Сульфобус
| Сульфобус | |
|---|---|
 | |
| Электронная микрофотография Sulfolobus, зараженного Sulfolobus вирусом STSV1 . Бар = 1 мкм. | |
Научная классификация  | |
| Домен: | Архея |
| Королевство: | Протеоархеота |
| Супертип: | ТАК группа |
| Тип: | Термопротеота |
| Сорт: | Термопротеи |
| Заказ: | Сульфолобальные |
| Семья: | Сульфолобовые |
| Род: | Сульфобус Брок, Брок, Белли и Вайс, 1972 г. |
| Типовой вид | |
| Sulfolobus acidocaldarius Брок и др. 1972 год | |
| Разновидность | |
| |
Sulfolobus — род микроорганизмов ) семейства Sulfolobaceae . Он принадлежит к домену архей . [2]
Виды Sulfolobus растут в вулканических источниках, причем оптимальный рост происходит при pH 2–3 и температуре 75–80 ° C, что делает их ацидофилами и термофилами соответственно. Клетки сульфолобуса имеют неправильную форму, жгутиковые .
Виды Sulfolobus обычно называют в честь места, из которого они были впервые изолированы, например, Sulfolobus solfataricus был впервые выделен в вулкане Сольфатара . Другие виды можно найти по всему миру в районах вулканической или геотермальной активности, например, в геологических образованиях, называемых грязевыми котлами , которые также известны как сольфатаре (множественное число от сольфатара).
Сульфобус как модель для изучения молекулярных механизмов репликации ДНК
[ редактировать ]Когда в 1996 году был полностью секвенирован первый геном архей, Methanococcus jannaschii , было обнаружено, что гены в геноме Methanococcus jannaschii, участвующие в репликации, транскрипции и трансляции ДНК, были больше связаны со своими аналогами у эукариот, чем с генами других видов архей. прокариоты. В 2001 году была опубликована первая последовательность генома Sulfolobus , Sulfolobus solfataricus P2. В геноме P2 гены, связанные с репликацией хромосом, также оказались более родственными генам эукариот. Эти гены включают ДНК-полимеразу, примазу (включая две субъединицы), MCM, CDC6/ORC1, RPA, RPC и PCNA . В 2004 году были идентифицированы источники репликации ДНК Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius . Это показало, что оба вида содержат два источника происхождения в своем геноме. Это был первый случай, когда в прокариотической клетке использовалось более одного источника репликации ДНК. Механизм репликации ДНК у архей эволюционно консервативен и аналогичен механизму репликации эукариот. Сульфолобус теперь используется в качестве модели для изучения молекулярных механизмов репликации ДНК у архей. А поскольку система репликации ДНК у архей намного проще, чем у эукариот, было высказано предположение, что архей можно использовать в качестве модели для изучения гораздо более сложной репликации ДНК у эукариот.
Роль в биотехнологии
[ редактировать ]Белки сульфобусы представляют интерес для биотехнологии и промышленного использования благодаря своей термостабильной природе. Одним из применений является создание искусственных производных белков S. acidocaldarius , называемых аффининами . Однако внутриклеточные белки не обязательно стабильны при низком pH, поскольку виды Sulfolobus поддерживают значительный градиент pH на внешней мембране. Sulfolobales метаболически зависят от серы: и / или клеточного дыхания , гетеротрофны или автотрофны, их энергия поступает от окисления серы при котором сера выступает конечным акцептором электронов. Например, , что S. tokodaii известно окисляет сероводород до сульфата внутриклеточно.
