термофил

Термофил ), который — это организм (тип экстремофила процветает при относительно высоких температурах, от 41 до 122 ° C (от 106 до 252 ° F). ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Многие термофилы являются архей , хотя некоторые из них являются бактериями и грибами . Предполагается, что термофильные эубактерии были одними из самых ранних бактерий. ^{[ 3 ]}

Термофилы встречаются в различных геотермически нагреваемых регионах Земли , таких как горячие источники, подобные источникам в Йеллоустонском национальном парке (см. изображение), и глубоководные гидротермальные источники , а также в разлагающихся растительных веществах, таких как торфяники и компост .

Термофилы могут выживать при высоких температурах, тогда как другие бактерии или археи могут быть повреждены, а иногда и убиты, если подвергнуться воздействию тех же температур.

Ферменты . термофилов функционируют при высоких температурах Некоторые из этих ферментов используются в молекулярной биологии , например, Taq полимераза , используемая в ПЦР . ^{[ 4 ]} Слово «термофил» происходит от греческого : θερμότητα ( термотита ), что означает тепло , и греческого : φίλια ( филия ), любовь .

Сравнительные исследования показывают, что разнообразие термофилов в основном определяется pH, а не температурой. ^{[ 5 ]}

Классификация

Термофилы можно классифицировать по-разному. Одна классификация сортирует эти организмы в соответствии с оптимальными температурами их роста: ^{[ 6 ]}

Простые термофилы: 50–64 ° C (122–147 ° F).
Экстремальные термофилы: 65–79 °C (149–174 °F).
Гипертермофилы 80 °C (176 °F) и выше, но не ниже 50 °C (122 °F)

В соответствующей классификации термофилы подразделяются следующим образом:

Факультативные термофилы (также называемые умеренными термофилами) могут процветать как при высоких, так и при более низких температурах (ниже 50 °C (122 °F)), тогда как
Облигатным термофилам (также называемым крайними термофилами) для роста необходимы такие высокие температуры.
Гипертермофилы — это особенно экстремальные термофилы, для которых оптимальная температура превышает 80 ° C (176 ° F).

Многим гипертермофильным археям для роста необходима элементарная сера . Некоторые из них являются анаэробами , которые используют серу вместо кислорода в качестве акцептора электронов во время клеточного дыхания (анаэробы) . Некоторые из них являются литотрофами , которые окисляют серу с образованием серной кислоты в качестве источника энергии, что требует адаптации микроорганизма к очень низкому pH (т. е. он является . не только термофилом , но и ацидофилом) Эти организмы являются обитателями жарких, богатых серой сред, обычно связанных с вулканизмом , таких как горячие источники , гейзеры и фумаролы . В этих местах, особенно в Йеллоустонском национальном парке, происходит зонирование микроорганизмов по их температурному оптимуму. Эти организмы часто окрашены из-за присутствия фотосинтетических пигментов. ^{[ нужна ссылка ]}

Термофилы против мезофилов

Термофилов можно отличить от мезофилов по геномным особенностям. Например, уровни содержания GC в кодирующих областях некоторых сигнатурных генов последовательно идентифицировались как коррелирующие с условиями температурного диапазона, когда ассоциативный анализ применялся к мезофильным и термофильным организмам независимо от их филогении, потребности в кислороде, солености или условий среды обитания. . ^{[ 7 ]}

Грибковые термофилы

Грибы — единственная группа организмов в области эукариот, которая может выживать в диапазоне температур 50–60 °C. ^{[ 8 ]} Сообщалось о термофильных грибах из ряда местообитаний, большинство из которых принадлежат к отряду грибов Sordariales . ^{[ 9 ]} Термофильные грибы обладают большим биотехнологическим потенциалом благодаря своей способности продуцировать термостабильные ферменты, имеющие промышленное значение, в частности для деградации растительной биомассы. ^{[ 10 ]}

