Ацидитиобациллы
| Ацидитиобациллы | |
|---|---|
 | |
| Ацидитиобацилла феррооксиданс | |
Научная классификация  | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Псевдомонадота |
| Сорт: | Ацидитиобактерии |
| Заказ: | Ацидитиобациллы |
| Семья: | Ацидитиобациловые |
| Род: | Ацидитиобациллы |
| Разновидность | |
Ацидитиобацилла альбертенсис | |
Acidithiobacillus — род Acidithiobacillus из типа Pseudomonadota . К этому роду относятся десять видов ацидофильных микроорганизмов, способных окислять серу и/или железо: Acidithiobacillus albertensis, Acidithiobacilluscaldus, Acidithiobacillus cuprithermicus, Acidithiobacillus Ferrianus, Acidithiobacillus Ferridurans, Acidithiobacillus Ferriphilus, Acidithiobacillus Ferrivorans, Acidithiobacillus Ferroxidans. сульфифилус . и ацидитиобацилла тиооксиданс [1] A.ferooxydans является наиболее широко изученным представителем этого рода, но A.caldus и A.thiooxydans также играют важную роль в исследованиях. Как и все «Pseudomonadota» , Acidithiobacillus spp. являются грамотрицательными и неспорообразующими. [2] Они также играют значительную роль в образовании кислых дренажных вод шахт ; серьезная глобальная экологическая проблема в горнодобывающей промышленности. [3] Некоторые виды Acidithiobacillus используются в биовыщелачивании и биодобыче . [4] Предполагается, что часть генов, обеспечивающих выживание этих бактерий в кислой среде, была получена путем горизонтального переноса генов . [5]
Род Acidithiobacillus.
[ редактировать ]Ацидитиобациллы представляют собой хемолитоавтотрофы, которые могут быть ацидофильными , мезофильными или мезотермофильными. [6] Acidithiobacilluscaldus также может расти миксотрофно. В настоящее время род включает десять видов, которые способны получать энергию путем окисления соединений серы, при этом некоторые виды также используют как двухвалентное, так и трехвалентное железо. Некоторые виды также научились использовать водород и азот из окружающей среды. [1] Они усваивают углерод из углекислого газа, используя трансальдолазный вариант цикла Кальвина-Бенсона-Бэсшема . Род включает подвижные палочковидные клетки, которые можно выделить из сред с низким pH, включая микроокружения с низким pH на нейтральных в остальном минеральных зернах.
Филогения
[ редактировать ]Порядок Acidithiobacillales (т.е. Thermithiobacillus [7] ) ранее были членами Gammaproteobacteria , и были серьезные споры относительно их положения и того, что они также могут относиться к Betaproteobacteria , но ситуация была разрешена исследованиями по выравниванию всего генома, и оба рода были реклассифицированы в новый класс Acidithiobacillia . [8]
Некоторые представители этого рода были классифицированы как Thiobacillus spp., прежде чем они были реклассифицированы в 2000 году. [9]
- Ацидитиобацилла феррооксиданс (базоним Тиобацилла феррооксиданс ) может быть выделена из железо-серных минералов, таких как месторождения пирита , окисляющих железо и серу в качестве источников энергии для поддержки автотрофного роста и производства трехвалентного железа и серной кислоты .
- Ацидитиобацилла тиооксиданс (базоним Тиобацилла тиооксиданс , Thiobacillus concretivorus [9] ) окисляет серу и производит серную кислоту ; впервые выделены из почвы, [10] Также наблюдалось, что он вызывает сульфидную коррозию бетонных биогенную канализационных труб за счет превращения сероводорода в сточных газах в серную кислоту. [11]
Биологическое выщелачивание
[ редактировать ]Виды Acidothiobacillus используются в биогидрометаллургической промышленности в методах, называемых биовыщелачиванием и биодобычей , при которых металлы извлекаются из руд путем бактериального окисления . Биомайнинг использует радиоактивные отходы в виде руды с бактериями для получения золота, платины, полония, радона, радия, урана, нептуния, америция, никеля, марганца, брома, ртути и их изотопов. [12]
Acidithiobacillus Ferrooxydans возникла как экономически значимая бактерия в области биогидрометаллургии , при выщелачивании сульфидных руд с момента ее открытия в 1950 году Колмером, Темплом и Хинклем. Открытие A. Ferrooxydans привело к развитию « биогидрометаллургии », которая занимается всеми аспектами микробиологического извлечения металлов из полезных ископаемых или твердых отходов и кислых шахтных дренажей. [13] [ нужна полная цитата ] Было доказано, что A. Ferrooxydans является мощным выщелачивающим организмом для растворения металлов из низкосортных сульфидных руд. В последнее время внимание уделяется переработке минеральных концентратов, а также комплексных сульфидных руд с использованием реакторов периодического или непрерывного действия.
