Jump to content

Кабельные бактерии

Кабельные бактерии между двумя слоями осадка разделились внутри стеклянного цилиндра.
Диаграмма, демонстрирующая метаболизм кабельных бактерий в поверхностных отложениях. Сероводород (H 2 S) окисляется в слое сульфидного осадка, и образующиеся электроны (е ) передаются через кабельную бактериальную нить к кислородному слою и используются для восстановления молекулярного кислорода (O 2 ).

Кабельные бактерии представляют собой нитчатые бактерии , которые проводят электрический ток на расстояние более 1 см в отложениях и водоносных горизонтах грунтовых вод. [ 1 ] [ 2 ] Кабельные бактерии обеспечивают перенос электронов на большие расстояния, что соединяет доноров электронов с акцепторами электронов, соединяя ранее разделенные реакции окисления и восстановления. [ 3 ] Кабельные бактерии связывают восстановление кислорода [ 2 ] или нитрат [ 4 ] на поверхности осадка к окислению сульфида [ 2 ] в более глубоких бескислородных слоях отложений.

Открытие

[ редактировать ]

Электропроводность в отложениях на большие расстояния впервые наблюдалась в 2010 году как пространственное разделение процессов окисления сульфидов и восстановления кислорода в морских отложениях, которое прерывалось и восстанавливалось со скоростью, превышающей скорость, которую можно было объяснить химической диффузией. [ 1 ] Позже было обнаружено, что эту электропроводность можно было наблюдать через непроводящий слой стеклянных микросфер, где единственными возможными проводящими структурами были нитчатые бактерии, принадлежащие к семейству Desulfobulbaceae . [ 2 ] Проводимость одиночных живых нитей была позже продемонстрирована путем наблюдения за состоянием окисления цитохромов с помощью рамановской микроскопии . [ 5 ] Позднее то же явление наблюдалось и в пресноводных отложениях. [ 6 ] и подземные водоносные горизонты. [ 7 ] В верхнем слое осадков толщиной 15 см наблюдаются плотности кабельных бактерий, обеспечивающие общую длину до 2 км на квадратный сантиметр поверхности. [ 8 ]

Морфология

[ редактировать ]

Нити кабельных бактерий имеют диаметр 1–4 мкм и длину более 1 см. [ 9 ] Отдельные клетки нитей имеют палочковидную форму средней длиной 3 мкм. [ 2 ] Как грамотрицательные бактерии, они имеют две клеточные мембраны, причем каждая клетка имеет свою собственную внутреннюю клеточную мембрану, но внешняя клеточная мембрана является общей для всех клеток в нити. [ 2 ] В общей периплазме их около 15–60. [ 2 ] [ 9 ] электронопроводящие волокна диаметром около 50 нм, которые снаружи видны как параллельные продольные ребра. Они состоят из белков, богатых никелем и серой, электрически изолированы и проходят по всей длине клеточной нити. [ 9 ]

Распределение

[ редактировать ]

Кабельные бактерии обычно встречаются в восстановленных отложениях. [ 10 ] Они могут присутствовать в виде одиночной нити или в виде скопления нитей. [ 10 ] Было обнаружено, что кабельные бактерии переплетаются с корневыми волосками водных растений и присутствуют в ризосфере. [ 10 ] Их распространение варьируется в пределах градиента солености; они присутствуют в пресноводных, соленых озерах и морской среде обитания. [ 11 ] [ 12 ] Кабельные бактерии были идентифицированы в самых разных климатических условиях по всему миру. [ 13 ] включая Данию , [ 2 ] [ 6 ] Нидерланды , [ 14 ] Япония , [ 15 ] Австралия , [ 16 ] и США . [ 17 ]

Подвижность

[ редактировать ]

Кабельные бактерии лишены жгутиков, но способны к передвижению в виде скольжения. [ 18 ] продвигаясь вперед за счет выделения веществ. [ 19 ] Было замечено, что кабельные бактерии движутся со скоростью 2,2 мкм/с при средней скорости 0,5 мкм/с. [ 18 ] Скорость подвижности кабельных бактерий не связана с размером бактерий. [ 18 ] Среднее расстояние, на которое скользит бактерия по кабелю, составляет примерно 74 мкм без перерыва. [ 18 ] Нити кабельных бактерий имеют тенденцию сгибаться пополам, и их движение осуществляется вершиной изгиба, а не одним кончиком нити. [ 18 ] Поворот для движения посредством вращательного планирования встречается редко, но случается. [ 18 ] Кабельные бактерии, вероятно, участвуют в кислородном хемотаксисе , поскольку наблюдают, что они перемещаются в бескислородной или гипоксической среде и перестают скользить при контакте с кислородом. [ 18 ] Хотя подвижность важна для других микроорганизмов, как только кабельные бактерии оказываются в месте, соединяющем кислород с сульфидом, им больше не нужно двигаться. [ 18 ] Снижение потребности в подвижности может объяснить, почему геном кабельных бактерий содержит меньше оперонов, связанных с хемотаксисом, чем геном других Desulfobulbaceae . [ 19 ] Меньшее количество оперонов, связанных с хемотаксисом, приводит к ограничению подвижности. [ 19 ]