Филогения
[ редактировать ]Принятая в настоящее время таксономия основана на Списке названий прокариот, имеющих номенклатуру (LPSN). [3] и Национальный центр биотехнологической информации (NCBI) [4]
| на основе 16S рРНК ДП _06_2022 [5] [6] [7] | 53 маркерных белка на основе GTDB 08-RS214 [8] [9] [10] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Статус генома
[ редактировать ]Полные геномы DSM 639 секвенированы S. acidocaldarius (2 225 959 нуклеотидов ). [11] S. solfataricus P2 (2 992 245 нуклеотидов), [12] и ул. С. Токодайи . 7 (2694756 нуклеотидов). [13]
Структура генома
[ редактировать ]Архей Sulfolobus solfataricus имеет кольцевую хромосому, состоящую из 2 992 245 пар оснований. Другой секвенированный вид, S. tokodaii, также имеет кольцевую хромосому, но ее размер немного меньше - 2 694 756 пар оснований. У обоих видов отсутствуют гены ftsZ и minD, характерные для секвенированных Crenarchaeota. Они также кодируют цитратсинтазу и две субъединицы 2-оксокислоты:ферредоксиноксидоредуктазы, которая играет ту же роль, что и альфа-кетоглутаратдегидрогеназа в цикле ТСА (трикарбоновая кислота/Кребс/лимонная кислота). Это указывает на то, что Sulfolobus имеет систему цикла TCA, аналогичную той, которая обнаружена в митохондриях эукариот. Другие гены дыхательной цепи, участвующие в производстве АТФ, не были похожи на те, что обнаружены у эукариот. Цитохром с — один из таких примеров, который играет важную роль в переносе электронов на кислород у эукариот. Это также было обнаружено у A. pernix K1. Поскольку этот этап важен для аэробных микроорганизмов, таких как Sulfolobus , он, вероятно, использует другую молекулу для той же функции или имеет другой путь.
Структура клетки и метаболизм
[ редактировать ]Сульфолобус может расти либо литоавтотрофно, окисляя серу, либо хемогетеротрофно, используя серу для окисления простых восстановленных соединений углерода. Однако гетеротрофный рост наблюдался только в присутствии кислорода. Основными метаболическими путями являются гликолитический путь, пентозофосфатный путь и цикл ТЦА.
Все археи содержат липиды с эфирными связями между головной группой и боковыми цепями, что делает липиды более устойчивыми к нагреванию и кислотности, чем бактериальные и эукариотические липиды, связанные с эфирными связями. Sulfolobales известны необычными тетраэфирными липидами. У Sulfolobales липиды, связанные с эфирной связью, ковалентно соединяются поперек «бислоя», образуя тетраэфиры. Таким образом, технически тетраэфиры образуют монослой, а не бислой. Тетраэфиры помогают видам Sulfolobus пережить как экстремальную кислоту, так и высокую температуру.
Экология
[ редактировать ]S. solfataricus был обнаружен в различных областях, включая Йеллоустонский национальный парк , гору Сент-Хеленс , Исландию , Италию и Россию , и это лишь некоторые из них. Сульфолобус расположен практически везде, где есть вулканическая активность . Они процветают в средах с температурой около 80 °C, pH около 3 и присутствием серы. Другой вид, S. tokodaii , был обнаружен в кислом курорте в горячих источниках Беппу , Кюсю , Япония . В отложениях на глубине примерно 90 м ниже морского дна на перуанской континентальной окраине преобладают интактные архейные тетраэфиры, а значительная часть сообщества представляет собой осадочные археи, таксономически связанные с кренархей Sulfolobales (Sturt, et al. , 2004).
Реакция на повреждение ДНК
[ редактировать ]Воздействие на Sulfolobus solfataricus или Sulfolobus acidocaldarius агентов, повреждающих ДНК, УФ-облучение, блеомицин или митомицин С вызывает агрегацию клеток. [14] [15] Другие физические стрессоры, такие как изменение pH или температуры, не вызывали агрегацию, что позволяет предположить, что индукция агрегации вызвана именно повреждением ДНК. [15] Аджон и др. [14] показали, что УФ-индуцированная клеточная агрегация с высокой частотой опосредует обмен хромосомных маркеров у S. acidocaldarius . Скорость рекомбинации превышала таковую в неиндуцированных культурах почти на три порядка. Вуд и др. [16] также показали, что УФ-облучение увеличивает частоту рекомбинации из-за генетического обмена у S. acidocaldarius . Фролс и др. [15] [17] и Аджон и др. [14] выдвинули гипотезу, что процесс переноса ДНК, индуцируемый УФ-излучением, и последующая гомологичная рекомбинационная репарация представляют собой важный механизм поддержания целостности хромосом у S. acidocaldarius и S. solfataricus . Этот ответ может быть примитивной формой полового взаимодействия, похожей на более хорошо изученную бактериальную трансформацию, которая также связана с переносом ДНК между клетками, ведущим к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК. [18] [19]
