Нитроспира
| Нитроспира | |
|---|---|
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Нитроспирота |
| Сорт: | Нитроспира |
| Заказ: | Нитроспиралы |
| Семья: | Нитроспировые |
| Род: | Нитроспира Уотсон и др. 1986 год |
| Типовой вид | |
| Истинный Нитроспир Уотсон и др. 1986 год
| |
| Разновидность | |
|
Посмотреть текст | |
Nitrospira (от латинского nitro, что означает «нитрат» и греческого: spira, что означает «спираль»), переводится как «нитратная спираль». Это род бактерий монофилетической клады. [1] из типа Нитроспирота . Первый представитель этого рода был описан в 1986 году Watson et al. изолирован от залива Мэн. Бактерия получила название Nitrospira marina . [2] Первоначально считалось, что популяции обитают в морских экосистемах , но позже выяснилось, что они хорошо подходят для многочисленных сред обитания, включая активный ил систем очистки сточных вод , [3] естественные биологические морские условия (например, река Сена во Франции [4] и пляжи Кейп-Кода [5] циркуляции воды ), биофильтры в аквариумах , [4] наземные системы, [5] экосистемы пресной и соленой воды, а также горячие источники . [6] Нитроспира — повсеместно распространенная бактерия, играющая роль в круговороте азота. [7] путем окисления нитрита на втором этапе нитрификации. [6] Nitrospira обитают в самых разных средах, включая, помимо прочего, системы питьевой воды, очистные сооружения, рисовые поля , лесные почвы , геотермальные источники и губчатую ткань. [8] широко распространены во многих природных и искусственных экосистемах, Несмотря на то, что нитроспиры их трудно культивировать, поэтому большая часть знаний о них основана на молекулярных и геномных данных. [9] Однако из-за того, что их трудно культивировать в лабораторных условиях, весь геном был секвенирован только у одного вида, Nitrospira defluvii . [10] Кроме того, Nitrospira бактерий последовательности 16S рРНК слишком различаются, чтобы их можно было использовать в качестве для ПЦР праймеров , поэтому некоторые члены остаются незамеченными. [9] представители Nitrospira , способные осуществлять полную нитрификацию ( бактерии комаммокс ). Кроме того, были обнаружены [8] [11] и культивируется. [12]
Морфология
[ редактировать ]В последующем описании Nitrospira moscoviensis будет представителем рода Nitrospira . Nitrospira представляет собой грамотрицательный нитрит- окисляющий организм со спиральной или виброидной морфологией ( 0,9–2,2 × 0,2–0,4 микрометра ). размером [13] Это непланктонные организмы , которые живут в виде скоплений, известных как агрегаты, в биопленках . [1] Визуализация с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ) подтверждает звездообразные выступы на внешней мембране (толщиной 6-8 нм). Периплазматическое пространство исключительно широкое (толщина 34-41 нм), [5] который обеспечивает пространство для размещения молекул, богатых электронами. [14] Лишенные электронов структуры расположены в цитозоле и считаются везикулами для хранения гликогена ; полигидроксибутирата и полифосфата . В цитоплазме также идентифицируются гранулы [13] Анализ ДНК показал, что 56,9 +/- 0,4 мол.% ДНК представляют собой пары оснований гуанина и цитозина . [13]
Общий обмен веществ
[ редактировать ]Нитроспиры способны к аэробному окислению водорода. [15] и окисление нитритов [6] для получения электронов, но высокие концентрации нитрита подавляют их рост. [1] Оптимальная температура для окисления нитритов и роста Nitrospira moscoviensis составляет 39 °C (может варьироваться от 33 до 44 °C) при диапазоне pH 7,6–8,0. [13] Несмотря на то, что их обычно относят к облигатным хемолитотрофам , [5] некоторые способны к миксотрофии . [6] Например, в разных средах Nitrospira может ассимилировать углерод путем фиксации углерода. [6] или потребляя органические молекулы ( глицерин , пируват или формиат). [16] ). Новые исследования также показывают, что Nitrospira может использовать мочевину в качестве источника питательных веществ. [17] Уреаза, закодированная в их геноме, может расщеплять мочевину до CO 2 и аммиака . CO 2 может усваиваться путем анаболизма, в то время как аммиак и органические побочные продукты, выделяемые Nitrospira, позволяют окислителям аммония [6] и другие микробы сосуществуют в одной и той же микросреде . [1]
