дегалококкоидес
| дегалококкоидес | |
|---|---|
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Хлорофлексота |
| Сорт: | Дегалококкоидии |
| Заказ: | Дехалококкоиды |
| Семья: | Дегалококковые |
| Род: | дегалококкоидес Леффлер и др. 2013 год [ 1 ] |
| Типовой вид | |
| Дехалококкоидес маккарти Леффлер и др. 2013 год
| |
| Разновидность | |
| |
| Синонимы | |
| |
Dehalococcoides — род бактерий класса Dehalococcoidia, которые получают энергию посредством окисления водорода и последующего восстановительного дегалогенирования галогенированных органических соединений в режиме анаэробного дыхания, называемого галогенидорганическим дыханием. [ 2 ] Они хорошо известны своим огромным потенциалом по восстановлению галогенированных этинов и ароматических соединений. Это единственные бактерии, которые, как известно, преобразуют сильно хлорированные диоксины, ПХД. Кроме того, они являются единственными известными бактериями, преобразующими тетрахлорэтен ( перхлорэтен , PCE) в этилен.
Микробиология
[ редактировать ]Первый представитель рода Dehalococcoides был описан в 1997 году как штамм Dehalococcoides ethenogenes 195 ( номинальный номер ). Дополнительные представители Dehalococcoides были позже описаны как штаммы CBDB1, [ 3 ] BAV1, FL2, VS и GT. В 2012 году все выделенные штаммы Dehalococcoides были объединены под новым таксономическим названием D. mccartyi , при этом штамм 195 стал типовым штаммом. [ 4 ]
В выпуске GTDB 202 этот род разделен на три вида, все из которых обозначены как Dehalococcoides mccartyi в образцах NCBI. [ 5 ]
Деятельность
[ редактировать ]Dehalococcoides – облигатно -галоидорганические дышащие бактерии. [ 4 ] это означает, что они могут расти только при использовании галогенированных соединений в качестве акцепторов электронов. В настоящее время водород (H 2 ) часто рассматривается как единственный известный донор электронов, поддерживающий рост бактерий dehalococcoides . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Однако исследования показали, что использование различных доноров электронов, таких как формиат , [ 9 ] и метилвиологен , [ 7 ] также оказались эффективными в стимулировании роста различных видов dehalococcoides . Чтобы осуществить процессы восстановительного дегалогенирования, электроны передаются от доноров электронов через дегидрогеназы и в конечном итоге используются для восстановления галогенированных соединений. [ 4 ] многие из которых представляют собой синтезированные человеком химические вещества, действующие как загрязнители . [ 10 ] Кроме того, было показано, что большая часть восстановительной активности дегалогеназы находится во внеклеточных и мембранных компонентах D. ethenogenes , что указывает на то, что процессы дехлорирования могут функционировать полунезависимо от внутриклеточных систем. [ 7 ] В настоящее время всем известным штаммам dehalococcoides требуется ацетат для производства клеточного материала, однако лежащие в его основе механизмы недостаточно изучены, поскольку, по-видимому, им не хватает фундаментальных ферментов, которые завершают циклы биосинтеза, обнаруженные в других организмах. [ 8 ]
Dehalococcoides способны трансформировать многие стойкие соединения. Сюда входят тетрахлорэтилен (ПХЭ) и трихлорэтилен (ТХЭ), которые преобразуются в этилен , а также хлорированные диоксины, винилхлорид , бензолы, полихлорированные дифенилы (ПХД), фенолы и многие другие ароматические загрязнители. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
Приложения
[ редактировать ]Dehalococcoides могут уникальным образом трансформировать многие высокотоксичные и/или стойкие соединения, которые не трансформируются никакими другими известными бактериями, в дополнение к галогенированным соединениям, которые используют другие распространенные респираторные органогалогениды. [ 10 ] [ 14 ] Например, обычные соединения, такие как хлорированные диоксины , бензолы , ПХД , фенолы и многие другие ароматические соединения, можно преобразовать в менее вредные химические формы. [ 10 ] Однако в настоящее время дегалококкоиды являются единственными известными дехлорирующими бактериями, обладающими уникальной способностью разлагать весьма неподатливые ( соединения тетрахлорэтена ПХЭ) и трихлорэтилена (ТХЭ) до более подходящих для условий окружающей среды и, таким образом, используемых в биоремедиации . [ 10 ] [ 15 ] [ 9 ] Их способность расти за счет использования загрязняющих веществ позволяет им размножаться в загрязненной почве или грунтовых водах, что открывает перспективы для на месте усилий по обеззараживанию .
