Маслянистый микроорганизм
— Маслянистый микроорганизм это тип микроба, который накапливает липиды как нормальную часть своего метаболизма . Маслянистые микробы могут накапливать множество различных липидных соединений, включая полигидроксиалканоаты , триацилглицерины и эфиры воска . различные микроорганизмы, включая бактерии , грибы и дрожжи Известно, что , накапливают липиды. Эти организмы часто исследуются на предмет их потенциального использования при производстве топлива из отходов.
Функция
[ редактировать ]У типичных бактерий полярные липиды, такие как фосфолипиды, синтезируются для поддержания клеточной мембраны. Однако в маслянистых организмах липиды могут синтезироваться и накапливаться внутри клетки, выступая в качестве хранилища энергии в условиях недостатка питательных веществ. Накопление липидов может также служить второстепенным целям, таким как действие в качестве источника воды в условиях водного стресса и предотвращение окислительного стресса, вызванного образованием активных форм кислорода в результате ультрафиолетового излучения. [ 1 ]
Накопление липидов происходит как накопление энергии и питательных веществ, что, по-видимому, вызвано неадекватными условиями окружающей среды. такие бактерии, как штамм Mmethylobacterium rhodesianum Было обнаружено, что MB126, накапливают поли-β-гидроксибутират при выращивании в условиях дефицита фосфора, азота и углерода. [ 2 ] Точно так же известно, что другие организмы, такие как маслянистые Rhodococcus, виды такие как R. opacus, вместо этого накапливают триацилглицерины. [ 3 ] при этом содержание жирных кислот в этих соединениях варьируется в зависимости от организма и условий окружающей среды. [ 1 ] Предполагается, что накопление липидов выгодно для маслянистых микробов, поскольку оно обеспечивает источник энергии и питательных веществ, когда они отсутствуют в окружающей среде. Это позволяет организмам выживать в условиях «пира и голода», предотвращая вымирание, прежде чем населению будет предоставлен новый источник энергии и питательных веществ. [ 2 ]
Были изучены специфические условия, вызывающие синтез и накопление триацилглицерина, с целью разработки процессов, при которых его внутриклеточное содержание максимально. Было установлено, что соотношение углерода и азота особенно важно для накопления липидов. Было обнаружено, что условия с низким содержанием азота и избыточным содержанием углерода вызывают усиление липогенеза у бактерий рода Rhodococcus . [ 3 ]
Накопление липидов также может принести пользу организмам в условиях водного стресса. Метаболизм триацилглицеринов и эфиров воска потенциально может производить 1,4 молекулы воды на каждую молекулу перерабатываемого липида, тогда как поли-β-гидроксибутират возвращает 0,5 молекулы воды на каждую молекулу липидного метаболизма. [ 1 ] Другой анализ показал, что из 100 г микробных липидов можно получить 107,1 г воды, что больше, чем такое же количество запасных молекул углеводов. [ 4 ] Это означает, что маслянистые организмы могут полагаться на накопление липидов, чтобы уменьшить водный стресс и предотвратить высыхание в засушливых условиях.
