Алиивибрио фишери
| Алиивибрио фишери | |
|---|---|
| |
| Aliivibrio fischeri светится на чашке Петри | |
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Псевдомонадота |
| Сорт: | Гаммапротеобактерии |
| Заказ: | Вибрионалес |
| Семья: | Вибрионовые |
| Род: | Алиивибрио |
| Разновидность: | А. фишери
|
| Биномиальное имя | |
| Алиивибрио фишери | |
| Синонимы [ 1 ] | |
| |
Aliivibrio fischeri (ранее Vibrio fischeri ) — грамотрицательная , палочковидная бактерия встречающаяся по всему миру в морской среде. [ 2 ] Этот вид обладает биолюминесцентными свойствами и встречается преимущественно в симбиозе с различными морскими животными, такими как гавайский бобтейл-кальмар . Он гетеротрофен , оксидазоположителен и подвижен за счет одного полярного жгутика . [ 3 ] Свободноживущие A. fischeri клетки выживают за счет разлагающегося органического вещества . Бактерия является ключевым исследовательским организмом для изучения микробной биолюминесценции , чувства кворума и бактериально-животного симбиоза. [ 4 ] Он назван в честь Бернхарда Фишера , немецкого микробиолога. [ 5 ]
Сравнение рибосомальной РНК привело к реклассификации этого вида из рода Vibrio в недавно созданный Aliivibrio в 2007 году. [ 6 ] Изменение является действительной публикацией и, согласно LPSN, правильным названием . [ 7 ] Однако изменение названия не является общепринятым большинством исследователей, которые до сих пор публикуют Vibrio fischeri (см. Google Scholar за 2018–2019 гг.).
Геном
[ редактировать ]Геном . A. fischeri был полностью секвенирован в 2004 году [ 8 ] и состоит из двух хромосом : одной меньшей и одной большей. Хромосома 1 имеет 2,9 миллиона пар оснований (МБП), а хромосома 2 — 1,3 МБП, в результате чего общий размер генома достигает 4,2 МБП. [ 8 ]
A. fischeri имеет самое низкое содержание G+C среди 27 видов вибрионов , но по-прежнему наиболее близок к видам с более высокой патогенностью, таким как V. cholerae . [ 8 ] Геном A. fischeri также содержит мобильные генетические элементы . [ 8 ]
Экология
[ редактировать ]
A. fischeri распространены по всему миру в умеренной и субтропической морской среде . [ 9 ] Их можно найти свободно плавающими в океанах, а также в составе морских животных, отложений и разлагающихся веществ. [ 9 ] A. fischeri наиболее изучены как симбионты морских животных, включая кальмаров рода Euprymna и Sepiola , где A. fischeri кальмаров можно обнаружить в легких органах . [ 9 ] Эта связь лучше всего охарактеризована у гавайского кальмара-кубика ( Euprymna scolopes ), где A. fischeri — единственный вид бактерий, населяющий световой орган кальмара. [ 10 ]
Симбиоз с гавайским кальмаром бобтейла
[ редактировать ]Колонизация A. fischeri светового органа гавайского кальмара бобтейла в настоящее время изучается как простая модель мутуалистического симбиоза, поскольку она содержит только два вида, а A. fischeri можно культивировать в лаборатории и генетически модифицировать. Этот мутуалистический симбиоз функционирует в первую очередь за счет биолюминесценции A. fischeri . A. fischeri колонизирует световой орган гавайского бобтейла и светится ночью, обеспечивая кальмару маскировку против освещения, которая не позволяет кальмару отбрасывать тень на дно океана.
Колонизация A. fischeri происходит у молоди кальмаров и вызывает морфологические изменения в световом органе кальмаров. Интересно, что определенные морфологические изменения, производимые A. fischeri, не происходят, когда микроб не может люминесцировать, что указывает на то, что биолюминесценция (описанная ниже) действительно важна для симбиоза. В процессе колонизации мерцательные животных клетки в фотофорах (светообразующих органах) избирательно привлекают симбиотические бактерии. Эти клетки способствуют росту симбионтов и активно отвергают любых конкурентов. Бактерии вызывают отмирание этих клеток, как только орган света достаточно колонизируется.