Нитрификация
[ редактировать ]Все представители этого рода имеют гены нитрит-оксидоредуктазы и поэтому считаются окислителями нитрита. [9] С тех пор, как были открыты нитрифицирующие бактерии, считалось, что нитрификация происходит в два этапа, хотя для одного организма было бы энергетически выгодно проделать оба этапа. [18] Недавно представители Nitrospira, способные осуществлять полную нитрификацию ( бактерии комаммокс ). также были обнаружены [8] [11] [19] и культивируется, как в случае с Nitrospira inopinata . [12] Открытие commamox- организмов в составе Nitrospira переосмысливает вклад бактерий в азотный цикл , и поэтому этому будет посвящено множество будущих исследований. [8]
Благодаря этим новым открытиям теперь появилась возможность в основном использовать полную нитрификацию вместо частичной нитрификации в инженерных системах, таких как очистные сооружения , поскольку полная нитрификация приводит к снижению выбросов парниковых газов : закиси азота и оксида азота в атмосферу. [20]
Геном
[ редактировать ]После секвенирования и анализа ДНК членов Nitrospira исследователи обнаружили, что у обоих видов есть гены, кодирующие монооксигеназу аммиака (Amo) и гидроксиламиндегидрогеназу (hao), ферменты, которые бактерии, окисляющие аммиак (AOB) , используют для преобразования аммиака в нитрит. [8] [11] [19] Бактерии обладают всеми необходимыми субъединицами для обоих ферментов, а также необходимыми белками и транспортерами, связанными с клеточной мембраной, для выполнения первого этапа нитрификации. [8] Происхождение гена Amo является спорным, поскольку одно исследование показало, что он похож на другие AOB[3], тогда как другое исследование показало, что ген Amo генетически отличается от других линий. [11] Текущие результаты показывают, что ген hao филогенетически отличается от гена hao, присутствующего в других AOB, а это означает, что они приобрели их давно, вероятно, в результате горизонтального переноса генов . [8]
Nitrospira также несет гены, кодирующие все субъединицы нитритоксидоредуктазы (nxr), фермента, который катализирует второй этап нитрификации. [8]
Филогения
[ редактировать ]Принятая в настоящее время таксономия основана на Списке названий прокариот, стоящих в номенклатуре (LSPN). [21] и Национальный центр биотехнологической информации (NCBI). [22] Филогения основана на GTDB 08-RS214 базы данных таксономии генома. [23] [24] [25]
| Нитроспира |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Неопределенные типы сидений:
- « Ca. N. щелочнотолерантные» Daebeler et al. 2020 год
- " Ca. N. bockiana" Lebedeva et al. 2008
- « Н. горячая » Лебедева и др. 2011 год
- Н. Марина Уотсон и др. 1986 год
- « Ca. N. salsa» Haaijer et al. 2013 год
- « Н. тепида » Keuter et al. 2023 год
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Фудзитани Х., Ушики Н., Цунэда С., Аой Ю. (октябрь 2014 г.). «Изоляция подлинии I с помощью новой стратегии выращивания». Экологическая микробиология . 16 (10): 3030–3040. дои : 10.1111/1462-2920.12248 . ПМИД 25312601 .
- ^ Стэнли В. Уотсон, Эберхард Бок, Фредерика В. Валуа, Джон Б. Уотербери, Урсула Шлоссер (1986). «Nitrospira marina gen. nov. sp. nov.: хемолитотрофная нитрит-окисляющая бактерия». Арка Микробиол . 144 (1): 1–7. Бибкод : 1986ArMic.144....1W . дои : 10.1007/BF00454947 . S2CID 29796511 .
- ^ Вагнер М., Лой А., Ногейра Р., Пуркхольд Ю., Ли Н., Даймс Х. (2002). «Состав и функции микробного сообщества на очистных сооружениях». Антони ван Левенгук . 81 (1/4): 665–680. дои : 10.1023/А:1020586312170 . HDL : 1822/1616 . ПМИД 12448762 . S2CID 21315850 .
