Geothrix fermentans
| Geothrix fermentans | |
|---|---|
| Vetenskaplig klassificering | |
| Domän: | Bakterie |
| Provins: | Acidobacteriota |
| Klass: | Holophagae |
| Beställa: | Holophagales |
| Familj: | Holophagaceae |
| Släkte: |
Geothrix Coates et al. 1999 |
| Arter: |
G. fermentans
|
| Binomialt namn | |
|
Geothrix fermentans Coates et al. 1999
|
|
Geothrix fermentans är en stavformad, anaerob bakterie. Den är cirka 0,1 µm i diameter och sträcker sig från 2-3 µm i längd. Cellarrangemang sker enskilt och i kedjor. Geothrix fermentans kan normalt hittas i akvatiska sediment såsom i akviferer. Som en anaerob kemoorganotrof är denna organism mest känd för sin förmåga att använda elektronacceptorer Fe(III), såväl som andra högpotentialmetaller. Den använder också ett brett utbud av substrat som elektrondonatorer. Forskning om metallreduktion av G. fermentans har bidragit till att förstå mer om metallers geokemiska kretslopp i miljön.
Taxonomiens historia
Geothrix fermentans isolerades från metallförorenat vatten i en akvifer 1999 av John D. Coates från Southern Illinois University och av andra från University of Massachusetts . Den nya stammen hette ursprungligen "Strain H-5 T ". Efter att ha klassificerat metabolism och bekräftat närvaron och antalet cytokromer av c-typ, Coates et al. föreslog att den nya organismen tillhör den nyligen erkända (1991) Halophoga - Acidobacterium phylum. Coates et al. föreslog också ett nytt namn för organismen: " Geothrix " - grekiska för hårliknande cell som kommer från jorden och " fermentans " - latin för "jäsning".
Fylogeni
Tillvägagångssätt baserade på 16s rRNA- gensekvensjämförelse har möjliggjort detaljerade analyser av anknytningen till många bakteriegrupper. Den fylogenetiska kopplingen till Geothrix fermentans såväl som andra jordbakterier som Acidobacterium capsulatum och Holophoga foetida hade inte fastställts vid tidpunkten för deras första isolering. Nyare analys 16s rRNA- sekvensdata visade måttlig likhet mellan dessa tre släkten vilket stöder sannolikheten att de kan ha differentierat sig från en gemensam förfader.
|
|||||||||||||
Biologi
Geothrix fermentans är en stavformad strikt anaerob som kan hittas i vattenjordar i Fe(III)-reduktionszonen. Som en strikt anaerob G. fermentans inte växa i närvaro av atmosfäriskt syre som kan finnas i den ekologiska nisch från vilken den isolerades. Geothrix fermentans bildar inga sporer och är icke-rörlig. Denna organism är en av få sötvatten, odlingsbara bakterier som uppvisar metallandning med Fe(III)-oxid. Optimal temperatur för tillväxt är 35 °C med ett intervall från 25 °C till 40 °C. Denna bakterie använder företrädesvis det organiska sura acetatet som en elektrondonator, men den kan använda flera andra organiska syror för tillväxt som propionat och laktat. Förutom organiska syror G. fermentans använda fettsyror som palmitat med Fe(III) som den enda elektronacceptorn. G. fermentans kan också odla med andra former av järn och metaller som mangan, men det visar preferens för järn eller järnderivat. Användningen av alternativa elektronacceptorer av denna organism beror på den närvarande elektrondonatorn. Till exempel kommer den att använda nitrat (NO 3 ) och Mn(IV) som alternativa elektronacceptorer när laktat används som elektrondonator.
G. fermentans , även om den delar liknande reduktionsprocesser som den andra DIRB, uppvisar metaboliska egenskaper som skiljer den från andra järnreducerande medel. I andningsprocessen kan denna organism fullständigt oxidera de tidigare nämnda organiska syrorna till CO 2 med Fe(III), medan andra järnreducerande arter av familjerna Shewanella eller Ferrimonas , till exempel, oxiderar samma organiska syror ofullständigt till acetat. Också i motsats till de flesta andra DIRB G. fermentans inte använda elementärt svavel som en elektronacceptor, en egenskap som den delar med DIRB från släktet Geobacter .