В процессе преобразования галогенированных загрязнителей в негалогенированные соединения участвуют различные восстановительные ферменты. Штамм BAV1 D. mccartyi способен восстанавливать винилхлорид , загрязнитель, который обычно возникает на свалках, до этилена с помощью специальной винилхлоридредуктазы, которая, как считается, кодируется геном bvcA . [ 16 ] В штамме CBDB1 также была идентифицирована хлорбензолредуцирующая дегалогеназа. [ 17 ]
Несколько компаний по всему миру в настоящее время используют смешанные культуры, содержащие Dehalococcoides , в коммерческих целях восстановления. В смешанных культурах другие присутствующие бактерии могут усиливать процесс дегалогенирования, производя продукты метаболизма, которые могут быть использованы Dehalococcoides и другими микроорганизмами, участвующими в процессе разложения. [ 11 ] [ 18 ] Например, Dehalococcoides sp. Штамм WL может работать вместе с Dehalobacter поэтапно, разлагая винилхлорид: Dehalobacter превращает 1,1,2-TCA в винилхлорид, который впоследствии разлагается Dehalococcoides . [ 19 ] Кроме того, необходимо добавление акцепторов электронов — они преобразуются в водород in situ другими присутствующими бактериями, которые затем могут быть использованы Dehalococcoides в качестве источника электронов. [ 14 ] [ 11 ] Документально подтверждено, что в качестве субстрата использовалась МЕАЛ (смесь метанола, этанола, ацетата и лактата). [ 20 ] В США in situ . был запатентован BAV1 для восстановительного дехлорирования винилхлоридов и дихлорэтиленов в 2007 году [ 21 ] D. mccartyi высокой плотности в дехлорирующих биофлоках также использовался при биоремедиации ex situ . [ 22 ]
Хотя dehalococcoides было показано, что снижает содержание таких загрязнителей , как ПХЭ и ТХЭ, похоже, что отдельные виды обладают различными способностями к дехлорированию, что способствует снижению содержания этих соединений. Это может иметь последствия для эффективности тактики биоремедиации. [ 15 ] Например, определенные штаммы dehalococcoides предпочитают производить более растворимые промежуточные соединения, такие как изомеры 1,2-дихлорэтена и винилхлорид , что противоречит целям биоремедиации, прежде всего из-за их вредной природы. [ 6 ] [ 10 ] Таким образом, важный аспект современной тактики биоремедиации включает использование нескольких дехлорирующих организмов для содействия симбиотическим отношениям внутри смешанной культуры и обеспечения полного восстановления до этена. [ 15 ] В результате исследования были сосредоточены на метаболических путях и факторах окружающей среды, которые регулируют восстановительные дегалогенативные процессы, чтобы лучше использовать дегалококкоиды в тактике биоремедиации. [ 10 ]
Однако не все представители Dehalococcoides могут удалять все галогенированные загрязнения. Некоторые штаммы не могут использовать PCE или TCE в качестве акцепторов электронов (например, CBDB1), а некоторые не могут использовать винилхлорид в качестве акцептора электронов (например, FL2). [ 16 ] Штаммы D. mccartyi 195 и SFB93 ингибируются высокими концентрациями ацетилена (который накапливается в загрязненных участках грунтовых вод в результате деградации ТХЭ) за счет изменений в экспрессии генов, которые, вероятно, нарушают нормальную функцию цепи переноса электронов. [ 11 ] При выборе штаммов Dehalococcoides для использования в биоремедиации важно учитывать их метаболические возможности и чувствительность к различным химическим веществам.
Геномы
[ редактировать ]Несколько штаммов Dehalococcoides sp. был секвенирован. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Они содержат от 14 до 36 редуктивных гомологичных дегалогеназ (rdh) оперонов, каждый из которых состоит из гена активных дегалогеназ (rdhA) и гена предполагаемого мембранного якоря (rdhB). Большинству rdh-оперонов в геномах Dehalococcoides предшествует ген-регулятор либо marR-типа (rdhR), либо двухкомпонентной системы (rdhST). Dehalococcoides имеют очень маленькие геномы, состоящие примерно из 1,4–1,5 миллионов пар оснований. Это одна из наименьших величин для свободноживущих организмов.
