Метанобактерий
Метанобактерий | |
---|---|
![]() | |
Methanobacterium formicicum | |
Научная классификация ![]() | |
Домен: | Археи |
Королевство: | Erycharchaet |
Сорт: | Метанобактерии |
Заказ: | Метанобактериалы |
Семья: | Methanobacteriaceae |
Род: | Метанобактерий Клуйвер и Ван Ниль 1936 |
Тип видов | |
Methanobacterium formicicum Быстрый 1947 год
| |
Разновидность | |
Смотрите текст | |
Синонимы | |
|
Methanobacterium является родом класса Methanobacteria , которые в королевстве археи производят метатан как метаболический побочный продукт. [ 1 ] Несмотря на название, этот род принадлежит не к бактериальному домену , а в домене архэаля (например, им не хватает пептидогликана в своих клеточных стенках). [ 2 ] Метанобактериум не мотилен и живет без кислорода , [ 2 ] что токсично для них, и они только обитают в аноксической среде. [ 3 ]
Общей чертой всех метаногенов является их способность перерабатывать продукты. [ 3 ] Они могут использовать продукты метаболической активности, возникающие во время метаногенеза в качестве субстратов для образования метана. [ 3 ] Виды метанобактерии обычно процветают в средах с оптимальными температурами роста в диапазоне от 28 до 40 ° C и в универсальных экологических диапазонах. [ 4 ] Они являются частью научного мира, который до сих пор относительно неизвестен, но, как считается, метаногены являются одними из самых ранних форм жизни Земли. [ 4 ] Они не создают эндоспоры, когда питательные вещества ограничены. [ 2 ] Они вездесущи в некоторых горячих, низко-кислородных средах, таких как анаэробные раскопки, сточные воды и горячие источники. [ 5 ]
Открытие
[ редактировать ]В 1776 году Алесандро Вольта обнаружил, что газовые пузырьки, исходящие от пресноводного болота, были легковоспламеняющимися. [ 6 ] Этот вывод заставил его поверить, что газ метана может быть произведен живыми организмами, однако он думал, что этот метатан исходит от разложения органического вещества. [ 6 ] В 1993 году метаногены были впервые культивированы, показывая, что этот метатан исходил от живых организмов. [ 6 ]
Разнообразие и таксономия
[ редактировать ]Метанобактерия являются специфическим род в видах метаногена. Эволюционная история M Ethanobacterium до сих пор относительно неизвестна, но, как считается, метаногены являются одними из самых ранних форм жизни Земли, причем происхождение датируется более 3,4 миллиардами лет. [ 4 ]
Метаногены, в том числе виды метанобактерии , принадлежат к домену археи, характеризующихся уникальными особенностями, такими как нетрадиционные последовательности 16S рРНК, различные липидные структуры и новые композиции клеточной стенки. [ 7 ] Эти организмы распространены в экстремальных средах, но также обнаруживаются в более умеренных местах обитания, демонстрируя широкий спектр температур роста от психотрофического до гипертермофильного и различающихся предпочтений солености от пресной воды до насыщенного рассола. [ 7 ] Несмотря на их таксономическое размещение в археи, метаногены демонстрируют разнообразные клеточные конверты, которые могут состоять из поверхностных слоев белка (S-слоев), гликозилированных белков S-слоя, дополнительных полимеров, таких как метанохондроундроитин или псевдомереин у грам-положительных окрашивания. [ 7 ] Метаногены являются уникальными среди архей в своей адаптивности к широкому спектру условий окружающей среды, с предпочтением нейтральных или умеренно щелочных значений pH. [ 7 ]