Оперон ups
[ редактировать ]Оперон ups облучением видов Sulfolobus сильно индуцируется УФ- . Пили , кодируемые этим опероном, участвуют в стимулировании агрегации клеток, которая необходима для последующего обмена ДНК между клетками, что приводит к гомологичной рекомбинации . Исследование оперона Sulfolobales acidocaldarius ups показало, что один из генов оперона, saci-1497 , кодирует эндонуклеазу III, которая разрушает поврежденную УФ-излучением ДНК; а другой ген оперона, saci-1500 , кодирует RecQ-подобную хеликазу , которая способна раскручивать гомологичные промежуточные продукты рекомбинации, такие как соединения Холлидея . [20] Было высказано предположение, что Saci-1497 и Saci-1500 действуют в рамках механизма репарации ДНК, основанного на гомологичной рекомбинации, который использует перенесенную ДНК в качестве матрицы. [20] Таким образом, считается, что система ups в сочетании с гомологичной рекомбинацией обеспечивает реакцию на повреждение ДНК, которая спасает Sulfolobales от угроз повреждения ДНК. [20]
Сульфобус как вирусный хозяин
[ редактировать ]Лизогенные вирусы заражают Sulfolobus для защиты. Вирусы не могут выжить в чрезвычайно кислых и жарких условиях, в которых обитает Сульфолобус , поэтому вирусы используют Сульфолобус в качестве защиты от суровых элементов. Эти отношения позволяют вирусу размножаться внутри архей, не разрушаясь окружающей средой. Вирусы Sulfolobus являются умеренными или постоянными лизогенами. Постоянные лизогены отличаются от лизогенных бактериофагов тем, что клетки-хозяева не лизируются после индукции продукции Fuselloviridae и в конечном итоге возвращаются в лизогенное состояние. Они также уникальны в том смысле, что гены, кодирующие структурные белки вируса, постоянно транскрибируются и, по-видимому, индуцируются репликация ДНК. Вирусам, заражающим архей, таких как Sulfolobus, приходится использовать стратегию, позволяющую избежать длительного прямого воздействия среды, в которой живет их хозяин, что может объяснить некоторые из их уникальных свойств.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дай, Х; Ван, Х; Чжан, З; Ли, К; Чжан, X; Мора-Лопес, М; Цзян, К; Лю, С; Ван, Л; Чжу, Ю; Эрнандес-Асенсио, Ж; Донг, З; Хуанг, Л. (2016). «Секвенирование генома Sulfolobus sp. A20 из Коста-Рики и сравнительный анализ предполагаемых путей метаболизма углерода, азота и серы в различных Sulfolobus штаммах » . Границы микробиологии . 7 : 1902. doi : 10.3389/fmicb.2016.01902 . ПМК 5127849 . ПМИД 27965637 .
- ^ См. веб-страницу NCBI о Sulfolobus . Данные, извлеченные из «Ресурсы таксономии NCBI» . Национальный центр биотехнологической информации . Проверено 19 марта 2007 г.
- ^ Ж. П. Эзеби. «Сульфобус» . Список названий прокариот, имеющих номенклатуру (LPSN) . Проверено 15 мая 2021 г.
- ^ Сэйерс; и др. «Сульфобус» . База данных таксономии Национального центра биотехнологической информации (NCBI) . Проверено 15 мая 2021 г.
- ^ «ЛТП» . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ «Дерево LTP_all в формате Ньюика» . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ «Примечания к выпуску LTP_06_2022» (PDF) . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ «Выпуск GTDB 08-RS214» . База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ "ar53_r214.sp_label" . База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ «История таксонов» . База данных геномной таксономии . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ Чен, Л; Брюггер, К; Сковгаард, М; Реддер, П; Она, К; Тораринссон, Э; Греве, Б; Авайез, М; Зибат, А; Кленк, HP; Гаррет, РА (июль 2005 г.). «Геном Sulfolobus acidocaldarius, модельного организма Crenarchaeota» . Журнал бактериологии . 187 (14): 4992–9. дои : 10.1128/JB.187.14.4992-4999.2005 . ПМК 1169522 . ПМИД 15995215 .