Световые органы некоторых кальмаров содержат отражающие пластины, которые усиливают и направляют излучаемый свет благодаря белкам , известным как рефлектины . Они регулируют свет для противоосвещения маскировки , требуя, чтобы интенсивность соответствовала интенсивности морской поверхности над головой. [ 11 ] Сепиолидные кальмары каждое утро удаляют 90% симбиотических бактерий из своего светового органа в процессе, известном как «вентиляция». Считается, что вентиляция является источником, из которого только что вылупившиеся кальмары заселяются A. fischeri .
Биолюминесценция
[ редактировать ]Биолюминесценция fischeri A. , которая вызвана транскрипцией оперона lux индуцируется посредством популяционно-зависимого ощущения кворума . [ 2 ] Популяция A. fischeri должна достичь оптимального уровня, чтобы активировать оперон lux и стимулировать выработку света. Циркадный ритм контролирует световое выражение: свечение намного ярче днем и тусклее ночью, что необходимо для маскировки.
Бактериальная система люциферин - люцифераза кодируется набором генов, называемых lux опероном . У A. fischeri пять таких генов ( luxCDABEG ) были идентифицированы как активные в излучении видимого света, а два гена ( luxR и luxI ) участвуют в регуляции оперона . Некоторые внешние и внутренние факторы, по-видимому, либо индуцируют , либо ингибируют транскрипцию этого набора генов и производят или подавляют световое излучение .
A. fischeri — один из многих видов бактерий, которые обычно вступают в симбиотические отношения с морскими организмами. [ 12 ] Морские организмы содержат бактерии, которые используют биолюминесценцию, чтобы находить себе пару, отпугивать хищников, привлекать добычу или общаться с другими организмами. [ 13 ] В свою очередь, организм, в котором живут бактерии, обеспечивает бактериям богатую питательными веществами среду. [ 14 ] Оперон lux представляет собой фрагмент генома A. fischeri длиной 9 тысяч оснований , который контролирует биолюминесценцию посредством каталитической активности фермента люциферазы. [ 15 ] Этот оперон имеет известную последовательность гена luxCDAB(F)E , где luxA и luxB кодируют белковые субъединицы фермента люциферазы, а luxCDE кодирует комплекс редуктазы жирных кислот , который делает жирные кислоты необходимыми для механизма люциферазы. [ 15 ] luxC кодирует фермент ацилредуктазу, luxD кодирует ацилтрансферазу , а luxE создает белки, необходимые для фермента ацилпротеинсинтетазы. Люцифераза производит синий/зеленый свет за счет окисления восстановленного флавинмононуклеотида и длинноцепочечного альдегида двухатомным кислородом . Реакция суммируется следующим образом: [ 16 ]
- FMNH 2 + O 2 + R-CHO → FMN + R-COOH + H 2 O + свет.
Восстановленный флавинмононуклеотид (FMNH) обеспечивается геном fre , также называемым luxG . У A. fischeri он находится непосредственно рядом с luxE (давая luxCDABE-fre ) от 1042306 до 1048745 [1]
Для образования альдегида, необходимого в вышеуказанной реакции, необходимы три дополнительных фермента. Жирные кислоты, необходимые для реакции, извлекаются из пути биосинтеза жирных кислот с помощью ацилтрансферазы. Ацилтрансфераза реагирует с ацил - АПБ с высвобождением R-СООН, свободной жирной кислоты. R-COOH восстанавливается двухферментной системой до альдегида. Реакция: [ 14 ]
- R-COOH + АТФ + НАДФН → R-CHO + AMP + PP + НАДФ + .