Таксономически , метаногены классифицируются на 25 родов, распределяются по 12 семей и пять заказов, подчеркивая существенное фенотипическое и генотипическое разнообразие в этой группе. [ 7 ] Это таксономическое разнообразие предполагает, что метаногенез, метаболический путь, по которому метаногены производят метатан, является древней и широко распространенной чертой. [ 7 ] Монофилетическая природа современных метаногенов указывает на то, что метаногенез, вероятно, развивался только один раз, при этом все современные метаногены, разделяющие общего предка. [ 7 ] Недавние таксономические схемы отражают богатое разнообразие и эволюционную историю метаногенов, подчеркивая их важность в анаэробных микробных экосистемах и их интригующей адаптации к разнообразным экологическим нишам. [ 7 ]
Каждый вид метанобактерии способен к синтропному процессу выработки метана, причем большинство видов являются гидрогенотрофными. [ 3 ] Виды различаются по их способности использовать различные субстраты для процесса производства метана. Субстраты, используемые в процессе производства метана, могут быть гидрогенотрофными, метилотрофными или ацетокластическими. [ 3 ]
Разновидность
[ редактировать ]Существует много разных видов метанобактерии с официально признанными именами. [ 8 ] Несколько, перечислены и описаны ниже:
Methanobacterium formicicum - это археон, обнаруженный в рубце крупного рогатого скота, буйвола, овец, коз и других животных. [ 9 ] Микробы в кишечнике, разлагают питательные вещества от корма ( полисахариды , белки и жиры ) в органические молекулы, которые впоследствии превращаются в метан метанобактерием , таким как метанобактерий. [ 9 ] Methanobacterium formicicum можно найти как в кишечнике человека, так и у животных и может вызвать желудочно -кишечные и метаболические нарушения как у людей, так и у животных. [ 9 ]
Methanobacterium oryzae была выделена из почвы рисового поля на Филиппинах . [ 10 ] Methanobacterium , такой как Methanobacterium oryzae, которые процветают на рисовых полях, часто используют водород и ацетат в качестве основного источника энергии. [ 10 ] Этот метанобактерий , а также другие виды метанобактерии , обнаруженные в почвах риса со всего мира, являются основным источником метана, который является доминирующим парниковым газом . [ 10 ]
Methanobacterium palustre процветает в районах болота и впервые была обнаружена в торфяном болоте . [ 11 ]
Methanobacterium arcticum была выделена из вечной мерзлоты в российской Арктике. [ 8 ] Этот вид метанобактерии использует только водород, углекислый газ и формиат в качестве топлива. [ 8 ] В отличие от некоторых других метанобактерий , он не использует ацетат для роста. [ 8 ]
Methanobacterium thermoautrophicum Marburg может подвергаться естественной генетической трансформации , перенос ДНК из одной клетки в другую. [ 12 ] Генетическая трансформация у архейных видов, как правило, является адаптацией для восстановления повреждения ДНК в клетке путем использования интактной информации о ДНК, полученной из другой клетки. [ 13 ]
Метанобактерии термаггреганы были обнаружены от ферментации с федеральной партией. [ 14 ] М. Термаггреганы являются алкофильными и термофильными. [ 14 ] Это было основано на результатах того, что M. thermaggregans способны изменять увеличение взволнованных скоростей, которые используются для увеличения состава метана. [ 14 ]
Геном
[ редактировать ]Геном семи различных метанобактерий и метанобрибактера был секвенирован. [ 9 ] Methanobacterium имеет штамм, который демонстрирует геном из приблизительно 1350 последовательностей. [ 15 ] Около 190 из этих штаммов специфичны в генах BRM9, которые коррелируют с белками или профагом. [ 15 ] Он включает мезофильные метаногены из различных анаэробных условий . [ 15 ] Тем не менее, они несут небольшое количество метаногенов в рубце. [ 15 ] Эти гены, которые используются для их центрального метаболизма и клеточной стенки псевдомуреина , предполагают, что этот вид способен ингибировать малым ингибитором и вакциной малой молекулы. [ 15 ] Это определяется устройствами облегчения метана, которые способны выращивать гены, найденные в рубце. [ 15 ]
