Архейные ацидофильные наноорганизмы шахты Ричмонд

АРМАН (некультивируемые ацидофильные линии)
Научная классификация
Домен:	Архея
Тип:	Микрахеота Парвархеота

Архейные ацидофильные наноорганизмы из шахты Ричмонд (АРМАН) были впервые обнаружены в чрезвычайно кислой шахте, расположенной в северной Калифорнии ( Ричмондская шахта в Айрон-Маунтин ) Бреттом Бейкером в лаборатории Джилл Бэнфилд в Калифорнийском университете в Беркли . Эти новые группы архей, названные ARMAN-1, ARMAN-2 ( Candidatus Micrarchaeum acidiphilum ARMAN-2) и ARMAN-3, были пропущены предыдущими исследованиями горнодобывающего сообщества на основе ПЦР, поскольку ARMAN имеют несколько несоответствий с обычно используемыми ПЦР праймерами для . Гены 16S рРНК . Бейкер и др. ^[1] обнаружили их в более позднем исследовании с использованием дробового секвенирования сообщества. Первоначально считалось, что эти три группы представляют собой три уникальные линии, глубоко разветвленные внутри Euryarchaeota , подгруппы Archaea . Однако на основе более полного геномного дерева архей их отнесли к новому супертипу под названием DPANN . ^[2] Группы ARMAN теперь включают глубоко расходящиеся типы, называемые Micrarchaeota и Parvarchaeota . ^[3] Их гены 16S рРНК различаются между тремя группами на целых 17%. До их открытия все археи , связанные с Железной горой, принадлежали к отряду Thermoplasmatales (например, Ferroplasma acidarmanus ).

Распределение

Исследование различных участков шахты с использованием флуоресцентных зондов, специфичных для групп ARMAN, показало, что они всегда присутствуют в сообществах, связанных с кислым дренажем шахт (AMD), в Айрон-Маунтин в северной Калифорнии, где pH < 1,5. Обычно они встречаются в сообществе в небольшой численности (5–25%). Недавно близкородственные организмы были обнаружены в кислой бореальной топи в Финляндии. ^[4] еще один участок дренажа кислотных шахт в экстремальных условиях Рио-Тинто , юго-запад Испании, ^[5] и в слабощелочном глубоком подземном горячем источнике в Юнохаме, Япония. ^[6]

Клеточная структура и экология

Использование криоэлектронной томографии , трехмерной характеристики некультивируемых клеток ARMAN в шахтных биопленках. ^[7] показали, что они соответствуют предсказанному размеру клеток ^{[ нужна ссылка ]} быть нижним пределом жизни, 0,009 мкм ³ и 0,04 мкм ³. Несмотря на необычно малый размер клеток, в биопленках обычно можно обнаружить более одного типа вируса, прикрепленного к клеткам. Кроме того, клетки содержат в среднем ≈92 рибосомы на клетку, тогда как средняя клетка E. coli, выращенная в культуре, содержит ≈10 000 рибосом. Это говорит о том, что для клеток ARMAN в данной клетке присутствует гораздо более ограниченное количество метаболитов. Это поднимает вопросы о том, каковы минимальные требования к живой клетке.

3D-реконструкция клеток ARMAN в окружающей среде показала, что небольшое количество из них прикрепляется к другим археям отряда Thermoplasmatales (Baker et al. 2010) . ^[8]). Клетки Thermoplasmatales, по-видимому, проникают через клеточную стенку в цитоплазму клеток ARMAN. ^[9] Природа этого взаимодействия не определена. Это может быть своего рода паразитическое или симбиотическое взаимодействие. Вполне возможно, что АРМАН получает какой-то метаболит, который не способен производить самостоятельно.

Геномика и протеомика

Геномы трех групп ARMAN были секвенированы в Объединенном институте генома Министерства энергетики США в рамках общественной программы секвенирования 2006 года. ^[10] Эти три генома были успешно объединены на основе геномных данных сообщества с использованием ESOM или с помощью Emergent Self-Organizing Map . кластеризации сигнатур тетрануклеотидной ДНК ^[11]