Перенос генов и генетический обмен

Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius являются гипертермофильными архей. Когда эти организмы подвергаются воздействию агентов, повреждающих ДНК, УФ-облучения , блеомицина или митомицина С , индуцируется видоспецифическая клеточная агрегация. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} У S. acidocaldarius агрегация клеток, вызванная УФ-излучением, с высокой частотой опосредует обмен хромосомных маркеров. ^{[ 12 ]} Скорость рекомбинации превышает скорость неиндуцированной культуры на три порядка. Фролс и др. ^{[ 11 ]}^{[ 13 ]} и Аджон и др. ^{[ 12 ]}(2011) предположили, что клеточная агрегация усиливает видоспецифичный перенос ДНК между клетками Sulfolobus , чтобы обеспечить усиленное восстановление поврежденной ДНК посредством гомологичной рекомбинации . Ван Вулферен и др., ^{[ 14 ]} при обсуждении обмена ДНК у гипертермофилов в экстремальных условиях отметили, что обмен ДНК, вероятно, играет роль в репарации ДНК посредством гомологичной рекомбинации. Они предположили, что этот процесс имеет решающее значение в условиях повреждения ДНК, таких как высокая температура. Также было высказано предположение, что перенос ДНК у Sulfolobus может быть примитивной формой полового взаимодействия, аналогичной более хорошо изученным бактериальным системам трансформации, которые связаны с видоспецифичным переносом ДНК между клетками, приводящим к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК. ^{[ нужна ссылка ]}.