Geothrix fermentans kan också använda jäsning , som namnet antyder, för att oxidera substrat för energiproduktion. Denna organism uppvisade en förmåga att växa fermentativt på organiska syror såsom fumarat och citrat, vilket ger acetat och succinat som fermenteringsprodukter.
Metal andning
Metallandning är en allmän term inom mikrobiologi som beskriver förmågan hos vissa bakterier att använda molekyler som innehåller metaller som järn, mangan eller andra som elektronacceptorer i elektrontransportkedjan för att producera adenosintrifosfat (ATP). Bakterien G. fermentans utför en viss typ av metallandning som kallas dissimilatorisk Fe(III)-oxid (järnoxid)-reduktion. Denna organism såväl som arter från familjerna Shewanella och Geobacteraceae , som inkluderar släkten såsom Geovibrio och Desulfuromonas , benämns vanligen inom mikrobiologin som "dissimilatory Iron Reducing Bacteria" eller "DIRB". Även om dessa familjer och G. fermentans är fylogenetiskt separata och distinkta, kan de ofta grupperas tillsammans baserat på denna gemensamma mekanism för Fe(III)-reduktion.
För att integrera Fe(III) i deras andning måste vissa DIRB kunna solubilisera Fe(III)-oxid, en molekyl som i stort sett är olöslig i allt annat än mineralsyror. Det finns två föreslagna mekanismer genom vilka detta kan åstadkommas av de bakterier som behöver olöslig Fe(III)-oxid. Den första mekanismen är upplösning genom direkt kontakt med bakteriecellen som används i de flesta former av bakteriell metabolism. Den andra mekanismen involverar användningen av föreningar (elektron-shuttling föreningar) som utsöndras från bakteriecellen som i sin tur transporterar elektroner från cellen till Fe(III)-oxidmolekylen som får den att lösas upp. Att använda elektrontransporterande föreningar är inte ovanligt i den mikrobiella världen, men G. fermentans är den första DIRB där föreningarna som solubiliserar Fe(III)-oxid var endogena och inte härledda från miljön. Även om denna organism är det första exemplet på sådan icke-kontakt metabolism av Fe(III)-oxid av järnreducerande bakterier, är det osannolikt, i väntan på ytterligare forskning, att det är det enda exemplet när man tar det stora antalet okända bakterier som fortfarande finns kvar. upptäckt.
Elproduktion
Små mängder elektricitet produceras av G. fermentans under andning via flödet av elektroner som underlättas av endogena elektrontransporterande föreningar. Elektricitet kan genereras i "mikrobiella bränsleceller" som utnyttjar detta flöde av elektroner från bakteriecellen till en anod. Fördelen G. fermentans har genom att kunna reducera Fe(III) på avstånd i en naturlig miljö översätts inte till en fördel i mikrobiella bränsleceller. När elektronerna väl har överförts från skyttelmassan till anoden är föreningen fri att diffundera tillbaka till cellen, men stora avstånd kan göra att föreningen går förlorad till miljön. Möjligheten för föreningsförlust i kombination med den stora mängd energi som behövs för att producera dessa föreningar ger inte ett effektivt elutbyte jämfört med de DIRB som kräver direkt kontakt med elektronacceptorn. Bakterierna som Geobacter sulfurreducens som är i direkt kontakt med elektroder visade högre total effekt i flera studier, men G. fermentans har en mekanism som har potential att täcka förlorad mark. Genom att utsöndra mängder av den oidentifierade elektronskytteln runt cellen, ökar ackumulering av föreningen över tid i miljön elektronöverföringen och hjälper till att förhindra förenings- och elektronförlust.