Ацидитиобацилла феррооксиданс обычно встречается в кислых дренажах шахт и хвостах шахт . Окисление двухвалентного железа и восстановленных оксианионов серы, сульфидов металлов и элементарной серы приводит к образованию сульфата железа в серной кислоте, что, в свою очередь, вызывает солюбилизацию металлов и других соединений. В результате A. FerroOXIDANS может представлять интерес для процессов биоремедиации . [14] Ацидитиобациллы также часто встречаются на внутренних поверхностях канализационных труб в местах, подверженных коррозии; генетическое секвенирование идентифицирует Acidothiobacillus thiooxydans как обычный присутствующий вид, хотя иногда он отсутствует в таких местах. [15]
Морфология
[ редактировать ]Acidithiobacillus spp. Встречаются в виде одиночных клеток, а иногда и парами или цепочками, в зависимости от условий роста. Описаны как высокоподвижные, так и неподвижные виды. Подвижные штаммы имеют один жгутик, за исключением A. albertensis , у которого есть пучок полярных жгутиков и гликокаликс. Фиксация азота также является важной экологической функцией, выполняемой некоторыми видами этого рода, как и рост с использованием молекулярного водорода в качестве источника энергии - ни одно из свойств не обнаружено у всех видов. Трехвалентное железо может использоваться некоторыми видами в качестве терминального акцептора электронов.
Эволюция
[ редактировать ]Acidithiobacillus spp. Известно, что они обитают в различных средах, таких как горячие источники, кислые дренажи шахт ( дренаж заброшенных шахт ) или хвосты шахт , кислые почвы и сульфидные пещеры. Наземные горячие источники в настоящее время являются важным направлением исследований, поскольку они могут обеспечить известные ограничивающие условия для этого рода, но являются местом обитания микробных сообществ, в которых ацидитиобациллы иногда присутствуют . Оптимальные условия pH для этих бактерий различаются у разных видов, но некоторые из них наблюдались на уровне рода при условиях pH до 8,94 и температуре до 97,6 ° C. Все виды Acidithiobacillus могут расти при pH и температуре от 0,5 до 6,0 и от 5°C до 52°C. [16] Они очень толерантны к тяжелым металлам и могут процветать в средах с высокими концентрациями этих металлов. Чтобы получить энергию, они научились сочетать окисление серы с молекулярным кислородом, но также могут использовать другие ресурсы вокруг себя в качестве акцепторов электронов доноров или . [1] Они адаптировались к жизни в этих средах посредством горизонтального переноса генов , но основа, благодаря которой они могут выжить в средах с низким pH, вероятно, возникла благодаря вертикальному переносу генов . Вполне вероятно, что основные гены кислотоустойчивости Acidithiobacillus были впервые унаследованы от нейтрофилов , возможно, термофильных, и на протяжении всей их эволюционной истории дальнейшие гены кислотоустойчивости были получены от соседних ацидофилов . [5] [1] Хотя свойство окисления серы широко распространено среди представителей этого рода, окисление железа характерно для A. Ferrooxyans, A. Ferridurans, A. Ferriphilus, A. Ferrivorans и A. Ferrianus. [1] Переход к современным Acidithiobacillus spp. произошло на протяжении сотен миллионов лет и включало в себя события увеличения и потери генов. Некоторые данные указывают на то, что недавний общий предок Acidithiobacillus самый появился примерно в то же время, что и A.caldus , 800 миллионов лет назад. [17]
