Halobacterium noricense

Halobacterium noricense
Vetenskaplig klassificering
Domän:
Archaea
Provins:
Euryarchaeota
Klass:
Halobakterier
Beställa:
Halobacteriales
Familj:
Halobacteriaceae
Släkte:
Halobacterium
Arter:
H. noricense

Fendrihan et al. 2006

Halobacterium noricense är en halofil , stavformad mikroorganism som trivs i miljöer med saltnivåer nära mättnad. Trots innebörden av namnet Halobacterium faktiskt ett släkte av archaea , inte bakterier . H. noricense kan isoleras från miljöer med hög salthalt som Döda havet och Great Salt Lake i Utah. Medlemmar av Halobacterium -släktet är utmärkta modellorganismer för DNA-replikation och transkription på grund av stabiliteten hos deras proteiner och polymeraser när de utsätts för höga temperaturer. För att klassificeras i släktet Halobacterium måste en mikroorganism uppvisa en membrankomposition bestående av eterbundna fosfoglycerider och glykolipider .

Vetenskaplig klassificering

Denna organism är en medlem av släktet Halobacterium och dess taxonomiska klassificering är enligt följande: Archaea , Euryarchaeota , Euryarchaeota , Halobacteria , Halobacteriales , Halobacteriaceae , Halobacterium , Halobacterium noricense. Det finns för närvarande 19 kända halofila arkeala släkten och 57 kända arter inom släktet Halobacterium .

Släktingar

Typisk morfologi för Halobacterium -arter

Tre rapporterade stammar Halobacterium salinarium NRC-1, Halobacterium sp. DL1 och Halobacterium salinarium R1 jämfördes med Halobacterium noricense stam CBA1132. De fylogenetiska träden baserade på Multi-Locus Sequence Typing (MLST) och Average Nucleotide Identity (ANI) indikerade att stammen CBA1132 och stam DL1 är nära besläktade medan stammarna NRC-1 och R1 är nära besläktade. Multi-Locus Sequence Typing är en teknik som använder genomisk information för att etablera evolutionära relationer mellan bakteriella taxa. Genomsnittlig nukleotididentitet är en genetisk metod som används för att jämföra likheten mellan nukleotider från två stammar baserat på de kodande regionerna i deras genom, vilket har gjort det möjligt för forskare att avvika från traditionella metoder för att klassificera prokaryoter baserat på fenotypiska likheter . Det avgörande kännetecknet mellan stammarna CBA1132 och DL1 är att de båda innehåller högt GC-innehåll i sina kromosomer, vilket ger stabilitet i en tuff miljö. Andra nära släktingar till H. noricense inom släktet Halobacterium inkluderar Halobacterium denitrificans , Halobacterium halobium och Halobacterium volcanii.

Morfologi

Halobacterium noricense är känt för att vara fritt levande, och det visas vanligtvis som röda eller rosa kolonier på grund av närvaron av karotenoider och bakterioruberin i deras membran. Karotenoiderna har förmågan att absorbera ljus mellan våglängderna 330-600 nm, bestämt med ljusspektroskopi. Typisk kolonimorfologi är rund med en diameter på 0,4 mm. Under mikroskopet kan de vanligtvis mätas vid cirka 5 μm och verkar gramnegativa och stavformade. H. noricense innehåller inte de gasvesiklar som finns i deras nära släkting, Halobacterium salinarium, som ofta uppträder som flytande kulturer . Halobacterium noricense kan ibland uppträda som kokkusformad när den odlas i flytande buljong snarare än på fasta medier.

Upptäckt

Etymologi

Halobacterium noricense är uppkallad efter Noricum, Österrike, som är platsen för saltavlagringen där organismen isolerades. Arkeonen upptäcktes 2004 av en grupp forskare under ledning av Claudia Gruber. Gruppen isolerade två stammar av H. noricense, tillsammans med andra Halobacterium-arter inklusive H. salinarium.

Källor

De två första stammarna (A1 och A2) av Halobacterium noricense isolerades från prover som tagits från en saltfyndighet i Österrike. Saltavlagringen låg cirka 400 meter under ytan och tros ha bildats under permperioden . För att få proverna använde forskarna en redan existerande gruva för att resa under jordens yta. De använde en kärnborr för att ta bort cylindriska sektioner av saltavlagringen, som sedan togs för sekvensering. Fyndigheten behöll höga saltnivåer under cirka 250 miljoner år på grund av den omgivande leran och kalkstenen. Dessa förhållanden tillåter inte saltet att fly, vilket utgjorde en idealisk miljö för halofila arkéer.

Media

Halobacterium noricense isolerades på ATCC 2185 - medium med 250,0 gram NaCl, 20,0 gram MgS047H2O, 2,0 gram KCl, 3,0 gram jästextrakt , 5,0 gram trypton och andra isolatföreningar som krävs för tillväxten. Efter en inkubationsperiod på cirka 2 veckor uppträdde röda cirkulära kolonier. Detta är den karakteristiska kolonimorfologin för H. noricense.