Определение кворума
[ редактировать ]
Одной из основных систем, которая контролирует биолюминесценцию посредством регуляции lux оперона , является чувство кворума , консервативная система у многих видов микробов, которая регулирует экспрессию генов в ответ на концентрацию бактерий. Функция восприятия кворума осуществляется за счет производства аутоиндуктора , обычно небольшой органической молекулы, отдельными клетками. По мере увеличения клеточных популяций уровни аутоиндукторов увеличиваются, и специфические белки, регулирующие транскрипцию генов, связываются с этими аутоиндукторами и изменяют экспрессию генов. Эта система позволяет микробным клеткам «общаться» друг с другом и координировать поведение, такое как люминесценция, для достижения эффекта которой требуется большое количество клеток. [ 17 ]
У A. fischeri есть две основные системы восприятия кворума, каждая из которых реагирует на несколько разную среду. Первую систему обычно называют системой lux , поскольку она закодирована в опероне lux и использует автоиндуктор 3OC6-HSL. [ 18 ] Белок LuxI синтезирует этот сигнал, который впоследствии высвобождается из клетки. Этот сигнал, 3OC6-HSL, затем связывается с белком LuxR, который регулирует экспрессию множества различных генов, но наиболее известен своей активацией генов, участвующих в люминесценции. [ 19 ] Вторая система, обычно называемая системой ain , использует аутоиндуктор C8-HSL, который продуцируется белком AinS. Подобно системе lux , аутоиндуктор C8-HSL увеличивает активацию LuxR. Кроме того, C8-HSL связывается с другим регулятором транскрипции, LitR, давая системам кворума ain и lux распознавать несколько разные генетические цели внутри клетки. [ 20 ]
Различные генетические мишени систем ain и lux очень важны, поскольку эти две системы реагируют на разную клеточную среду. Система ain регулирует транскрипцию в ответ на среду клеток промежуточной плотности клеток, производя более низкие уровни люминесценции и даже регулируя метаболические процессы, такие как ацетатный переключатель . [ 21 ] С другой стороны, система восприятия lux quorum возникает в ответ на высокую плотность клеток, производя высокие уровни люминесценции и регулируя транскрипцию других генов, включая QsrP, RibB и AcfA. [ 22 ] Обе системы восприятия кворума ain и lux необходимы для колонизации кальмаров и регулируют множество факторов колонизации бактерий. [ 19 ]
(B) По мере продолжения роста клеток аутоиндукторы в среде начинают накапливаться в замкнутой среде. Можно обнаружить очень низкую интенсивность света.
(C) Когда в среде накопится достаточное количество аутоиндукторов, они могут повторно проникнуть в клетку, где напрямую связываются с белком LuxR, чтобы активировать экспрессию luxICDABEG.
(D) Высокие уровни аутоиндукторов активируют люминесцентную систему A. fischeri. Можно обнаружить высокую интенсивность света.
Естественная трансформация
[ редактировать ]Естественная бактериальная трансформация — это адаптация для переноса ДНК из одной отдельной клетки в другую. Естественная трансформация, включая поглощение и включение экзогенной ДНК реципиента в геном , была продемонстрирована у A. fischeri . [ 25 ] Этот процесс требует индукции хитогексозой и, вероятно, регулируется генами tfoX и tfoY . Естественная трансформация A. fischeri облегчает быстрый перенос мутантных генов между штаммами и представляет собой полезный инструмент для экспериментальных генетических манипуляций с этим видом.
Государственный микробный статус
[ редактировать ]В 2014 году сенатор штата Гавайи Гленн Вакаи представил SB3124, предлагающий fischeri в качестве государственного микроба Гавайев Aliivibrio . [ 26 ] Законопроект конкурировал с законопроектом о том, чтобы сделать Flavobacterium akiainvivens государственным микробом, но ни один из них не был принят. В 2017 году закон, аналогичный оригинальному законопроекту F. akiainvivens 2013 года , был представлен в Палату представителей Гавайев Исааком Чой. [ 27 ] и в Сенате Гавайев - Брайан Танигучи . [ 28 ]
Список синонимов
[ редактировать ]- Achromobacter fischeri (Beijerinck 1889) Bergey et al.
- Bacillus fischeri (Бейеринк, 1889 г.) Тревизан, 1889 г.
- Bacterium фосфоресценс indigenus (Айзенберг, 1891 г.) Честер, 1897 г.
- Родная светящаяся палочка Фишера 1888 г.
- Microspira fischeri (Бейеринк, 1889 г.) Честер, 1901 г.
- Microspira marina (Рассел, 1892 г.) Мигула, 1900 г.