Acidithiobacillus — это значительно разнообразный род, виды которого приспособились выживать в разных средах при различных ограничениях, таких как кислотность, температура и доступность питательных веществ. [18] Например, A.caldus, единственный известный термоацидофил этого рода, способен выживать при экстремальных температурах до 52°C, тогда как A.ferrooxydans может выживать в чрезвычайно кислых условиях с pH <1. [16] [19] Метаболические особенности класса Acidithiobacillia включают наличие ферментов, которые помогают использовать сероводород, элементарную серу, тиосульфат и тетратионат в метаболизме серы. Виды, способные к окислению железа, также обладают генами, кодирующими фиксацию азота и использование водорода. [1] Разнообразие геномного состава позволяет этим видам обитать как в аэробной, так и в анаэробной среде.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Мойя-Бельтран, Ана; Борода, Симон; Рохас-Вильялобос, Камила; Иссотта, Франциско; Галлардо, Ясна; Уллоа, Рикардо; Джавено, Алехандра; Дельи Эспости, Мауро; Джонсон, Д. Барри; Кватрини, Ракель (2021). «Геномная эволюция класса Acidithiobacillia: глубоковетвистые протеобактерии, живущие в экстремально кислых условиях» . Журнал ISME . 15 (11): 3221–3238. Бибкод : 2021ISMEJ..15.3221M . дои : 10.1038/s41396-021-00995-x . ISSN 1751-7362 . ПМЦ 8528912 . ПМИД 34007059 .
- ^ Кумар, Панкадж; Джьоти, Бхим; Кумар, Аджай; Паливал, Арунима (2019), Умные технологии биоремедиации: микробные ферменты , Elsevier, стр. 137–158, doi : 10.1016/b978-0-12-818307-6.00008-1 , ISBN 978-0-12-818307-6 , S2CID 199107288 , получено 23 апреля 2023 г.
- ^ Международная сеть по предотвращению возникновения кислот, Руководство GARD , глава 2, по состоянию на июль 2018 г.
- ^ Катрини, Ракель; Едлицки, Евгения; Холмс, Дэвид С. (2005). «Геномное понимание механизмов поглощения железа биодобывающим микроорганизмом Acidithiobacillus Ferrooxydans» . Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 32 (11–12): 606–614. дои : 10.1007/s10295-005-0233-2 . ПМИД 15895264 . S2CID 35943141 – через Oxford Academic.
- ^ Jump up to: а б Гонсалес-Росалес, Каролина; Вергара, Ева; Допсон, Марк; Вальдес, Хорхе Х.; Холмс, Дэвид С. (2022). «Интегративная геномика проливает свет на эволюционные силы, формирующие ацидофильный образ жизни класса Acidithiobacillia» . Границы микробиологии . 12 : 822229. дои : 10.3389/fmicb.2021.822229 . ISSN 1664-302X . ПМЦ 8886135 . ПМИД 35242113 .
- ^ Шриапорн, Чаненат; Кэмпбелл, Кэтлин А.; Ван Кранендонк, Мартин Дж.; Хэндли, Ким М. (2021). «Геномные адаптации, обеспечивающие распространение Acidithiobacillus в широком диапазоне температур и pH горячих источников» . Микробиом . 9 (1): 135. дои : 10.1186/s40168-021-01090-1 . ISSN 2049-2618 . ПМЦ 8196465 . ПМИД 34116726 . S2CID 256332390 .
- ^ Ацидитиобациллы в LPSN ; Парте, Эйдан К.; Сарда Карбасс, Хоаким; Мейер-Колтхофф, Ян П.; Реймер, Лоренц К.; Гёкер, Маркус (1 ноября 2020 г.). «Список названий прокариот, имеющих номенклатурное положение (ЛПСН), перемещается в ДСМЗ» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 70 (11): 5607–5612. дои : 10.1099/ijsem.0.004332 .
- ^ Уильямс, КП; Келли, ДП (2013). «Предложение о новом классе протеобактерий, Acidithiobacillia, с Acidithiobacillales в качестве типового порядка». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 63 (Часть 8): 2901–6. дои : 10.1099/ijs.0.049270-0 . ПМИД 23334881 .
