814. Бибкод : 2011PLoSO...618814S . дои : 10.1371/journal.pone.0018814 . ПМК 3079729 . ПМИД 21526192 .
^ Бёрнет М.С., Доналкова А.С., Нойманн А.П., Липтон М.С., Смит Р.Д., Суэн Дж., Каллистер С.Дж. (2 декабря 2015 г.). «Оценка моделей деградации целлюлозы Fibrobacter succinogenes S85» . ПЛОС ОДИН . 10 (12): e0143809. Бибкод : 2015PLoSO..1043809B . дои : 10.1371/journal.pone.0143809 . ПМЦ 4668043 . ПМИД 26629814 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Брайант, член парламента, Дуч Р.Н. (1 октября 1954 г.). «Исследование активно целлюлозолитических палочковидных бактерий рубца крупного рогатого скота» . Журнал молочной науки . 37 (10): 1176–1183. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(54)91387-9 . ISSN 0022-0302 .
^ Бера-Майе С., Рибо Ю., Форано Э. (апрель 2004 г.). «Системы разложения клетчатки разных штаммов рода Fibrobacter» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (4): 2172–2179. Бибкод : 2004ApEnM..70.2172B . дои : 10.1128/АЕМ.70.4.2172-2179.2004 . ПМЦ 383150 . PMID 15066810 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Гупта РС (2008). «Филогения и характеристики характерных последовательностей Fibrobacteres, Chlorobi и Bacteroidetes». Критические обзоры по микробиологии . 30 (2): 123–143. дои : 10.1080/10408410490435133 . ПМИД 15239383 . S2CID 24565648 .
^ Гриффитс Э., Гупта Р.С. (сентябрь 2001 г.). «Использование сигнатурных последовательностей в различных белках для определения относительного порядка ветвления бактериальных подразделений: свидетельство того, что Fibrobacter разошлись в то же время, что и хламидии и подразделение Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides» . Микробиология . 147 (Часть 9): 2611–2622. дои : 10.1099/00221287-147-9-2611 . ПМИД 11535801 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Гупта Р.С., Лоренцини Э. (май 2007 г.). «Филогения и молекулярные признаки (консервативные белки и индели), специфичные для видов Bacteroidetes и Chlorobi» . Эволюционная биология BMC . 7 (1): 71. Бибкод : 2007BMCEE...7...71G . дои : 10.1186/1471-2148-7-71 . ПМЦ 1887533 . ПМИД 17488508 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Раут М.П., Коуто Н., Карунакаран Э., Биггс К.А., Райт ПК (ноябрь 2019 г.). «Расшифровка уникального механизма деградации целлюлозы рубцовой бактерией Fibrobacter succinogenes S85» . Научные отчеты . 9 (1): 16542. Бибкод : 2019NatSR...916542R . дои : 10.1038/s41598-019-52675-8 . ПМК 6851124 . ПМИД 31719545 .
^ Палмквист Д.Л. (1995). «Переваримость хлопкового волокна и цельных масличных семян микроорганизмами рубца». Наука и технология кормов для животных . 56 (3–4): 231–42. дои : 10.1016/0377-8401(95)00830-6 .
^ Раут М.П., Коуто Н., Карунакаран Э., Биггс К.А., Райт ПК (ноябрь 2019 г.). «Расшифровка уникального механизма деградации целлюлозы рубцовой бактерией Fibrobacter succinogenes S85» . Научные отчеты . 9 (1): 16542. Бибкод : 2019NatSR...916542R . дои : 10.1038/s41598-019-52675-8 . ПМК 6851124 . ПМИД 31719545 .

Внешние ссылки

Fibrobacter_succinogenes в браузере таксономии NCBI
Типовой штамм Fibrobacter succinogenes в Bac Dive - базе метаданных бактериального разнообразия

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Суен Дж., Веймер П.Дж., Стивенсон Д.М., Эйлуорд Ф.О., Бойум Дж., Денеке Дж. и др. (апрель 2011 г.). «Полная последовательность генома Fibrobacter succinogenes S85 позволяет выявить специалиста по целлюлолитическому и метаболическому действию» . ПЛОС ОДИН . 6 (4): e18814. Бибкод : 2011PLoSO...618814S . дои : 10.1371/journal.pone.0018814 . ПМК 3079729 . ПМИД 21526192 .