- Фотобактерия fischeri Beijerinck 1889 г.
- Vibrio noctiluca Вайсгласс и Скреб 1963 г. [ 1 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Алиивибрио фишери» . Таксономия NCBI . Бетесда, Мэриленд: Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 6 декабря 2017 г.
Другие названия: синоним банка генов: Vibrio fischeri (Beijerinck 1889) Lehmann and Neumann 1896 (Утвержденные списки 1980) синоним: Vibrio noctiluca Weisglass and Skreb 1963 синоним: Photobacterium fischeri Beijerinck 1889 синоним: Microspira marina (Russell 1892) Синоним Migula 1900: Microspira fisch Эри (Beijerinck 1889) Синоним Chester 1901: Родная светящаяся бацилла Fischer 1888 Синоним: Bacillus фосфоресценс indigenus Eisenberg Синоним 1891: Bacillus fischeri (Beijerinck 1889) Синоним Trevisan 1889: Achromobacter fischeri (Beijerinck 1889) Bergey et al. 1930 год
- ^ Jump up to: а б Мэдиган М., Мартинко Дж., ред. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-144329-7 .
- ^ Берги, Д.Х. (1994). Холт, Дж. Г. (ред.). Руководство Берджи по детерминативной бактериологии (9-е изд.). Балтимор: Уильямс и Уилкинс.
- ^ Холт Дж.Г., изд. (1994). Руководство Берджи по детерминативной бактериологии (9-е изд.). Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-683-00603-2 .
- ^ Джордж М. Гаррити: Руководство Берджи по систематической бактериологии . 2. Ауфляж. Спрингер, Нью-Йорк, 2005 г., Том 2: Протеобактерии, Часть B: Гаммапротеобактерии. ISBN 0-387-24144-2
- ^ Урбанчик, Х.; Аст, Джей Си; Хиггинс, MJ; Карсон, Дж.; Данлэп, ПВ (2007). «Реклассификация Vibrio fischeri , Vibrio logei , Vibrio Salmonicida и Vibrio wodanis в Aliivibrio fischeri gen. Nov., Comb. Nov., Aliivibrio Logei Comb. Nov., Aliivibrio Salmonicida Comb. Nov. и Aliivibrio wodanis Comb. Nov.» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 57 (12): 2823–2829. дои : 10.1099/ijs.0.65081-0 . ПМИД 18048732 .
- ^ «Вид: Aliivibrio fischeri» . lpsn.dsmz.de.
- ^ Jump up to: а б с д Руби, Е.Г.; Урбановский, М.; Кэмпбелл, Дж.; Данн, А.; Фаини, М.; Гунсалус, Р.; Лострог, П.; Лупп, К.; Макканн, Дж. (22 февраля 2005 г.). «Полная последовательность генома Vibrio fischeri: симбиотическая бактерия с патогенными родственниками» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (8): 3004–3009. Бибкод : 2005PNAS..102.3004R . дои : 10.1073/pnas.0409900102 . ISSN 0027-8424 . ПМК 549501 . ПМИД 15703294 .
- ^ Jump up to: а б с Макфолл-Нгай М (2014). «Важность микробов в развитии животных: уроки симбиоза кальмара и вибриона - дополнительный материал» . Ежегодный обзор микробиологии . 68 : 177–194. doi : 10.1146/annurev-micro-091313-103654 . ПМК 6281398 . ПМИД 24995875 .
- ^ Норсуорси А.Н., Висик К.Л. (ноябрь 2013 г.). «Дай мне убежище: как Vibrio fischeri успешно ориентируется в различных средах обитания животного» . Границы микробиологии . 4 : 356. дои : 10.3389/fmicb.2013.00356 . ПМЦ 3843225 . ПМИД 24348467 .
- ^ Джонс, BW; Нисигути, МК (2004). «Контриллюминация у гавайского кальмара-кубика, Euprymna scolopes Berry (Mollusca: Cephalopoda)» (PDF) . Морская биология . 144 (6): 1151–1155. дои : 10.1007/s00227-003-1285-3 . S2CID 86576334 .