- ^ Перейти обратно: а б Хованец Т.А., Тейлор Л.Т., Блакис А., Делонг Э.Ф. (1998). «Нитроспироподобные бактерии, связанные с окислением нитритов в пресноводных аквариумах» . Прикладная и экологическая микробиология . 64 (1): 258–264. Бибкод : 1998ApEnM..64..258H . дои : 10.1128/АЕМ.64.1.258-264.1998 . ISSN 0099-2240 . ПМК 124703 . ПМИД 16349486 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Уотсон С.В., Бок Э., Валуа Ф.В., Уотербери Дж.Б., Шлоссер Ю. (февраль 1986 г.). «Nitrospira marina gen. nov. sp. nov.: хемолитотрофная нитрит-окисляющая бактерия». Архив микробиологии . 144 (1): 1–7. Бибкод : 1986ArMic.144....1W . дои : 10.1007/BF00454947 . S2CID 29796511 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Кох Х., Люкер С., Альбертсен М., Китцингер К., Гербольд С., Шпик Э., Нильсен П.Х., Вагнер М., Даймс Х. (8 сентября 2015 г.). «Расширенная метаболическая универсальность вездесущих нитритокисляющих бактерий этого рода» . Труды Национальной академии наук . 112 (36): 11371–11376. дои : 10.1073/pnas.1506533112 . ПМЦ 4568715 . ПМИД 26305944 .
- ^ Люкер С., Вагнер М., Майкснер Ф., Пеллетье Э., Кох Х., Вашери Б., Раттей Т., Дамсте Дж.С., Шпик Э., Ле Паслье Д., Даймс Х. (12 июля 2010 г.). «Метагеном Nitrospira освещает физиологию и эволюцию глобально важных нитритокисляющих бактерий» . Труды Национальной академии наук . 107 (30): 13479–13484. Бибкод : 2010PNAS..10713479L . дои : 10.1073/pnas.1003860107 . ПМЦ 2922143 . ПМИД 20624973 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час ван Кессель М.А., Спет Д.Р., Альбертсен М., Нильсен П.Х., Кэмп Х.Дж., Картал Б., Джеттен М.С., Люкер С. (2015). «Полная нитрификация одним микроорганизмом» . Природа . 528 (7583): 555–9. Бибкод : 2015Natur.528..555V . дои : 10.1038/nature16459 . ПМЦ 4878690 . ПМИД 26610025 .
- ^ Перейти обратно: а б с Пестер М, Майкснер Ф, Берри Д, Раттей Т, Кох Х, Люкер С, Новка Б, Рихтер А, Шпик Э (01 октября 2014 г.). «NxrB, кодирующий бета-субъединицу нитрит-оксидоредуктазы, как функциональный и филогенетический маркер нитрит-окисляющих Nitrospira» . Экологическая микробиология . 16 (10): 3055–3071. Бибкод : 2014EnvMi..16.3055P . дои : 10.1111/1462-2920.12300 . ISSN 1462-2920 . ПМИД 24118804 .
- ^ Люкер С., Вагнер М., Майкснер Ф., Пеллетье Э., Кох Х., Вашери Б., Раттей Т., Дамсте Дж.С., Шпик Э., Ле Паслье Д., Даймс Х. (12 июля 2010 г.). «Метагеном Nitrospira освещает физиологию и эволюцию глобально важных нитритокисляющих бактерий» . Труды Национальной академии наук . 107 (30): 13479–13484. Бибкод : 2010PNAS..10713479L . дои : 10.1073/pnas.1003860107 . ПМЦ 2922143 . ПМИД 20624973 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Даймс Х., Лебедева Е.В., Пьевац П., Хан П., Гербольд С., Альбертсен М., Йемлих Н., Палатинский М., Вирхейлиг Дж. (2015). «Полная нитрификация бактериями Nitrospira» . Природы . 528 (7583): 504–9. Бибкод : 2015Natur.528..504D . дои : 10.1038/nature16461 . ПМК 5152751 . ПМИД 26610024 .
- ^ Перейти обратно: а б Китс К.Д., Седлачек С.Дж., Лебедева Е.В., Хан П., Булаев А., Пьевац П., Дебелер А., Романо С., Альбертсен М., Штейн Л.Ю., Даймс Х. (сентябрь 2017 г.). «Кинетический анализ полного нитрификатора показывает олиготрофный образ жизни» . Природа . 549 (7671): 269–272. Бибкод : 2017Natur.549..269K . дои : 10.1038/nature23679 . ISSN 1476-4687 . ПМК 5600814 . ПМИД 28847001 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Эрих С., Беренс Д., Лебедева Е., Людвиг В., Бок Э. (июль 1995 г.). «Новая облигатно хемолитоавтотрофная нитрит-окисляющая бактерия Nitrospira moscoviensis sp. nov. и ее филогенетическое родство». Архив микробиологии . 164 (1): 16–23. Бибкод : 1995ArMic.164...16E . дои : 10.1007/BF02568729 . ПМИД 7646315 . S2CID 2702110 .