См. также

Ссылки

^ Мэдиган МТ; Мартино Дж. М. (2006). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Пирсон. п. 136. ИСБН 0-13-196893-9 .
^ Такай Т; и др. (2008). «Пролиферация клеток при 122°C и производство изотопно-тяжелого CH ₄ гипертермофильным метаногеном при культивировании под высоким давлением» . ПНАС . 105 (31): 10949–51. Бибкод : 2008PNAS..10510949T . дои : 10.1073/pnas.0712334105 . ПМК 2490668 . ПМИД 18664583 .
^ Хориике Т; Мията Д; Хамада К; и др. (январь 2009 г.). «Филогенетическое конструирование 17 типов бактерий новым методом и тщательно отобранными ортологами» . Джин . 429 (1–2): 59–64. дои : 10.1016/j.gene.2008.10.006 . ПМК 2648810 . ПМИД 19000750 .
^ Вьей, Клэр; Зейкус, Грегори Дж. (март 2001 г.). «Гипертермофильные ферменты: источники, использование и молекулярные механизмы термостабильности» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 65 (1): 1–43. дои : 10.1128/ММБР.65.1.1-43.2001 . ISSN 1092-2172 . ПМК 99017 . ПМИД 11238984 .
^ Пауэр, Дж. Ф., Карер, CR, Ли, К. К., Уэйкерли, Г. Л., Эванс, Д. В., Баттон, М., Уайт, Д., Климо, М. Д., Хинце, AM, Морган, XC и Макдональд, IR, 2018. Микробиология биогеография 925 геотермальных источников Новой Зеландии. Природные коммуникации, 9(1), стр.2876.
^ Стеттер, К. (2006). «История открытия первых гипертермофилов». Экстремофилы . 10 (5): 357–362. дои : 10.1007/s00792-006-0012-7 . ПМИД 16941067 . S2CID 36345694 .
^ Чжэн Х; У Х (декабрь 2010 г.). «Анализ геноцентрических ассоциаций для выявления корреляции между уровнями содержания гуанина-цитозина и условиями температурного диапазона прокариотических видов» . БМК Биоинформатика . 11 (Дополнение 11): S7. дои : 10.1186/1471-2105-11-S11-S7 . ПМК 3024870 . ПМИД 21172057 .
^ Раджасекаран, АК; Махешвари, Р. (1 сентября 1993 г.). «Термофильные грибы: оценка их потенциала роста в почве» . Журнал биологических наук . 18 (3): 345–354. дои : 10.1007/BF02702992 . ISSN 0973-7138 . S2CID 46013720 .
^ Патель, Харди; Рават, Сима (2021), «Термофильные грибы: разнообразие, физиология, генетика и применение» , Новые и будущие разработки в области микробной биотехнологии и биоинженерии , Elsevier, стр. 69–93, doi : 10.1016/b978-0-12-821005 -5.00005-3 , ISBN 9780128210055 , S2CID 224847697 , получено 2 июня 2022 г.
^ с Края, Йост; Факун, Крисс; де Врис, Мишель; Стилоу, Дж. Бенджамин (декабрь 2015 г.). «Термофильный рост и ферментативная термостабильность являются полифилетическими чертами Chaetomiaceae» . Грибковая биология . 119 (12): 1255–1266. Бибкод : 2015FunB..119.1255V дои : 10.1016/j.funbio.2015.09.011 . ISSN 1878-6146 . ПМИД 26615748 .
^ Jump up to: ^а ^б Фрёльс С; Аджон М; Вагнер М; Тейхманн Д; Золгадр Б; Фолеа М; и др. (ноябрь 2008 г.). «Индуцируемая УФ-излучением клеточная агрегация гипертермофильных архей Sulfolobus solfataricus опосредована образованием пилей» (PDF) . Мол. Микробиол . 70 (4): 938–52. дои : 10.1111/j.1365-2958.2008.06459.x . ПМИД 18990182 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Аджон М; Фрёльс С; ван Вольферен М; Стокер К; Тейхманн Д; Дриссен А.Дж.; и др. (ноябрь 2011 г.). «Обмен ДНК, индуцируемый УФ-излучением, у гипертермофильных архей, опосредованный пилями IV типа» (PDF) . Мол. Микробиол . 82 (4): 807–17. дои : 10.1111/j.1365-2958.2011.07861.x . ПМИД 21999488 .
^ Фрёльс С; Белый МФ; Шлепер С (февраль 2009 г.). «Реакция на повреждение УФ-излучением у модельного архея Sulfolobus solfataricus». Биохим. Соц. Транс . 37 (Часть 1): 36–41. дои : 10.1042/BST0370036 . ПМИД 19143598 .
^ ван Вольферен М; Аджон М; Дриссен А.Дж.; Альберс С.В. (июль 2013 г.). «Как гипертермофилы адаптируются к изменению своей жизни: обмен ДНК в экстремальных условиях». Экстремофилы . 17 (4): 545–63. дои : 10.1007/s00792-013-0552-6 . ПМИД 23712907 . S2CID 5572901 .

Внешние ссылки

«Термопротеи: Экстремальный термофил» . Браузер таксономии NCBI .
Насколько жарко или слишком жарко? Экспедиция T-Limit

[1] Мэдиган МТ; Мартино Дж. М. (2006). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Пирсон. п. 136. ИСБН 0-13-196893-9 .

[2] Такай Т; и др. (2008). «Пролиферация клеток при 122°C и производство изотопно-тяжелого CH ₄ гипертермофильным метаногеном при культивировании под высоким давлением» . ПНАС . 105 (31): 10949–51. Бибкод : 2008PNAS..10510949T . дои : 10.1073/pnas.0712334105 . ПМК 2490668 . ПМИД 18664583 .

[pmid19000750-3] Хориике Т; Мията Д; Хамада К; и др. (январь 2009 г.). «Филогенетическое конструирование 17 типов бактерий новым методом и тщательно отобранными ортологами» . Джин . 429 (1–2): 59–64. дои : 10.1016/j.gene.2008.10.006 . ПМК 2648810 . ПМИД 19000750 .

[4] Вьей, Клэр; Зейкус, Грегори Дж. (март 2001 г.). «Гипертермофильные ферменты: источники, использование и молекулярные механизмы термостабильности» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 65 (1): 1–43. дои : 10.1128/ММБР.65.1.1-43.2001 . ISSN 1092-2172 . ПМК 99017 . ПМИД 11238984 .