Биохимия
[ редактировать ]Штаммы Dehalococcoides, по-видимому, не кодируют хиноны, но дышат с помощью новой связанной с белком цепи переноса электронов. [ 26 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Леффлер Ф.Е., Ян Дж., Риталахти К.М., Адриан Л., Эдвардс Э.А., Константинидис К.Т., Мюллер Дж.А., Фуллертон Х., Зиндер Ш., Сформанн А.М. (2013). " Dehalococcoides mccartyi gen. nov., sp. nov., облигатно галоидорганические дышащие анаэробные бактерии, имеющие отношение к круговороту галогенов и биоремедиации, принадлежащие к новому классу бактерий Dehalococcoidia classis nov., отряду Dehalococcoidales ord. nov. и семейству Dehalococcoidaceae fam. nov. ., внутри Chloroflexi типа Int J Syst Evol Microbiol . 63 (Часть 2): 625–635. дои : 10.1099/ ijs.0.034926-0 ПМИД 22544797 .
- ^ «Дегалококкоидес» . NCIB Браузер таксономии .
- ^ Адриан Л., Шевжик У., Векке Дж., Гориш Х. (2000). «Бактериальная дегалореспирация хлорированными бензолами». Природа . 408 (6812): 580–583. Бибкод : 2000Nature.408..580A . дои : 10.1038/35046063 . ПМИД 11117744 . S2CID 4350003 .
- ^ Перейти обратно: а б с Лоффлер, FE; Ян, Дж.; Риталахти, КМ; Адриан, Л.; Эдвардс, EA; Константинидис, КТ; Мюллер, Дж.А.; Фуллертон, Х.; Зиндер, Ш.Х.; Сформенн, AM (2012). «Dehalococcoides mccartyi gen. nov., sp. nov., облигатно галогенид-дышащие анаэробные бактерии, имеющие отношение к круговороту галогенов и биоремедиации, принадлежащие к новому классу бактерий Dehalococcoidia classis nov., отряду Dehalococcoidales ord. nov. и семейству Dehalococcoidaceae fam. nov. ., внутри типа Хлорофлекси" Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 63 (Часть 2): 625–635. дои : 10.1099/ ijs.0.034926-0 ISSN 1466-5026 . ПМИД 22544797 .
- ^ «ГТДБ — Дерево» . gtdb.ecogenomic.org .
- ^ Перейти обратно: а б Ченг, Дэн; Хэ, Цзяньчжун (15 сентября 2009 г.). «Выделение и характеристика штамма MB Dehalococcoides, который дехлорирует тетрахлорэтен до транс-1,2-дихлорэтена» . Прикладная и экологическая микробиология . 75 (18): 5910–5918. Бибкод : 2009ApEnM..75.5910C . дои : 10.1128/АЕМ.00767-09 . ПМЦ 2747852 . ПМИД 19633106 .
- ^ Перейти обратно: а б с Нидженхейс, Ивонн; Зиндер, Стивен Х. (1 марта 2005 г.). «Характеристика гидрогеназной и восстановительной дегалогеназной активности штамма Dehalococcoides ethenogenes 195» . Прикладная и экологическая микробиология . 71 (3): 1664–1667. Бибкод : 2005ApEnM..71.1664N . дои : 10.1128/АЕМ.71.3.1664-1667.2005 . ПМЦ 1065153 . ПМИД 15746376 .
- ^ Перейти обратно: а б Тан, Иньцзе Дж.; Йи, Шан; Чжуан, Вэй-Цинь; Зиндер, Стивен Х.; Кислинг, Джей Д.; Альварес-Коэн, Лиза (15 августа 2009 г.). «Исследование метаболизма углерода у штамма 195 Dehalococcoides ethenogenes с использованием изотопомерного и транскриптомного анализа» . Журнал бактериологии . 191 (16): 5224–5231. дои : 10.1128/JB.00085-09 . ПМЦ 2725585 . ПМИД 19525347 .