- ^ Jump up to: а б Келли, ДП; Вуд, AP (2000). «Переклассификация некоторых видов Thiobacillus в новые роды Acidithiobacillus gen. nov., Halothiobacillus gen. nov. и Thermithiobacillus gen. nov.» . Межд. Дж. Сист. Эвол. Микробиол . 50 (2): 511–6. дои : 10.1099/00207713-50-2-511 . ПМИД 10758854 .
- ^ Сельман А. Ваксман; И. С. Иоффе (1922). «Микроорганизмы, участвующие в окислении серы в почве II. Thiobacillus Thiooxydans, новый сероокисляющий организм, выделенный из почвы» . J Бактериол . 7 (2): 239–256. дои : 10.1128/jb.7.2.239-256.1922 . ПМЦ 378965 . ПМИД 16558952 . [1]
- ^ Сэнд, В.; Бок, Э. (1987). «Биотест-система для экспресс-оценки устойчивости бетона к сероокисляющим бактериям». Производительность материалов . 26 (3): 14–17. «КСА» . Архивировано из оригинала 20 мая 2011 г. Проверено 13 февраля 2008 г.
- ^ RU RU2563511C2 , Курашов Виктор Михайлович и Сахно Тамара Владимировна, «Микробиологический метод трансмутации химических элементов и конверсии изотопов химических элементов», опубликовано 20 сентября 2015 г.
- ^ Раш, 1980
- ^ Гэдд, генеральный директор (2004). «Микробное влияние на подвижность металлов и применение для биоремедиации». Геодерма . 122 (2): 109–119. Бибкод : 2004Геоде.122..109Г . doi : 10.1016/j.geoderma.2004.01.002 .
- ^ Ли, X., Капплер, У., Цзян, Г., и Бонд, PL (2017). Экология ацидофильных микроорганизмов в коррозионной бетонной канализационной среде. Границы микробиологии, 8, 683. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00683.
- ^ Jump up to: а б Шриапорн, Чаненат; Кэмпбелл, Кэтлин А.; Ван Кранендонк, Мартин Дж.; Хэндли, Ким М. (2021). «Геномные адаптации, обеспечивающие распространение Acidithiobacillus в широком диапазоне температур и pH горячих источников» . Микробиом . 9 (1): 135. дои : 10.1186/s40168-021-01090-1 . ISSN 2049-2618 . ПМЦ 8196465 . ПМИД 34116726 . S2CID 256332390 .
- ^ Ли, Лянчжи; Лю, Чжэнхуа; Мэн, Делонг; Лю, Сюэдуань; Ли, Син; Чжан, Мин; Тао, Цземэн; Гу, Ябин; Чжун, Шуйпин; Инь, Хуацюнь (2019). Лю, Шуан-Цзян (ред.). «Сравнительный геномный анализ показывает распределение, организацию и эволюцию генов устойчивости к металлам в роде Acidithiobacillus» . Прикладная и экологическая микробиология . 85 (2): e02153–18. Бибкод : 2019ApEnM..85E2153L . дои : 10.1128/АЕМ.02153-18 . ISSN 0099-2240 . ПМК 6328783 . ПМИД 30389769 .
- ^ Чжан, Сиань; Лю, Сюэдуань; Ли, Лянчжи; Вэй, Гуаньюнь; Чжан, Данли; Лян, Или; Мяо, Бо (2019). «Филогения, дивергентная эволюция и видообразование популяций сероокисляющих ацидитиобацилл» . БМК Геномика . 20 (1): 438. doi : 10.1186/s12864-019-5827-6 . ISSN 1471-2164 . ПМК 6543593 . ПМИД 31146680 .
- ^ Вальдес, Хорхе; Педросо, Инти; Катрини, Ракель; Додсон, Роберт Дж.; Теттелин, Эрве; Блейк, Роберт; Эйзен, Джонатан А.; Холмс, Дэвид С. (2008). «Метаболизм Acidithiobacillus Ferrooxydans: от последовательности генома до промышленного применения» . БМК Геномика . 9 (1): 597. дои : 10.1186/1471-2164-9-597 . ISSN 1471-2164 . ПМК 2621215 . ПМИД 19077236 .