[5] Пауэр, Дж. Ф., Карер, CR, Ли, К. К., Уэйкерли, Г. Л., Эванс, Д. В., Баттон, М., Уайт, Д., Климо, М. Д., Хинце, AM, Морган, XC и Макдональд, IR, 2018. Микробиология биогеография 925 геотермальных источников Новой Зеландии. Природные коммуникации, 9(1), стр.2876.

[6] Стеттер, К. (2006). «История открытия первых гипертермофилов». Экстремофилы . 10 (5): 357–362. дои : 10.1007/s00792-006-0012-7 . ПМИД 16941067 . S2CID 36345694 .

[7] Чжэн Х; У Х (декабрь 2010 г.). «Анализ геноцентрических ассоциаций для выявления корреляции между уровнями содержания гуанина-цитозина и условиями температурного диапазона прокариотических видов» . БМК Биоинформатика . 11 (Дополнение 11): S7. дои : 10.1186/1471-2105-11-S11-S7 . ПМК 3024870 . ПМИД 21172057 .

[8] Раджасекаран, АК; Махешвари, Р. (1 сентября 1993 г.). «Термофильные грибы: оценка их потенциала роста в почве» . Журнал биологических наук . 18 (3): 345–354. дои : 10.1007/BF02702992 . ISSN 0973-7138 . S2CID 46013720 .

[9] Патель, Харди; Рават, Сима (2021), «Термофильные грибы: разнообразие, физиология, генетика и применение» , Новые и будущие разработки в области микробной биотехнологии и биоинженерии , Elsevier, стр. 69–93, doi : 10.1016/b978-0-12-821005 -5.00005-3 , ISBN 9780128210055 , S2CID 224847697 , получено 2 июня 2022 г.

[10] с Края, Йост; Факун, Крисс; де Врис, Мишель; Стилоу, Дж. Бенджамин (декабрь 2015 г.). «Термофильный рост и ферментативная термостабильность являются полифилетическими чертами Chaetomiaceae» . Грибковая биология . 119 (12): 1255–1266. Бибкод : 2015FunB..119.1255V дои : 10.1016/j.funbio.2015.09.011 . ISSN 1878-6146 . ПМИД 26615748 .

[Frols08-11] Jump up to: ^а ^б Фрёльс С; Аджон М; Вагнер М; Тейхманн Д; Золгадр Б; Фолеа М; и др. (ноябрь 2008 г.). «Индуцируемая УФ-излучением клеточная агрегация гипертермофильных архей Sulfolobus solfataricus опосредована образованием пилей» (PDF) . Мол. Микробиол . 70 (4): 938–52. дои : 10.1111/j.1365-2958.2008.06459.x . ПМИД 18990182 .

[Ajon-12] Jump up to: ^а ^б ^с Аджон М; Фрёльс С; ван Вольферен М; Стокер К; Тейхманн Д; Дриссен А.Дж.; и др. (ноябрь 2011 г.). «Обмен ДНК, индуцируемый УФ-излучением, у гипертермофильных архей, опосредованный пилями IV типа» (PDF) . Мол. Микробиол . 82 (4): 807–17. дои : 10.1111/j.1365-2958.2011.07861.x . ПМИД 21999488 .

[13] Фрёльс С; Белый МФ; Шлепер С (февраль 2009 г.). «Реакция на повреждение УФ-излучением у модельного архея Sulfolobus solfataricus». Биохим. Соц. Транс . 37 (Часть 1): 36–41. дои : 10.1042/BST0370036 . ПМИД 19143598 .

[14] ван Вольферен М; Аджон М; Дриссен А.Дж.; Альберс С.В. (июль 2013 г.). «Как гипертермофилы адаптируются к изменению своей жизни: обмен ДНК в экстремальных условиях». Экстремофилы . 17 (4): 545–63. дои : 10.1007/s00792-013-0552-6 . ПМИД 23712907 . S2CID 5572901 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]