- ^ Перейти обратно: а б Майер-Блэквелл, Кошлан; Азизян, Мохаммад Ф.; Грин, Дженнифер К.; Спорманн, Альфред М.; Семприни, Льюис (7 февраля 2017 г.). «Выживание винилхлорида, дышащего dehalococcoides mccartyi, в условиях длительного ограничения доноров электронов». Экологические науки и технологии . 51 (3): 1635–1642. Бибкод : 2017EnST...51.1635M . doi : 10.1021/acs.est.6b05050 . ПМИД 28002948 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Мафоса, Фараи; Литен, Шакти Х.; Динкла, Инес; Стамс, Альфонс Дж.; Смидт, Хауке; Феннелл, Донна Э. (2 октября 2012 г.). «Экогеномика микробных сообществ при биоремедиации хлорзагрязненных территорий» . Границы микробиологии . 3 : 351. дои : 10.3389/fmicb.2012.00351 . ПМЦ 3462421 . ПМИД 23060869 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Мао, Синьвэй; Оремленд, Рональд С .; Лю, Тонг; Гушгари, Сара; Ландерс, Эбигейл А.; Баесман, Шон М.; Альварес-Коэн, Лиза (21 февраля 2017 г.). «Ацетиленовое топливо Восстановительное дехлорирование ТХЭ с помощью определенных консорциумов Dehalococcoides/Pelobacter» . Экологические науки и технологии . 51 (4): 2366–2372. Бибкод : 2017EnST...51.2366M . doi : 10.1021/acs.est.6b05770 . ISSN 0013-936X . ПМК 6436540 . ПМИД 28075122 .
- ^ Лу, Гуй-Нин; Тао, Сюэ-Цинь; Хуан, Вэйлинь; Данг, Чжи; Ли, Чжун; Лю, Конг-Цян (2010). «Пути дехлорирования различных хлорированных ароматических загрязнителей, проводимые штаммом CBDB1 Dehalococcoides sp.». Наука об общей окружающей среде . 408 (12): 2549–2554. Бибкод : 2010ScTEn.408.2549L . doi : 10.1016/j.scitotenv.2010.03.003 . ПМИД 20346484 .
- ^ Феннелл, Донна Э.; Нидженхейс, Ивонн; Уилсон, Сьюзен Ф.; Зиндер, Стивен Х.; Хэггблом, Макс М. (1 апреля 2004 г.). «Штамм Dehalococcoides ethenogenes 195 восстановительно дехлорирует различные хлорированные ароматические загрязнители». Экологические науки и технологии . 38 (7): 2075–2081. Бибкод : 2004EnST...38.2075F . дои : 10.1021/es034989b . ISSN 0013-936X . ПМИД 15112809 .
- ^ Перейти обратно: а б Маймо-Гателл, Ксавье; Цзянь, Юэ-тын; Госсетт, Джеймс М.; Зиндер, Стивен Х. (6 июня 1997 г.). «Выделение бактерии, которая восстановительно дехлорирует тетрахлорэтен до этилена». Наука . 276 (5318): 1568–1571. дои : 10.1126/science.276.5318.1568 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 9171062 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гростерн, Ариэль; Эдвардс, Элизабет А. (2006). «Рост видов Dehalobacter и Dehalococcoides во время разложения хлорированного этана» . Прикладная и экологическая микробиология . 72 (1): 428–436. Бибкод : 2006ApEnM..72..428G . дои : 10.1128/АЕМ.72.1.428-436.2006 . ПМЦ 1352275 . ПМИД 16391074 .
- ^ Перейти обратно: а б Краймальник-Браун, Роза; Хёльшер, Тина; Томсон, Айви Н.; Сондерс, Ф. Майкл; Риталахти, Кирсти М.; Леффлер, Фрэнк Э. (1 октября 2004 г.). «Генетическая идентификация предполагаемой винилхлоридредуктазы в штамме Dehalococcoides sp. BAV1» . Прикладная и экологическая микробиология . 70 (10): 6347–6351. Бибкод : 2004ApEnM..70.6347K . дои : 10.1128/aem.70.10.6347-6351.2004 . ISSN 0099-2240 . ПМК 522117 . ПМИД 15466590 .