[2] Бёрнет М.С., Доналкова А.С., Нойманн А.П., Липтон М.С., Смит Р.Д., Суэн Дж., Каллистер С.Дж. (2 декабря 2015 г.). «Оценка моделей деградации целлюлозы Fibrobacter succinogenes S85» . ПЛОС ОДИН . 10 (12): e0143809. Бибкод : 2015PLoSO..1043809B . дои : 10.1371/journal.pone.0143809 . ПМЦ 4668043 . ПМИД 26629814 .

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Брайант, член парламента, Дуч Р.Н. (1 октября 1954 г.). «Исследование активно целлюлозолитических палочковидных бактерий рубца крупного рогатого скота» . Журнал молочной науки . 37 (10): 1176–1183. doi : 10.3168/jds.S0022-0302(54)91387-9 . ISSN 0022-0302 .

[4] Бера-Майе С., Рибо Ю., Форано Э. (апрель 2004 г.). «Системы разложения клетчатки разных штаммов рода Fibrobacter» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (4): 2172–2179. Бибкод : 2004ApEnM..70.2172B . дои : 10.1128/АЕМ.70.4.2172-2179.2004 . ПМЦ 383150 . PMID 15066810 .

[Gupta-5] Перейти обратно: ^а ^б Гупта РС (2008). «Филогения и характеристики характерных последовательностей Fibrobacteres, Chlorobi и Bacteroidetes». Критические обзоры по микробиологии . 30 (2): 123–143. дои : 10.1080/10408410490435133 . ПМИД 15239383 . S2CID 24565648 .

[6] Гриффитс Э., Гупта Р.С. (сентябрь 2001 г.). «Использование сигнатурных последовательностей в различных белках для определения относительного порядка ветвления бактериальных подразделений: свидетельство того, что Fibrobacter разошлись в то же время, что и хламидии и подразделение Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides» . Микробиология . 147 (Часть 9): 2611–2622. дои : 10.1099/00221287-147-9-2611 . ПМИД 11535801 .

[GuptaB-7] Перейти обратно: ^а ^б Гупта Р.С., Лоренцини Э. (май 2007 г.). «Филогения и молекулярные признаки (консервативные белки и индели), специфичные для видов Bacteroidetes и Chlorobi» . Эволюционная биология BMC . 7 (1): 71. Бибкод : 2007BMCEE...7...71G . дои : 10.1186/1471-2148-7-71 . ПМЦ 1887533 . ПМИД 17488508 .

[:2-8] Перейти обратно: ^а ^б Раут М.П., Коуто Н., Карунакаран Э., Биггс К.А., Райт ПК (ноябрь 2019 г.). «Расшифровка уникального механизма деградации целлюлозы рубцовой бактерией Fibrobacter succinogenes S85» . Научные отчеты . 9 (1): 16542. Бибкод : 2019NatSR...916542R . дои : 10.1038/s41598-019-52675-8 . ПМК 6851124 . ПМИД 31719545 .

[9] Палмквист Д.Л. (1995). «Переваримость хлопкового волокна и цельных масличных семян микроорганизмами рубца». Наука и технология кормов для животных . 56 (3–4): 231–42. дои : 10.1016/0377-8401(95)00830-6 .

[:22-10] Раут М.П., Коуто Н., Карунакаран Э., Биггс К.А., Райт ПК (ноябрь 2019 г.). «Расшифровка уникального механизма деградации целлюлозы рубцовой бактерией Fibrobacter succinogenes S85» . Научные отчеты . 9 (1): 16542. Бибкод : 2019NatSR...916542R . дои : 10.1038/s41598-019-52675-8 . ПМК 6851124 . ПМИД 31719545 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]