Первый вариант Candidatus Micrarchaeum acidiphilum ARMAN-2 составляет ≈1 Мб. ^[8] ARMAN-2 недавно был закрыт с использованием секвенирования 454 и Solexa других биопленок, чтобы закрыть пробелы, и готовится к отправке в NCBI. Геномы ARMAN-4 и ARMAN-5 (также примерно 1 Мб) имеют необычно малую среднюю длину генов, аналогичную той, которая наблюдается у эндосимбиотических и паразитических бактерий. Это может быть признаком их межвидового взаимодействия с другими архей в природе. ^[8] Более того, разветвление этих групп вблизи разделения Euryarchaea / Crenarchaea отражается в том, что они имеют многие генетические аспекты как Crenarchaea, так и Euryarchaea. В частности, у них есть много генов, которые ранее были идентифицированы только у Crenarchaea. Трудно объяснить многие из широко известных метаболических путей ARMAN из-за необычно большого количества уникальных генов, идентифицированных в их геномах.

В группах 1 и 2 ARMAN обнаружен новый тип эндонуклеазы сплайсинга тРНК, участвующей в процессинге тРНК. ^[12] Фермент состоит из двух дублированных каталитических единиц и одной структурной единицы, кодируемой одним геном, что представляет собой новую трехзвенную архитектуру.

Ссылки

^ Бейкер, Бретт Дж.; и др. (2006). «Происхождение ацидофильных архей, выявленное с помощью общественного геномного анализа». Наука . 314 (5807): 1933–1935. Бибкод : 2006Sci...314.1933B . дои : 10.1126/science.1132690 . ПМИД 17185602 . S2CID 26033384 .
^ Ринке, С; Швентек, П; Щирба, А; Иванова, Н.Н.; Андерсон, Ай-Джей; Ченг, Дж. Ф.; Дарлинг, А; Малфатти, С; Лебедь, БК; Гис, Э.А.; Додсворт, Дж.А.; Хедлунд, BP; Циамис, Г; Зиверт, С.М.; Лю, WT; Эйзен, Дж. А.; Халлам, С.Дж.; Кирпидес, Северная Каролина; Степанаускас, Р; Рубин, ЕМ; Гугенгольц, П; Войк, Т. (2013). «Понимание филогении и кодирующего потенциала микробной темной материи» . Природа . 499 (7459): 431–437. Бибкод : 2013Natur.499..431R . дои : 10.1038/nature12352 . hdl : 1912/6194 . ПМИД 23851394 .
^ Кастель, CJ; Райтон, Коннектикут; Томас, Британская Колумбия; Хаг, Лос-Анджелес; Браун, Коннектикут; Уилкинс, MJ; Фришкорн, КР; Тринге, СГ; Сингх, А; Маркилли, LM; Тейлор, Р.С.; Уильямс, К.Х.; Банфилд, Дж. Ф. (2015). «Геномное расширение доменных архей подчеркивает роль организмов нового типа в анаэробном круговороте углерода» . Современная биология . 25 (6): 690–701. дои : 10.1016/j.cub.2015.01.014 . ПМИД 25702576 .
^ Юоттонен и др. Сезонность архейных сообществ, полученных из рДНК и рРНК, и метаногенный потенциал бореального болота , Журнал ISME, 24 июля 2008 г.
^ Амарал-Зеттлер и др. Структура микробного сообщества на древе жизни в экстремальных районах Рио-Тинто , журнал ISME, 2010 г.
^ Мураками и др. Метатранскриптомный анализ микробов в глубоких подземных горячих источниках на берегу океана выявил новые малые РНК и типоспецифическую деградацию тРНК , Appl Environ Microbiol 2011
^ Л.Р. Комолли; К. Х. Даунинг; Би Джей Бейкер; CE Зигерист; Дж. Ф. Банфилд (2009). «Трёхмерный анализ структуры и экологии нового сверхмаленького архея» . Журнал ИСМЕ . 3 (2): 159–167. дои : 10.1038/ismej.2008.99 . ПМИД 18946497 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Бейкер; и др. (2010). «Загадочные, сверхмаленькие, некультивируемые археи» . Учеб. Натл. акад. Наука . 107 (19): 8806–8811. Бибкод : 2010PNAS..107.8806B . дои : 10.1073/pnas.0914470107 . ПМЦ 2889320 . ПМИД 20421484 .
^ Сандерс, Роберт (3 мая 2010 г.). «Странные сверхмаленькие микробы появляются в кислых дренажных водах шахт» .
^ «Наши проекты» .
^ Дик и др. Анализ сигнатур последовательностей микробного генома в масштабах всего сообщества. Архивировано 15 июля 2014 г. в Wayback Machine Genome Biology 10: R85.
^ Фудзисима; и др. (2011). «Новая эндонуклеаза сплайсинга трехзвенной тРНК, обнаруженная у сверхмелких архей, обладает широкой субстратной специфичностью» . Нуклеиновые кислоты Рез . 39 (22): 9695–704. дои : 10.1093/nar/gkr692 . ПМК 3239211 . ПМИД 21880595 .