- ^ (Дистальный, 1993).
- ^ Виддер, Э.А. (07 мая 2010 г.). «Биолюминесценция в океане: происхождение биологического, химического и экологического разнообразия». Наука . 328 (5979): 704–708. Бибкод : 2010Sci...328..704W . дои : 10.1126/science.1174269 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 20448176 . S2CID 2375135 .
- ^ Jump up to: а б Уинфри, Майкл Р. (1 января 1997 г.). Распутывание ДНК: молекулярная биология для лаборатории . Прентис-Холл. ISBN 9780132700344 .
- ^ Jump up to: а б (Мейген, 1991).
- ^ Сильверман и др., 1984.
- ^ Jump up to: а б Уотерс, Кристофер М.; Басслер, Бонни Л. (2005). «Ощущение кворума: межклеточное общение у бактерий». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 21 : 319–346. doi : 10.1146/annurev.cellbio.21.012704.131001 . ПМИД 16212498 .
- ^ Эберхад, А (1981). «Структурная идентификация аутоиндуктора люциферазы Photobacterium fischeri» . ПабМед . Проверено 26 апреля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Лупп, Клаудия (2005). «Vibrio fischeri использует две системы определения кворума для регуляции факторов ранней и поздней колонизации» . J Бактериол . 187 (11): 3620–3629. дои : 10.1128/JB.187.11.3620-3629.2005 . ПМК 1112064 . ПМИД 15901683 .
- ^ Лупп, К. (2003). «Системы восприятия кворума Vibrio fischeri ain и lux последовательно индуцируют экспрессию генов люминесценции и важны для персистенции у кальмара-хозяина» . Мол. Микробиол . 50 (1): 319–31. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.t01-1-03585.x . ПМИД 14507383 .
- ^ Студер, Сара (2008). «Ощущение кворума AinS регулирует ацетатный переключатель Vibrio fischeri» . J Бактериол . 190 (17): 5915–5923. дои : 10.1128/JB.00148-08 . ПМК 2519518 . ПМИД 18487321 .
- ^ Цинь, Н. (2007). «Анализ экспрессии гена регулона LuxR во время определения кворума у Vibrio fischeri» . J Бактериол . 189 (11): 4127–34. дои : 10.1128/JB.01779-06 . ЧВК 1913387 . ПМИД 17400743 .
- ^ Ли, Чжи; Наир, Сатиш К. (2012). «Ощущение кворума: как бактерии могут координировать деятельность и синхронизировать свою реакцию на внешние сигналы?» . Белковая наука . 21 (10): 1403–1417. дои : 10.1002/pro.2132 . ПМЦ 3526984 . ПМИД 22825856 .
- ^ Танет, Лиза; Тамбурини, Кристиан; Баумас, Хлоя; Гарель, Марк; Саймон, Гвенола; Казалот, Лори (2019). «Бактериальная биолюминесценция: излучение света в Photobacterium фосфореум не находится под контролем кворума» . Границы микробиологии . 10 : 365. дои : 10.3389/fmicb.2019.00365 . ПМК 6409340 . ПМИД 30886606 .
Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0.
- ^ Поллак-Берти А., Волленберг М.С., Руби Э.Г. (2010). «Естественная трансформация Vibrio fischeri требует tfoX и tfoY» . Окружающая среда. Микробиол . 12 (8): 2302–11. дои : 10.1111/j.1462-2920.2010.02250.x . ПМК 3034104 . ПМИД 21966921 .
- ^ Кейв, Джеймс (3 апреля 2014 г.). «Гавайи и другие штаты отказываются от официальных государственных бактерий» . Хаффингтон Пост . Проверено 24 октября 2017 г.
- ^ Чой, Исаак (25 января 2017 г.). «НВ1217» . Законодательное собрание штата Гавайи . Гонолулу, Гавайи: Законодательное собрание штата Гавайи . Проверено 22 октября 2017 г.
- ^ Танигучи, Брайан (25 января 2017 г.). «СБ1212» . Законодательное собрание штата Гавайи . Гонолулу, Гавайи: Законодательное собрание штата Гавайи . Проверено 22 октября 2017 г.