Таксономия

[ редактировать ]

Два рода-кандидата кабельных бактерий, описанные до сих пор (2016 г.): Electrothrix , содержащий четыре вида-кандидата, обнаруженные в морских или солоноватых отложениях, и Electronema , содержащий два вида-кандидата, обнаруженные в пресноводных отложениях, по-видимому, являются монофилетической группой. [ 15 ] было обнаружено, что пресноводные и морские кабельные бактерии схожи на 88% На основе сравнения 16S-рибосомальной РНК . [ 20 ] Эти роды относятся к семейству Desulfobulbaceae . [ 19 ] Кабельные бактерии определяются их функцией, а не филогенией, и вполне возможно, что будут открыты и другие таксоны кабельных бактерий.

Экологическое значение

[ редактировать ]

Кабельные бактерии сильно влияют на геохимические свойства окружающей среды. Их активность способствует окислению железа на поверхности осадка, а образующиеся оксиды железа связывают фосфорсодержащие соединения. [ 21 ] и сероводород, [ 22 ] ограничение количества фосфора и сероводорода в воде. Фосфор может вызвать эвтрофикацию , а сероводород может быть токсичным для морской жизни, а это означает, что кабельные бактерии играют важную роль в поддержании морских экосистем в прибрежных районах.

Выбросы метана

[ редактировать ]

Наличие кабельных бактерий может привести к снижению выбросов метана из насыщенных почв. Перенос электронов через кабельные бактерии позволяет уравновесить сульфатредукцию, происходящую в затопленных почвах, окислением сульфидов. Окисление возможно из-за выброса электронов через кабельные нити бактерий. Благодаря этому балансу сульфат остается легко доступным для сульфатредуцирующих бактерий , которые конкурируют с метаногенами. Это вызывает снижение продукции метана метаногенами. [ 23 ]

Практическое применение

[ редактировать ]