Внешние ссылки

[1] Бейкер, Бретт Дж.; и др. (2006). «Происхождение ацидофильных архей, выявленное с помощью общественного геномного анализа». Наука . 314 (5807): 1933–1935. Бибкод : 2006Sci...314.1933B . дои : 10.1126/science.1132690 . ПМИД 17185602 . S2CID 26033384 .

[2] Ринке, С; Швентек, П; Щирба, А; Иванова, Н.Н.; Андерсон, Ай-Джей; Ченг, Дж. Ф.; Дарлинг, А; Малфатти, С; Лебедь, БК; Гис, Э.А.; Додсворт, Дж.А.; Хедлунд, BP; Циамис, Г; Зиверт, С.М.; Лю, WT; Эйзен, Дж. А.; Халлам, С.Дж.; Кирпидес, Северная Каролина; Степанаускас, Р; Рубин, ЕМ; Гугенгольц, П; Войк, Т. (2013). «Понимание филогении и кодирующего потенциала микробной темной материи» . Природа . 499 (7459): 431–437. Бибкод : 2013Natur.499..431R . дои : 10.1038/nature12352 . hdl : 1912/6194 . ПМИД 23851394 .

[3] Кастель, CJ; Райтон, Коннектикут; Томас, Британская Колумбия; Хаг, Лос-Анджелес; Браун, Коннектикут; Уилкинс, MJ; Фришкорн, КР; Тринге, СГ; Сингх, А; Маркилли, LM; Тейлор, Р.С.; Уильямс, К.Х.; Банфилд, Дж. Ф. (2015). «Геномное расширение доменных архей подчеркивает роль организмов нового типа в анаэробном круговороте углерода» . Современная биология . 25 (6): 690–701. дои : 10.1016/j.cub.2015.01.014 . ПМИД 25702576 .

[4] Юоттонен и др. Сезонность архейных сообществ, полученных из рДНК и рРНК, и метаногенный потенциал бореального болота , Журнал ISME, 24 июля 2008 г.

[5] Амарал-Зеттлер и др. Структура микробного сообщества на древе жизни в экстремальных районах Рио-Тинто , журнал ISME, 2010 г.

[6] Мураками и др. Метатранскриптомный анализ микробов в глубоких подземных горячих источниках на берегу океана выявил новые малые РНК и типоспецифическую деградацию тРНК , Appl Environ Microbiol 2011

[Comolli-7] Л.Р. Комолли; К. Х. Даунинг; Би Джей Бейкер; CE Зигерист; Дж. Ф. Банфилд (2009). «Трёхмерный анализ структуры и экологии нового сверхмаленького архея» . Журнал ИСМЕ . 3 (2): 159–167. дои : 10.1038/ismej.2008.99 . ПМИД 18946497 .

[auto-8] Jump up to: ^а ^б ^с Бейкер; и др. (2010). «Загадочные, сверхмаленькие, некультивируемые археи» . Учеб. Натл. акад. Наука . 107 (19): 8806–8811. Бибкод : 2010PNAS..107.8806B . дои : 10.1073/pnas.0914470107 . ПМЦ 2889320 . ПМИД 20421484 .

[9] Сандерс, Роберт (3 мая 2010 г.). «Странные сверхмаленькие микробы появляются в кислых дренажных водах шахт» .

[10] «Наши проекты» .

[11] Дик и др. Анализ сигнатур последовательностей микробного генома в масштабах всего сообщества. Архивировано 15 июля 2014 г. в Wayback Machine Genome Biology 10: R85.

[12] Фудзисима; и др. (2011). «Новая эндонуклеаза сплайсинга трехзвенной тРНК, обнаруженная у сверхмелких архей, обладает широкой субстратной специфичностью» . Нуклеиновые кислоты Рез . 39 (22): 9695–704. дои : 10.1093/nar/gkr692 . ПМК 3239211 . ПМИД 21880595 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]