Еще один способ, которым накопление липидов способствует выживанию маслянистых микробов, — это смягчение окислительного стресса, вызванного активными формами кислорода. В средах с интенсивным ультрафиолетовым излучением, таких как пустыни или полярные регионы, микробы могут быть повреждены из-за образования активных форм кислорода из молекул воды, которые взаимодействуют с ДНК клетки, клеточными компонентами или метаболическими процессами. Осмолиты, такие как глицерин – компонент триацилглицерина – стабилизируют внутриклеточную воду и предотвращают образование активных форм кислорода, предотвращая повреждение и лизис клеток в результате ультрафиолетового излучения. [ 1 ]
Исследована генетическая составляющая биосинтеза триацилглицеринов. Его биосинтез катализируется ферментами воскового эфира/ацил-КоА:диацилглицерин-ацилтрансферазы, которая связана с генами atf . Исследование, изучающее гены atf , определяет, что из 10 генов atf, идентифицированных у R. opacus PD630, только atf1 и aft2. оказало существенное влияние на активность ферментов и, как следствие, на синтез и накопление триацилглицерина. [ 5 ]
Источник биотоплива
[ редактировать ]Маслянистые микробы привлекли внимание своим потенциалом в качестве источников биотоплива, такого как биодизель . Вместо использования невозобновляемых источников топлива, таких как нефть и природный газ, биодизель может производить источники топлива из других форм отходов, таких как сельскохозяйственные отходы или сточные воды. Маслянистые микробы обладают способностью разлагать различные материалы на полигидроксиалканоаты, которые могут образовывать биопластики , и триацилглицерины, которые могут образовывать биодизельное топливо. Микробы могут быть интегрированы в существующие процессы или потоки отходов, такие как очистка сточных вод, для сбора ресурсов из отходов. [ 6 ] В настоящее время многие виды биотоплива производятся с использованием растительных масел, но такие продукты, как одноклеточное масло с использованием микробных липидов, требуют меньше земли и имеют более короткие временные ограничения по сравнению с переработкой растительных масел. [ 7 ] Учитывая как использование отходов в качестве субстрата, интеграцию в существующие процессы, так и низкие инвестиции в ресурсы, использование маслянистых микробов в качестве источника биотоплива привлекательно для многих исследователей. [ 3 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Реттиг А., Хаушильд П., Мадкур М.Х., Аль-Ансари А.М., Алмакишах Н.Х., Штайнбюхель А. (май 2016 г.). «Анализ и оптимизация синтеза триацилглицерина в новых маслянистых штаммах Rhodococcus и Streptomyces, выделенных из пустынной почвы». Журнал биотехнологии . 225 : 48–56. doi : 10.1016/j.jbiotec.2016.03.040 . ПМИД 27034020 .
- ^ Перейти обратно: а б Акерманн Ю., Мюллер С., Лёше А., Блей Т. (21 февраля 1995 г.). «Клетки Mmethylobacterium rhodesianum имеют тенденцию удваивать содержание ДНК в условиях ограничений роста и накапливать PHB». Журнал биотехнологии . 39 (1): 9–20. дои : 10.1016/0168-1656(94)00138-3 . ISSN 0168-1656 .
- ^ Перейти обратно: а б с Альварес Х.М., Кузнец О.М., Сильва Р.А., Эрнандес М.А., Ланфранкони MP, Вильяльба М.С. Петтинари Дж.М. (ред.). «Взгляд на метаболизм маслянистых родококков » . Прикладная и экологическая микробиология . 85 (18):e00498–19. Бибкод : 2019ApEnM..85E.498A дои : 10.1128/AEM.00498-19 . ПМК 6715851 . ПМИД 31324625 .
- ^ Хаушильд П., Реттиг А., Мадкур М.Х., Аль-Ансари А.М., Алмакишах Н.Х., Штайнбюхель А. (март 2017 г.). «Накопление липидов у прокариотических микроорганизмов из засушливых местообитаний». Прикладная микробиология и биотехнология . 101 (6): 2203–2216. дои : 10.1007/s00253-017-8149-0 . ПМИД 28175949 . S2CID 253769928 .
- ^ Эрнандес М.А., Араболаса А., Родригес Э., Грамахо Х., Альварес Х.М. (март 2013 г.). «Ген atf2 участвует в биосинтезе и накоплении триацилглицерина в маслянистом Rhodococcus opacus PD630». Прикладная микробиология и биотехнология . 97 (5): 2119–2130. дои : 10.1007/s00253-012-4360-1 . hdl : 11336/192311 . ПМИД 22926642 . S2CID 253766352 .
- ^ Серафим Л.С., Ксавье А.М., Лемос ПК (2018). «Хранение гидрофобных полимеров в бактериях». В Гейгере О (ред.). Биогенез жирных кислот, липидов и мембран . Чам: Международное издательство Springer. стр. 1–25. дои : 10.1007/978-3-319-43676-0_33-1 . ISBN 978-3-319-43676-0 .
- ^ Вальдес Дж., Мендонса РТ, Аггелис Дж. (2020). «Лигноцеллюлозная биомасса как субстрат для маслянистых микроорганизмов: обзор» . Прикладные науки . 10 (21): 7698. дои : 10.3390/app10217698 . ISSN 2076-3417 .