Были обнаружены кабельные бактерии, связанные с бентосными микробными топливными элементами — устройствами, которые преобразуют химическую энергию на дне океана в электрическую. [ 24 ] В будущем кабельные бактерии могут сыграть роль в повышении эффективности микробных топливных элементов, используемых в осадочных средах. Также было обнаружено, что кабельные бактерии связаны с биоэлектрохимической системой, которая усиливает деградацию морских отложений, загрязненных углеводородами. [ 25 ] и, таким образом, может сыграть роль в будущих технологиях ликвидации разливов нефти .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б Нильсен Л.П., Рисгаард-Петерсен Н., Фоссинг Х., Кристенсен П.Б., Саяма М. (февраль 2010 г.). «Электрические токи соединяют пространственно разделенные биогеохимические процессы в морских отложениях». Природа . 463 (7284): 1071–4. Бибкод : 2010Natur.463.1071N . дои : 10.1038/nature08790 . ПМИД   20182510 . S2CID   205219761 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Пфеффер С., Ларсен С., Сонг Дж., Донг М., Безенбахер Ф., Мейер Р.Л. и др. (ноябрь 2012 г.). «Нитчатые бактерии переносят электроны на сантиметровые расстояния». Природа . 491 (7423): 218–21. Бибкод : 2012Natur.491..218P . дои : 10.1038/nature11586 . ПМИД   23103872 . S2CID   205231198 .
  3. ^ Нильсен Л.П., Рисгаард-Петерсен Н. (2015). «Переосмысление биогеохимии отложений после открытия электрических токов». Ежегодный обзор морской науки . 7 : 425–42. Бибкод : 2015ARMS....7..425N . doi : 10.1146/annurev-marine-010814-015708 . ПМИД   25251266 .
  4. ^ Марзокки У., Троян Д., Ларсен С., Мейер Р.Л., Ревсбех Н.П., Шрамм А. и др. (август 2014 г.). «Электрическая связь между отдаленным восстановлением нитратов и окислением сульфидов в морских отложениях» . Журнал ISME . 8 (8): 1682–90. дои : 10.1038/ismej.2014.19 . ПМЦ   4817607 . ПМИД   24577351 .
  5. ^ Бьерг Дж.Т., Бошкер Х.Т., Ларсен С., Берри Д., Шмид М., Милло Д. и др. (май 2018 г.). «Перенос электронов на большие расстояния у отдельных живых кабельных бактерий» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (22): 5786–5791. Бибкод : 2018PNAS..115.5786B . дои : 10.1073/pnas.1800367115 . ПМЦ   5984516 . ПМИД   29735671 .
  6. ^ Jump up to: а б Рисгаард-Петерсен Н., Кристиансен М., Фредериксен Р.Б., Диттмер А.Л., Бьерг Дж.Т., Троян Д. и др. (сентябрь 2015 г.). «Кабельные бактерии в пресноводных отложениях» . Прикладная и экологическая микробиология . 81 (17): 6003–11. Бибкод : 2015ApEnM..81.6003R . дои : 10.1128/АЕМ.01064-15 . ПМЦ   4551263 . ПМИД   26116678 .
  7. ^ Мюллер Х., Бош Дж., Гриблер С., Дамгаард Л.Р., Нильсен Л.П., Людерс Т., Меккенсток РУ (август 2016 г.). «Перенос электронов на большие расстояния кабельными бактериями в отложениях водоносного горизонта» . Журнал ISME . 10 (8): 2010–9. дои : 10.1038/ismej.2015.250 . ПМЦ   4939269 . ПМИД   27058505 .
  8. ^ Шауэр Р., Рисгаард-Петерсен Н., Кьельдсен К.У., Татару Бьерг Дж.Дж., Б. Йоргенсен Б., Шрамм А., Нильсен Л.П. (июнь 2014 г.). «Сукцессия кабельных бактерий и электрических токов в морских отложениях» . Журнал ISME . 8 (6): 1314–22. дои : 10.1038/ismej.2013.239 . ПМК   4030233 . ПМИД   24451206 .
  9. ^ Jump up to: а б с Бошкер, Хенрикус Т.С.; Кук, Перран Л.М.; Полерецкий, Любош; Ичамбади, Рагхавендран Тируваллур; Лозано, Хелена; Идальго-Мартинес, Сильвия; Халенков Дмитрий; Спампинато, Валентина; Клаас, Натали (23 октября 2020 г.). «Эффективная проводимость на большие расстояния в кабельных бактериях через никелевые белковые провода» . dx.doi.org . дои : 10.1101/2020.10.23.351973 . hdl : 2445/180328 . Проверено 13 декабря 2023 г.
  10. ^ Jump up to: а б с Шольц В.В., Мюллер Х., Корен К., Нильсен Л.П., Меккенсток RU (июнь 2019 г.). «Ризосфера водных растений является средой обитания кабельных бактерий» . ФЭМС Микробиология Экология . 95 (6). дои : 10.1093/femsec/fiz062 . ПМК   6510695 . ПМИД   31054245 .
  11. ^ Троян Д., Шрайбер Л., Бьерг Дж.Т., Бёггильд А., Янг Т., Кьельдсен К.У., Шрамм А. (июль 2016 г.). «Таксономическая основа кабельных бактерий и предложение родов-кандидатов Electrothrix и Electronema» . Систематическая и прикладная микробиология . 39 (5): 297–306. дои : 10.1016/j.syapm.2016.05.006 . ПМЦ   4958695 . ПМИД   27324572 .
  12. ^ Рисгаард-Петерсен Н., Кристиансен М., Фредериксен Р.Б., Диттмер А.Л., Бьерг Дж.Т., Троян Д. и др. (сентябрь 2015 г.). Костка Дж.Э. (ред.). «Кабельные бактерии в пресноводных отложениях» . Прикладная и экологическая микробиология . 81 (17): 6003–11. Бибкод : 2015ApEnM..81.6003R . дои : 10.1128/АЕМ.01064-15 . ПМЦ   4551263 . ПМИД   26116678 .
