Alcanivorax borkumensis
| Alcanivorax borkumensis | |
|---|---|
| Vetenskaplig klassificering | |
| Domän: | Bakterie |
| Provins: | Pseudomonadota |
| Klass: | Gammaproteobakterier |
| Beställa: | Oceanospirillales |
| Familj: | Alcanivoracaceae |
| Släkte: | Alcanivorax |
| Arter: |
A. borkumensis
|
| Binomialt namn | |
|
Alcanivorax borkumensis Yakimov et al. 1998
|
|
| Typ stam | |
| ATCC 700651
|
|
Alcanivorax borkumensis är en alkannedbrytande marin bakterie som naturligt förökar sig och blir dominerande i råoljehaltigt havsvatten när kväve- och fosfornäringsämnen tillförs .
Beskrivning
A. borkumensis är en stavformad bakterie utan flageller som får sin energi främst från att konsumera alkaner (en typ av kolväte ). Det är aerobt , vilket betyder att det använder syre för att få energi, och det är halofilt , vilket betyder att det tenderar att leva i miljöer som innehåller salt, såsom salt havsvatten. Det är också gramnegativt , vilket i huvudsak betyder att det har en relativt tunn cellvägg. Den är också icke-rörlig; dock är andra organismer som verkar vara i samma genus rörliga genom flageller .
Upptäckt
Mikroorganismen upptäcktes nära ön Borkum (därav epitetet borkumensis ) av Helmholtz Center for Infection Research och Technical University of Braunschweig och 2006 identifierade de och University of Bielefeld bassekvensen för bakteriens genom .
Genom
Genomet av A. borkumensis är en enda cirkulär kromosom som innehåller 3 120 143 baspar. Den är mycket anpassad för nedbrytande petroleumolja . Till exempel, en viss sekvens på genomet kodar för nedbrytningen av ett visst spektrum av alkaner. A. borkumensis -genomet har många sekvenser som var och en kodar för en annan typ av alkan, vilket gör att den är mycket anpassningsbar och mångsidig. Dess genom innehåller också instruktioner för bildandet av biotensider som hjälper till i nedbrytningsprocessen. För att hantera externa hot A. borkumensis -genomet också för flera försvarsmekanismer. Att klara höga koncentrationer av natriumjoner (dvs. i havsvatten) och att skydda mot UV-strålning som upplevs på jordens yta är båda viktiga för A. borkumensis -bakterien, och dess genom innehåller sätt att lösa båda dessa problem.
Ekologi
A. borkumensis finns naturligt i havsvattenmiljöer. Det är vanligare i oceaniska områden som innehåller petroleumolja (oavsett om det kommer från spill, naturliga fält eller andra källor), även om det kan hittas i små mängder i oförorenat vatten. Det har hittats över hela världen på olika platser både i kustmiljöer och oceaniska miljöer. Det kan också blomstra i områden med kraftigt tidvatten och andra havsrelaterade strömmar/flöden. Det finns bara på eller nära vattenytan. A. borkumensis kan leva i salthalter från 1,0-12,5 % och i temperaturer från 4-35 °C. Förekomsten av A. borkumensis i oljepåverkade miljöer beror på att bakterierna använder föreningarna i olja som en energikälla, så att populationer av A. borkumensis naturligt blomstrar vid oljeutsläpp eller andra liknande platser. A. borkumensis konkurrerar ut andra arter av släktet Alcanivorax , troligen på grund av dess mycket flexibla DNA och metabolism . A. borkumensis konkurrerar också ut andra alkannedbrytande organismer som Acinetobacter venetianus . Efter en viss tidsperiod skulle en oljig och salthaltig miljö som innehåller A. borkumensis och Acinetobacter venetianus så småningom bli dominerad av A. borkumensis eftersom A. borkumensis kan konsumera en större mängd alkaner än andra kända arter.
Ämnesomsättning
A. borkumensis använder i första hand alkaner som sin energi-/kolkälla, men den kan använda några andra organiska föreningar . Till skillnad från de flesta andra celler kan den inte konsumera vanligare ämnen som socker eller aminosyror som energikälla. Detta beror på bristen på gener som kodar för aktiva eller passiva kolhydrattransportörer, därav oförmågan att konsumera monomera sockerarter.
I en A. borkumensis har ett antal olika enzymer till uppgift att oxidera alkanmolekyler . Den aeroba metabolismen av alkaner utförs genom den terminala alkanoxidationsvägen, där monooxygenaser initierar oxidationen av terminala kol. Denna sekventiella väg producerar först alkoholer, sedan alkohol- och aldehyddehydrogenaser, och slutligen aldehyder respektive fettsyror.