- ^ Она, К; Сингх, РК; Конфалоньери, Ф; Живанович, Ю; Аллард, Дж; Авайез, MJ; Чан-Вейхер, CC; Клаузен, И.Г.; Кертис, бакалавр; Де Мурс, А; Эраузо, Дж; Флетчер, К; Гордон, премьер-министр; Хейкамп-де Йонг, я; Джеффрис, AC; Козера, CJ; Медина, Н.; Пэн, X; Ти-Нгок, HP; Реддер, П; Шенк, Мэн; Терио, К; Толструп, Н; Шарлебуа, РЛ; Дулиттл, ВФ; Дюге, М; Гастерланд, Т; Гарретт, РА; Рэган, Массачусетс; Сенсен, CW; Ван дер Ост, Дж (3 июля 2001 г.). «Полный геном кренархеона Sulfolobus solfataricus P2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (14): 7835–40. Бибкод : 2001PNAS...98.7835S . дои : 10.1073/pnas.141222098 . ПМК 35428 . ПМИД 11427726 .
- ^ Каварабаяси, Ю., Хорикава, Х., Такахаси, М.; Анкаи, А.; Хосояма, С.; Нисидзима, Р.; Такамия, М.; Ёсидзава, Т.; Ямазаки, Дж.; Огучи, А.; С.; Нишимура, М.; Осима, Т.; Кикучи, Х. (31 августа 2001 г.). аэробного термоацидофильного штамма Sulfolobus tokodaii» . ДНК « исследование Полное 123–40 дои : 10.1093/dnares/ . PMID 11572479 8.4.123
- ^ Jump up to: а б с Аджон М; Фрёльс С; ван Вольферен М; 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 .
- ^ Jump up to: а б с Фрёльс С; Аджон М; Вагнер 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 .
- ^ Деревянная скорая помощь; Гане Ф; Гроган Д.В. (сентябрь 1997 г.). «Генетические реакции термофильных архей Sulfolobus acidocaldarius на коротковолновый УФ-свет» . Дж. Бактериол . 179 (18): 5693–8. дои : 10.1128/jb.179.18.5693-5698.1997 . ЧВК 179455 . ПМИД 9294423 .
- ^ 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 .
- ^ Гросс Дж; Бхаттачарья Д. (2010). «Объединение происхождения пола и эукариот в развивающемся кислородном мире» . Биол. Прямой . 5:53 . дои : 10.1186/1745-6150-5-53 . ПМЦ 2933680 . ПМИД 20731852 .
- ^ Бернштейн, Х; Бернштейн, К. (2010). «Эволюционное происхождение рекомбинации во время мейоза». Бионаука . 60 (7): 498–505. дои : 10.1525/bio.2010.60.7.5 . S2CID 86663600 .
- ^ Jump up to: а б с ван Вулферен М., Ма Х, Альберс С.В. (2015). «Белки, обрабатывающие ДНК, участвующие в стрессовой реакции сульфолобалов, вызванной УФ-излучением» . Дж. Бактериол . 197 (18): 2941–51. дои : 10.1128/JB.00344-15 . ПМЦ 4542170 . ПМИД 26148716 .
- Мэдиган М; Мартинко Дж., ред. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-144329-7 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]Научные журналы
[ редактировать ]- Судебная комиссия Международного комитета по систематике прокариот (2005 г.). «Номенклатурными типами порядков Acholeplasmatales, Halanaerobiales, Halobacteriales, Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomirobiales, Planctomycetales, Prochromales, Sulfolobales, Thermococcales, Thermoproteales и Verrucomicrobiales являются роды Acholeplasma, Halanaerobium, Halobacterium, Methanobacterium, Methanococcus Metha, nomicrobium, Planctomyces, Прохлорон, Сульфобус , Thermococcus, Thermoproteus и Verrucomicrobium соответственно. Мнение 79" . Межд. Дж. Сист. Эвол. Микробиол . 55 (Часть 1): 517–518. дои : 10.1099/ijs.0.63548-0 . ПМИД 15653928 .
- Брок ТД ; Брок К.М.; Живот RT; Вайс Р.Л. (1972). «Сульфолобус: новый род сероокисляющих бактерий, живущих при низком pH и высокой температуре». Арх. Микробиол . 84 (1): 54–68. дои : 10.1007/BF00408082 . ПМИД 4559703 . S2CID 9204044 .
Научные книги
[ редактировать ]- Стеттер, нокаут (1989). «Отряд III. Sulfolobales ord. nov. Семейство Sulfolobaceae fam. nov.». В Джей Ти Стейли; член парламента Брайант; Н. Пфенниг; Дж. Г. Холт (ред.). Руководство Берджи по систематической бактериологии . Том. 3 (1-е изд.). Балтимор: The Williams & Wilkins Co. p. 169.