Methanobacterium играет роль как в процессах отходов, так и от отходов воды из -за его способностей разложения органических веществ. [ 16 ] Methanobacterium обычно выделяется из природных средств для дефицита кислорода, таких как пресноводные, морские отложения, влажные почвы, рубца и кишечник животных, людей и насекомых. [ 16 ] Благодаря молекулярным находкам гена 1 6S рРНК и MCRA, который кодирует метиловый коэнзим мредуктаза на альфа -субъединице , показывает, что существуют дополнительные неопознанные метаногены, которые существуют в других экосистемах. [ 16 ]
Морфология
[ редактировать ]Methanobacterium , как правило, представляют собой бациллуса в форме микробы . [ 2 ] существует много разных видов Поскольку в роде Methanobacterium , существует множество форм, размеров и расположений, которые эти микробы могут обладать. [ 17 ] Эти микробы в форме стержня могут быть изогнуты, прямыми или кривыми. [ 2 ] Они также могут варьироваться в размере, могут быть короткими или длинными, и их можно найти индивидуально, парами или в цепях. [ 17 ] Некоторые виды метанобактерии могут быть даже обнаружены в больших кластерах или агрегатах, которые состоят из длинных переплетенных цепей отдельных микробов. [ 18 ]
Было много штаммов M Ethanobacterium , которые были изолированы и изучены глубоко. Одним из конкретных штаммов M Ethanobacterium , который был выделен и изучен, является Methanobacterium thermoautotrophicum. [ 19 ] Это выявило наличие внутрицитоплазматических мембран, внутренней мембранной системы, состоящей из 3 мембран, сложенных друг на друга, без их цитоплазмы. [ 19 ] Methanobacterium palustre -еще один штамм, который дополнительно подтверждает большую характеристику M Ethanobacterium -это грамположительная клеточная стенка, у которой отсутствует слой пептидогликана за пределами ее цитоплазматической мембраны. [ 20 ] Клеточная стенка семейства ethanobacteriaea состоит из псевдомуреина , [ 21 ] Оболочка из углеводов и сшивающий пептид с аминокислотами, которые образуют пептидные связи и служат природе связывания и типа сахара. [ 22 ]
Физиология
[ редактировать ]Methanobacterium - это строгие анаэробные , то есть они не могут выжить в присутствии кислорода. [ 2 ] Большинство видов, принадлежащих к этому роду, также являются автотрофами , которые создают органические соединения из неорганических материалов, таких как углекислый газ. [ 23 ] Methanobacterium может быть классифицирован как гидрогенотрофные метаногены. [ 23 ] Гидрогенотрофные метаногены используют водород, углекислый газ, формиат и спирты для синтеза метана. [ 23 ] Эти субстраты также важны для роста и поддержания M Ethanobacterium . [ 23 ] Метаногенез является жизненно важной частью углеродного цикла, поскольку он выполняет превращение органического углерода в газ метана. [ 7 ]
Эта часть углеродного цикла называется циклом метаногенеза . Это процесс, включающий три различных вида снижения углекислого газа, что в конечном итоге приводит к производству метана. [ 7 ] Однако в каждом отдельном пути есть промежуточные продукты, которые используются в качестве субстратов в какой -то другой части цикла. Взаимосвязанность продуктов и субстратов определяется термином Syntropic . [ 7 ] Циклоновые субстраты могут быть расположены в 3 группы в зависимости от того, было ли автотрофного углекислого газа (CO 2) восстановление с газом водорода (H 2) , формиата (CH 2 O 2 ) или вторичными спиртами . [ 3 ] Некоторые члены этого рода могут использовать формиат для уменьшения метана ; Другие живут исключительно благодаря снижению углекислого газа с водородом . [ 7 ]
Оптимальная температура роста