- ^ Адриан, Лоренц; Раненфюрер Ян; Гобом, Йохан; Хёльшер, Тина (1 декабря 2007 г.). «Идентификация хлорбензолредуктивной дегалогеназы в штамме Dehalococcoides sp. CBDB1» . Прикладная и экологическая микробиология . 73 (23): 7717–7724. Бибкод : 2007ApEnM..73.7717A . дои : 10.1128/aem.01649-07 . ISSN 0099-2240 . ПМК 2168065 . ПМИД 17933933 .
- ^ Дюамель, Мелани; Эдвардс, Элизабет А. (1 декабря 2006 г.). «Микробный состав хлорированных этилендеградирующих культур с доминированием Dehalococcoides» . ФЭМС Микробиология Экология . 58 (3): 538–549. дои : 10.1111/j.1574-6941.2006.00191.x . ISSN 0168-6496 . ПМИД 17117995 .
- ^ Гростерн, Ариэль; Эдвардс, Элизабет А. (1 января 2006 г.). «Рост видов Dehalobacter и Dehalococcoides во время разложения хлорированного этана» . Прикладная и экологическая микробиология . 72 (1): 428–436. Бибкод : 2006ApEnM..72..428G . дои : 10.1128/aem.72.1.428-436.2006 . ISSN 0099-2240 . ПМЦ 1352275 . ПМИД 16391074 .
- ^ McKinsey, ПК (20 февраля 2003 г.). « Биоремедиация загрязненных трихлорэтиленом отложений, дополненная консорциумом Dehalococcoides ». Проверено 8 октября 2017 г.
- ^ Леффлер, Фрэнк (3 мая 2007 г.). «Заявка на патент США 20070099284» . Архивировано из оригинала 27 августа 2018 г. Проверено 9 октября 2017 г.
- ^ Фахардо-Уильямс, Девин (2015). «Сочетание биофлокуляции дегалококкоидов с высокими скоростями дехлорирования для биоремедиации ex situ и in situ». ПроКвест . ПроКвест 1718184775 .
- ^ Кубе, М.; Бек, А.; Зиндер, Ш.; Куль, Х.; Рейнхардт, Р.; Адриан, Л. (октябрь 2005 г.). «Последовательность генома штамма CBDB1, дышащего хлорированными соединениями, бактерии Dehalococcoides» . Нат Биотехнологий . 23 (10): 1269–73. дои : 10.1038/nbt1131 . ПМИД 16116419 .
- ^ Сешадри, Р.; Адриан, Л.; Фаутс, Делавэр; Эйзен, Дж.А.; Филиппи, AM; Мете, бакалавр искусств; Уорд, Нидерланды; Нельсон, туалет; и др. (январь 2005 г.). «Последовательность генома дехлорирующей PCE бактерии Dehalococcoides ethenogenes» . Наука 307 (5706): 105–8. Бибкод : 2005Sci...307..105S . дои : 10.1126/science.1102226 . ПМИД 15637277 . S2CID 15601443 .
- ^ Пёриц, М.; Горис, Т.; Вубет, Т.; Таркка, Монтана; Бускот, Ф.; Ниенхейс, И.; Лехнер, У.; Адриан, Л. (июнь 2013 г.). «Последовательности генома двух специалистов по дегалогенированию - штаммов Dehalococcoides mccartyi BTF08 и DCMB5, обогащенных из сильно загрязненного региона Биттерфельд» . FEMS Microbiol Lett . 343 (2): 101–4. дои : 10.1111/1574-6968.12160 . ПМИД 23600617 .
- ^ Кублик, Аня; Деобальд, Дарья; Хартвиг, Стефани; Шиффманн, Кристиан Л.; Андрадес, Адарелис; фон Берген, Мартин; Соерс, Р. Гэри; Адриан, Лоренц (01 сентября 2016 г.). «Идентификация мультибелкового редуктивного дегалогеназного комплекса в штамме CBDB1 Dehalococcoides mccartyi предполагает наличие белок-зависимой дыхательной цепи транспорта электронов, исключающей участие хинона». Экологическая микробиология . 18 (9): 3044–3056. дои : 10.1111/1462-2920.13200 . ISSN 1462-2920 . ПМИД 26718631 .