- ^ Хаайер СК, Джи К., Нифтрик Лв, Хойшен А, Спет Д, Джеттен М.С., Дамте Дж.С., Оп ден Кэмп Х.Дж. (2013). «Новый морской вид Nitrospira, окисляющий нитриты, из голландских прибрежных вод Северного моря» . Границы микробиологии . 4 : 60. дои : 10.3389/fmicb.2013.00060 . ПМК 3600790 . ПМИД 23515432 .
- ^ Кох Х., Галушко А., Альбертсен М., Шинтлмейстер А., Грубер-Дорнингер С., Люкер С., Пеллетье Е., Ле Паслье Д., Шпик Е., Рихтер А., Нильсен П.Х., Вагнер М., Даймс Х. (28 августа 2014 г.). «Рост нитритокисляющих бактерий путем аэробного окисления водорода». Наука . 345 (6200): 1052–1054. Бибкод : 2014Sci...345.1052K . дои : 10.1126/science.1256985 . hdl : 2066/133107 . ПМИД 25170152 . S2CID 206559794 .
- ^ Даймс Х., Нильсен Дж.Л., Нильсен П.Х., Шляйфер К.Х., Вагнер М. (1 ноября 2001 г.). «Характеристика in situ нитроспироподобных нитрит-окисляющих бактерий, активных на очистных сооружениях» . Прикладная и экологическая микробиология . 67 (11): 5273–5284. Бибкод : 2001ApEnM..67.5273D . дои : 10.1128/АЕМ.67.11.5273-5284.2001 . ПМЦ 93301 . ПМИД 11679356 .
- ^ Кох Х, Люкер С, Альбертсен М, Китцингер К, Гербольд С, Шпик Э, Нильсен ПХ, Вагнер М, Даймс Х (08 сентября 2015 г.). «Расширенная метаболическая универсальность вездесущих нитритокисляющих бактерий рода Nitrospira» . Труды Национальной академии наук . 112 (36): 11371–11376. Бибкод : 2015PNAS..11211371K . дои : 10.1073/pnas.1506533112 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 4568715 . ПМИД 26305944 .
- ^ Коста Э., Перес Х., Крефт Ю. (2006). «Почему метаболический труд делится на нитрификацию?». Тенденции в микробиологии . 14 (5): 213–219. дои : 10.1016/j.tim.2006.03.006 . ПМИД 16621570 .
- ^ Перейти обратно: а б Паломо А., Фаулер С.Дж., Гулай А., Расмуссен С., Зихеритц-Понтен Т., Сметс Б.Ф. (29 апреля 2016 г.). «Метагеномный анализ микробных сообществ быстродействующих песчаных фильтров предполагает новую физиологию видов Nitrospira» . Журнал ISME . 10 (11): 2569–2581. Бибкод : 2016ISMEJ..10.2569P . дои : 10.1038/ismej.2016.63 . ISSN 1751-7370 . ПМК 5113852 . ПМИД 27128989 .
- ^ Родригес-Кабальеро А., Рибера А., Балькасар Х., Пихуан М. (2013). «Нитритация и полная нитрификация сточных вод, богатых аммонием: сравнение выбросов оксидов азота и азота». Биоресурсные технологии . 139 : 195–202. Бибкод : 2013BiTec.139..195R . doi : 10.1016/j.biortech.2013.04.021 . ПМИД 23665516 .
- ^ Эузеби Ж.П. « Нитроспиры » . Список названий прокариот, имеющих номенклатуру (LPSN) . Проверено 20 марта 2016 г.
- ^ Сэйерс. «Нитроспиры» . База данных таксономии Национального центра биотехнологической информации (NCBI) . Проверено 20 марта 2016 г.
- ^ «Выпуск GTDB 08-RS214» . База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ "bac120_r214.sp_label" . База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ «История таксонов» . База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.