[ редактировать ]Виды метанобактерии обычно процветают в средах с оптимальными температурами роста в диапазоне от 28 до 40 ° C. [ 4 ] Метанобактерии широко распространены в геотермальных условиях, таких как горячие источники и гидротермальные вентиляционные отверстия. [ 4 ] Этот мезофильный диапазон температуры указывает на то, что организмы метанобактерии адаптированы к умеренным условиям окружающей среды, ни чрезвычайно горячими, ни холодными. [ 24 ] Это температурное предпочтение позволяет им населять различные анаэробные среды, включая почву, отложения и пищеварительные тракты животных, где условия часто попадают в этот мезофильный диапазон. [ 4 ] В рамках этих мест обитания виды метанобактерии способствуют выработке метана посредством их гидрогенотрофного метаболизма, используя водород и диоксид углерода в качестве метаболических субстратов. [ 4 ]
Среда обитания
[ редактировать ]Виды метанобактерии населяют различные анаэробные среды, демонстрируя универсальный экологический диапазон. [ 2 ] Их можно найти в разнообразных местах обитания, таких как почва, водно -болотные угодья, слои отложений, очистные сооружения и желудочно -кишечные тракты животных. [ 4 ] В этих средах виды метанобактерии играют решающую роль в анаэробных микробных экосистемах, способствуя таким процессам, как разложение органических веществ , посредством продукции метана через путь метаногенеза . [ 4 ]
В человеческой кишке
[ редактировать ]Methanobacterium встречается в толстой кишке человека. [ 25 ] Он участвует в управлении количеством потребляемых калорий, влияя на процесс разрушения бактерий . [ 25 ]
Есть две конкретные группы, которые подвергались изоляции и культуре от кишечника человека. [ 26 ] Тем не менее, метаногены также были обнаружены в молозиве и грудном молоке от матерей, которые здоровы и кормят . [ 26 ] Это было обнаружено из выполнения методов количественной полимеразной цепной реакции (КПЦР), культуры и секвенирования ампликонов . [ 26 ]
вид метанобактерии , называемый M. smithiii . В человеческом кишечнике обнаружен [ 26 ] M. Smithii может интегрировать гликаны в кишечник для фиксации, который используется для регуляции экспрессии белка. [ 26 ] Увеличение концентрации метана в остатках человека коррелирует с ИМТ . [ 26 ]
Метаногены удаляют водород , который остается в кишечнике, на основе накопления водорода в кишечнике, что может снизить продуктивность микробной активности. [ 26 ] Метаногены также могут быть использованы в качестве пробиотиков . [ 26 ] Это возможно, поскольку метаногены способны использовать триметиламин в качестве субстрата для метаногенеза. [ 26 ] Триметиламин вырабатывается в кишечнике человека кишечными бактериями. [ 26 ] Увеличение триметиламина может вызвать сердечно -сосудистые заболевания . [ 26 ] Эти метаногены способны использовать водород для уменьшения триметиламина, когда он растет в кишечнике. [ 26 ]
Филогения
[ редактировать ]Принятая в настоящее время таксономия основана на списке прокариотических имен, стоящих в номенклатуре [ 27 ] и Национальный центр информации о биотехнологии . [ 28 ]
16S RRNA на основе LTP _08_2023 [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] | 53 маркерные белки на основе GTDB 08-RS214 [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
Незнашиваемый вид:
- " M. Cahuitense " Dengler et al. 2023
- « М. Изогнутое » Sun, Zhou & Dong 2001
- "M. propionicum" Полем
- " M. soehngenii " Barker 1936
- "M. suboxydans" Полем
- М. Термаггреганы
- M. uliginosum König 1985
See also
[edit]References
[edit]- ^ Supplemental Information 3: Taxon list extracted from taxonomic sources, with corresponding NCBI taxonomy identifiers by which NCBI sequence accessions were filtered. PeerJ (Report). doi:10.7717/peerj.15163/supp-3.
- ^ Jump up to: a b c d e f g Whitman WB, ed. (14 September 2015). Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria (1st ed.). Wiley. doi:10.1002/9781118960608.gbm00495. ISBN 978-1-118-96060-8.
- ^ Jump up to: a b c d e f Schaechter M (2009). Encyclopedia of microbiology (3rd ed.). Amsterdam Boston: Elsevier/Academic Press. ISBN 978-0-12-373944-5.