  13. ^ Бурдорф Л.Д., Трампер А., Сейтай Д., Мейре Л., Идальго-Мартинес С., Зетше Э.М. и др. (2017). «Перенос электронов на большие расстояния происходит во всем мире в морских отложениях» . Биогеонауки . 14 (3): 683–701. Бибкод : 2017BGeo...14..683B . дои : 10.5194/bg-14-683-2017 .
  14. ^ Малкин С.Ю., Рао А.М., Сейтай Д., Васкес-Карденас Д., Зетше Э.М., Идальго-Мартинес С. и др. (сентябрь 2014 г.). «Естественное возникновение микробного окисления серы путем переноса электронов на большие расстояния на морском дне» . Журнал ISME . 8 (9): 1843–54. дои : 10.1038/ismej.2014.41 . ПМЦ   4139731 . ПМИД   24671086 .
  15. ^ Jump up to: а б Троян Д., Шрайбер Л., Бьерг Дж.Т., Бёггильд А., Янг Т., Кьельдсен К.У., Шрамм А. (июль 2016 г.). «Таксономическая основа кабельных бактерий и предложение родов-кандидатов Electrothrix и Electronema» . Систематическая и прикладная микробиология . 39 (5): 297–306. дои : 10.1016/j.syapm.2016.05.006 . ПМЦ   4958695 . ПМИД   27324572 .
  16. ^ Смит Б. (5 декабря 2014 г.). «Шок, когда ученые обнаружили в Ярре «электрические» бактерии» . Возраст .
  17. ^ Ларсен С., Нильсен Л.П., Шрамм А. (апрель 2015 г.). «Кабельные бактерии, связанные с переносом электронов на большие расстояния в отложениях солончаков Новой Англии». Отчеты по экологической микробиологии . 7 (2): 175–9. дои : 10.1111/1758-2229.12216 . ПМИД   25224178 .
  18. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Бьерг Дж.Т., Дамгаард Л.Р., Холм С.А., Шрамм А., Нильсен Л.П. (июль 2016 г.). Дрейк Х.Л. (ред.). «Подвижность бактерий электрического кабеля» . Прикладная и экологическая микробиология . 82 (13): 3816–21. Бибкод : 2016ApEnM..82.3816B . дои : 10.1128/AEM.01038-16 . ПМК   4907201 . ПМИД   27084019 .
  19. ^ Jump up to: а б с д Кьелдсен К.У., Шрайбер Л., Торуп К.А., Боезен Т., Бьерг Дж.Т., Янг Т. и др. (сентябрь 2019 г.). «Об эволюции и физиологии кабельных бактерий» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (38): 19116–19125. Бибкод : 2019PNAS..11619116K . дои : 10.1073/pnas.1903514116 . ПМК   6754541 . ПМИД   31427514 .
  20. ^ Мейсман Ф.Дж. (май 2018 г.). «Кабельные бактерии обретают новое дыхание, используя электричество на большие расстояния». Тенденции в микробиологии . 26 (5): 411–422. дои : 10.1016/j.tim.2017.10.011 . ПМИД   29174100 .
  21. ^ Сулу-Гамбари Ф., Сейтай Д., Мейсман Ф.Дж., Шауэр Р., Полерецкий Л., Сломп К.П. (февраль 2016 г.). «Кабельные бактерии контролируют железо-фосфорную динамику в отложениях прибрежного гипоксического бассейна». Экологические науки и технологии . 50 (3): 1227–33. Бибкод : 2016EnST...50.1227S . дои : 10.1021/acs.est.5b04369 . ПМИД   26720721 .
  22. ^ Сейтай Д., Шауэр Р., Сулу-Гамбари Ф., Идальго-Мартинес С., Малкин С.Ю., Бурдорф Л.Д. и др. (октябрь 2015 г.). «Кабельные бактерии создают защиту от эвксинии в сезонно гипоксических бассейнах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (43): 13278–83. Бибкод : 2015PNAS..11213278S . дои : 10.1073/pnas.1510152112 . ПМЦ   4629370 . ПМИД   26446670 .
  23. ^ Шольц В.В., Меккеншток РУ, Нильсен Л.П., Рисгаард-Петерсен Н. (апрель 2020 г.). «Кабельные бактерии сокращают выбросы метана из почв, засаженных рисом» . Природные коммуникации . 11 (1): 1878. Бибкод : 2020NatCo..11.1878S . дои : 10.1038/s41467-020-15812-w . ПМК   7171082 . ПМИД   32313021 .
  24. ^ Реймерс С. , Ли С., Грау М., Шрейдер П., Вольф М. (2017). «Идентификация кабельных бактерий, прикрепленных к аноду донного микробного топливного элемента: доказательства внеклеточного транспорта электронов на большие расстояния к электродам» . Границы микробиологии . 8 : 2055. дои : 10.3389/fmicb.2017.02055 . ПМК   5660804 . ПМИД   29114243 .
  25. ^ Маттурро Б, Круз Вигги С, Аулента Ф, Россетти С (2017). «Кабельные бактерии и биоэлектрохимическая трубка: природные и искусственные аспекты, играющие роль в разложении углеводородов в морских отложениях» . Границы микробиологии . 8 : 952. дои : 10.3389/fmicb.2017.00952 . ПМЦ   5447156 . ПМИД   28611751 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 781cffac2591a208dabb2cc574931a39__1721015220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/78/39/781cffac2591a208dabb2cc574931a39.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cable bacteria - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)