Efter ett oljeutsläpp kan enorma obalanser i förhållandet kol/kväve och kol/fosfor observeras. För detta A. borkumensis en myriad av transportproteiner som tillåter snabbt upptag av viktiga näringsämnen som är begränsande i miljön. För att öka tillväxthastigheten för en population av A. borkumensis- bakterier kan fosfor och kvävehaltiga föreningar tillsättas miljön. Dessa ämnen fungerar som gödningsmedel för bakterierna och hjälper dem att växa i ökad takt.
A. borkumensis och biotensider
När A. borkumensis- bakterier använder alkaner eller pyruvat som sin energikälla, bildar varje cell en biosurfaktant . En biosurfaktant är ett extra lager av material som bildas längs cellmembranet. Ämnen som utgör biosurfaktanten av A. borkumensis kan minska ytspänningen hos vatten, vilket hjälper till med nedbrytningen av olja. De är också emulgeringsmedel , som ytterligare tjänar till att skapa olja/vatten-emulsionen, vilket gör oljan mer löslig. A. borkumensis bildar en biofilm runt en oljedroppe i havsvatten och fortsätter att använda biotensider och metabolism för att bryta ned oljan till ett vattenlösligt ämne.
Biotekniska tillämpningar
Roll i oljans biologiska nedbrytning
Petroleumolja är giftig för de flesta livsformer och förorening av miljön med olja orsakar stora ekologiska problem. En betydande mängd petroleumolja som kommer ut i havet elimineras av mikrobiella samhällens biologiska nedbrytningsaktiviteter . Som en nyligen upptäckt kolvätestoft kan A. borkumensis bryta ned olja i havsvattenmiljöer. Hydrocarbonoclastic har roten "klastisk" vilket betyder att den kan dela upp något i delar (i detta fall kolväten ). Råolja, eller petroleum, består till övervägande del av kolväten, en produkt som består av en lång kedja av kolatomer bundna till väteatomer. Medan de flesta organismer använder socker eller aminosyror för sin kol-/energikälla, A. borkumensis alkaner, en typ av kolväte, i sin metaboliska process. Denna diet tillåter A. borkumensis att blomstra i marina miljöer som har påverkats av oljeutsläpp . Genom sin ämnesomsättning A. borkumensis bryta ner olja till ofarliga föreningar. Denna förmåga gör just denna art till en viktig potentiell källa för biosanering av oljeförorenade marina miljöer .
Potentiell som anti-oljespill
Oljespill kan inträffa under transport av olja eller under utvinning . Sådana utsläpp kan dumpa betydande mängder olja i havet och förorena miljön, vilket påverkar ekosystem nära och fjärran.
Normalt krävs det många år för ett ekosystem att återhämta sig helt (om alls) från ett oljeutsläpp, så forskare har undersökt sätt att påskynda saneringen av områden som drabbats av ett oljeutsläpp. De flesta ansträngningar hittills använder direkt mänsklig inblandning/arbete för att fysiskt ta bort oljan från miljön. A. borkumensis presenterar dock ett möjligt alternativ. Eftersom A. borkumensis naturligt bryter ner oljemolekyler till ett icke-förorenande tillstånd, skulle det hjälpa ekosystemen att snabbt återhämta sig från en oljeutsläppskatastrof. Organismerna växer också naturligt i oljeförorenat havsvatten och är således en inhemsk art. Om den process som A. borkumensis använder för att bryta ner olja skulle kunna påskyndas eller göras mer effektiv, skulle detta hjälpa till att återhämta ekosystemen. Några exempel inkluderar att uppmuntra tillväxten av A. borkumensis (genom fosfor- och kvävegödsling) så att fler av dem bryter ner olja, eller att uppmuntra metabolismen av A. borkumensis så att de metaboliseras snabbare och mer.
Potential i produktion av biopolymerer
Genom att störa en acyl-koenzym A (CoA) tioesterasgen, kunde Sabirova och kollegor mutera organismen för att hyperproducera polyhydroxialkanoater (PHA). De kunde sedan relativt enkelt återvinna de stora mängderna PHA som frisattes av mutant Alcanivorax från odlingsmedierna. Tidigare behövde kostsamma och miljöfarliga lösningsmedel användas för att återvinna PHA från intracellulära granulat. Detta möjliggör produktion av miljövänliga polymerer i fabriker som använde mutant Alcanivorax .