- ^ Jump up to: a b c d e f g h i Lv Z, Ding J, Wang H, Wan J, Chen Y, Liang L, et al. (October 2022). "Isolation of a Novel Thermophilic Methanogen and the Evolutionary History of the Class Methanobacteria". Biology. 11 (10): 1514. doi:10.3390/biology11101514. PMC 9598358. PMID 36290418.
- ^ Wasserfallen A, Nölling J, Pfister P, Reeve J, Conway de Macario E (January 2000). "Phylogenetic analysis of 18 thermophilic Methanobacterium isolates supports the proposals to create a new genus, Methanothermobacter gen. nov., and to reclassify several isolates in three species, Methanothermobacter thermautotrophicus comb. nov., Methanothermobacter wolfeii comb. nov., and Methanothermobacter marburgensis sp. nov". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 50 (1): 43–53. doi:10.1099/00207713-50-1-43. PMID 10826786.
- ^ Jump up to: a b c Buan NR (December 2018). Robinson NP (ed.). "Methanogens: pushing the boundaries of biology". Emerging Topics in Life Sciences. 2 (4): 629–646. doi:10.1042/ETLS20180031. PMC 7289024. PMID 33525834.
- ^ Jump up to: a b c d e f g h i j k l "Methanogen - an overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com. Retrieved 29 February 2024.
- ^ Jump up to: a b c d Shcherbakova V, Rivkina E, Pecheritsyna S, Laurinavichius K, Suzina N, Gilichinsky D (January 2011). "Methanobacterium arcticum sp. nov., a methanogenic archaeon from Holocene Arctic permafrost". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 61 (Pt 1): 144–147. doi:10.1099/ijs.0.021311-0. PMID 20173003.
- ^ Jump up to: a b c d Chellapandi P, Bharathi M, Sangavai C, Prathiviraj R (December 2018). "Methanobacterium formicicum as a target rumen methanogen for the development of new methane mitigation interventions: A review". Veterinary and Animal Science. 6: 86–94. doi:10.1016/j.vas.2018.09.001. PMC 7386643. PMID 32734058.
- ^ Jump up to: a b c Joulian C, Patel BK, Ollivier B, Garcia JL, Roger PA (March 2000). "Methanobacterium oryzae sp. nov., a novel methanogenic rod isolated from a Philippines ricefield". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 50 (2): 525–528. doi:10.1099/00207713-50-2-525. PMID 10758856.
- ^ Zellner G, Bleicher K, Braun E, Kneifel H, Tindall BJ, de Macario EC, et al. (December 1988). "Characterization of a new mesophilic, secondary alcohol-utilizing methanogen, Methanobacterium palustre spec. nov. from a peat bog". Archives of Microbiology. 151 (1): 1–9. Bibcode:1988ArMic.151....1Z. doi:10.1007/BF00444660. ISSN 0302-8933.
- ^ Worrell VE, Nagle DP, McCarthy D, Eisenbraun A (February 1988). "Genetic transformation system in the archaebacterium Methanobacterium thermoautotrophicum Marburg". Journal of Bacteriology. 170 (2): 653–6. doi:10.1128/jb.170.2.653-656.1988. PMC 210704. PMID 3422229.
- ^ Bernstein H, Bernstein C (2017). "Sexual communication in archaea, the precursor to meiosis.". In Witzany G (ed.). Biocommunication of Archaea. Springer International Publishing. pp. 103–117. doi:10.1007/978-3-319-65536-9_7. ISBN 978-3-319-65536-9.
- ^ Jump up to: a b c Mauerhofer LM, Reischl B, Schmider T, Schupp B, Nagy K, Pappenreiter P, et al. (September 2018). "Physiology and methane productivity of Methanobacterium thermaggregans". Applied Microbiology and Biotechnology. 102 (17): 7643–7656. doi:10.1007/s00253-018-9183-2. PMC 6097776. PMID 29959465.
- ^ Jump up to: a b c d e f Kelly WJ, Leahy SC, Li D, Perry R, Lambie SC, Attwood GT, et al. (8 December 2014). "The complete genome sequence of the rumen methanogen Methanobacterium formicicum BRM9". Standards in Genomic Sciences. 9 (1): 15. doi:10.1186/1944-3277-9-15. PMC 4335013. PMID 25780506.
- ^ Jump up to: a b c Battumur U, Yoon YM, Kim CH (April 2016). "Isolation and Characterization of a New Methanobacterium formicicum KOR-1 from an Anaerobic Digester Using Pig Slurry". Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 29 (4): 586–593. doi:10.5713/ajas.15.0507. PMC 4782095. PMID 26949961.
- ^ Jump up to: a b "Midas Field Guide". www.midasfieldguide.org. Retrieved 29 February 2024.
- ^ Kern T, Linge M, Rother M (June 2015). "Methanobacterium aggregans sp. nov., a hydrogenotrophic methanogenic archaeon isolated from an anaerobic digester". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 65 (Pt 6): 1975–1980. doi:10.1099/ijs.0.000210. PMID 25807978.
- ^ Jump up to: a b Zeikus JG, Wolfe RS (January 1973). "Fine structure of Methanobacterium thermoautotrophicum: effect of growth temperature on morphology and ultrastructure". Journal of Bacteriology. 113 (1): 461–467. doi:10.1128/jb.113.1.461-467.1973. PMC 251649. PMID 4569696.
- ^ "Methanobacterium palustre - microbewiki". microbewiki.kenyon.edu. Retrieved 2 April 2024.
- ^ Oren A (2014). "The Family Methanobacteriaceae". In Rosenberg E, DeLong EF, Lory S, Stackebrandt E (eds.). The Prokaryotes: Other Major Lineages of Bacteria and The Archaea. Berlin, Heidelberg: Springer. pp. 165–193. doi:10.1007/978-3-642-38954-2_411. ISBN 978-3-642-38954-2.
- ^ Wettstadt S (13 September 2021). "Pseudomurein and why archaeal and bacterial cell walls are pretty similar". FEMS. Retrieved 2 April 2024.
- ^ Jump up to: a b c d "Midas Field Guide". www.midasfieldguide.org. Retrieved 29 February 2024.
- ^ Schiraldi C, De Rosa M (2016), "Mesophilic Organisms", in Drioli E, Giorno L (eds.), Encyclopedia of Membranes, Berlin, Heidelberg: Springer, pp. 1–2, doi:10.1007/978-3-642-40872-4_1610-2, ISBN 978-3-642-40872-4
- ^ Jump up to: a b Nkamga VD, Henrissat B, Drancourt M (March 2017). "Archaea: Essential inhabitants of the human digestive microbiota". Human Microbiome Journal. 3: 1–8. doi:10.1016/j.humic.2016.11.005. ISSN 2452-2317.
- ^ Jump up to: a b c d e f g h i j k l Guindo CO, Drancourt M, Grine G (December 2020). "Digestive tract methanodrome: Physiological roles of human microbiota-associated methanogens". Microbial Pathogenesis. 149: 104425. doi:10.1016/j.micpath.2020.104425. PMID 32745665.
- ^ Euzéby JP. "Methanobacterium". List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature. Retrieved 23 February 2022.
- ^ See the National Center for Biotechnology Information webpage on Methanobacterium. Data extracted from the "NCBI taxonomy resources". National Center for Biotechnology Information. Retrieved 19 March 2007.
- ^ "The LTP". Retrieved 20 November 2023.
- ^ "LTP_all tree in newick format". Retrieved 20 November 2023.
- ^ «LTP_08_2023 Notes» (PDF) . Получено 20 ноября 2023 года .
- ^ "GTDB Release 08-RS214" . База данных таксономии генома . Получено 10 мая 2023 года .
- ^ "AR53_R214.sp_label" . База данных таксономии генома . Получено 10 мая 2023 года .
- ^ «История таксонов» . База данных таксономии генома . Получено 10 мая 2023 года .