Tillväxtvillkor

Halobacterium noricense är känt för att vara en mesofil , där den optimala tillväxttemperaturen är cirka 37 °C med en inkubationstid på 18 dagar. Den trivs i sura förhållanden vid pH 5,2-7,0. NaCl-koncentration mellan 15-17% har resulterat i de högsta tillväxthastigheterna i tidigare studier. Det har visat sig att Halobacterium kan överleva i höga metallkoncentrationer eftersom de är extremt halofila. Detta kan uppnås genom metallresistens, vilket indikerar att H. noricense -stammen CBA1132 också skulle kunna överleva i dessa höga metalljonkoncentrationer.

Genom

H. noricense -stammarna Al och A2 från Gruber et al. hade 97,1% likhet med släktet Halobacterium genom deras 16S rDNA-sekvenser. H. noricense genom , stam CBA1132, sammansatt av fyra kontiger innehållande 3 012 807 baspar, cirka 3 084 genkodande sekvenser och 2 536 gener. Den har en GC-halt på cirka 65,95 %, och 687 av generna i H. noricense -genomet har okända funktioner. Metabolism och aminosyratransportrelaterade gener utgör den största gruppen av kända gener. Denna grupp innehåller 213 kända gener. Släktet Halobacterium är för närvarande känt som monofyletisk eftersom deras 16S rRNA har mindre än 80% likhet med sina närmaste släktingar, metanogener .

Sekvensering

Enligt Joint Genome Institute sekvenserades en annan komplett genomanalys av Halobacterium (stam DL1) arter med användning av 454 GS FLX, Illumina GAIIx. Halobacterium noricense (stam CBA1132) isolerades nyligen från solsalt och en fullständig genomisk analys utfördes av forskare från Korea 2016. Forskarna extraherade DNA:t med hjälp av ett QuickGene DNA-vävnadskit, som använder ett membran med extremt fina porer för att samla in DNA och nukleinsyror. De renade DNA:t med hjälp av MG Genomic DNA-reningskit . När den väl extraherats och renats, var strategin för att sekvensera genomet Whole Genome Sequencing med metoden för ett PacBio RS II-system. Slutligen analyserades genomet och utfördes av Rapid Annotation med hjälp av Subsystem Technology ( RAST ) server.

Ämnesomsättning

Enligt Gruber et al. , Halobacterium noricense kan inte fermentera glukos, galaktos, sackaros, xylos eller maltos. Det är resistent mot många antibiotika , inklusive vankomycin och tetracyklin , men kan dödas av anisomycin . Denna organism producerar inte enzymerna gelatinas eller amylas , så den kan inte bryta ner stärkelse eller gelatin. H. noricense är en kemoorganotrof och använder aerob andning i de flesta miljöer, förutom när den utsätts för L-arginin eller nitrat. I dessa fall kan den fungera som en fakultativ anaerob . Det är katalaspositivt, vilket betyder att det har förmågan att bryta ner väteperoxid till vatten och syre. Den vanligaste kolkällan som finns i hypersalina miljöer är glycerol på grund av bidraget från grönalgerna, Dunaliella , för att minska dess omgivande osmotiska tryck. H. noricense kan metabolisera glycerol genom fosforylering till glycerol 3-fosfat och slutligen till bildning av dihydroxiaceton 5-fosfat (DHAP). NMR-spektroskopi , som används för att lokalisera lokala magnetfält runt atomkärnor, avslöjade under aerob andning att 90 % av pyruvat som omvandlas till acetyl Co-A av pyruvatsyntas går in i citronsyracykeln medan de övriga 10 % omvandlas till oxaloacetat av biotinkarboxylas för att senare användas vid nedbrytning av fettsyror .

Ekologi

Metagenomisk analys utfördes på koncentrerad biomassa från den senaste Döda havets blomning och jämfördes med hundratals liter saltlake (pH 6), vilket avslöjade att blomningen var mindre varierad från saltlake. Döda havet ligger på gränsen mellan Israel och Jordanfloden där dess djup är cirka 300 meter. Döda havet innehåller 1,98 M Mg 2+ , 1,54 M Na + och 0,08 M ​​(1 %) Br - vilket gör vattnet unikt och ekosystemet hårt.

Prover samlades in från Döda havet 1992 vid Ein Gedi 310-stationen under blomningssäsongen. Cellerna centrifugerades och en rödaktig cellpellet bäddades in i agarosproppar . DNA extraherades från pluggarna och klonades in i pCClfos- vektorn för att konstruera två fosmidbibliotek , som innehåller DNA från bakteriella F-plasmider.

BAC -ändsekvenser utfördes på varje bibliotek för ytterligare analys, och sekvenserna skannades för vektorkontamination och avlägsnades genom BLAST -ing. Läslängden var 734 bp för 1992 års bibliotek.

PCR 16S rRNA- genamplifiering utfördes och användes för att konstruera ett träd för att beräkna bootstrap- värden från totalt 714 sekvenspositioner. Även om halofiler är olika, visade analys att de flesta rRNA hade cirka 93% likhet med sekvenser i GenBank . H. noricense hade 95% likhet i 1992 års blomning. När proverna jämfördes med fosmidbiblioteket var vissa över 88 % lika andra kända halofila bakteriearter. Detta indikerar att dessa halofiler är specifikt anpassade till Döda havets extrema salthalt.

Det finns också studier inom området astrobiologi angående möjligheten av Halobacterium på Mars. På samma sätt som i Döda havet skulle allt vatten som ligger på Mars yta vara en saltlake med en extremt hög saltkoncentration. Därför skulle mikrobiellt liv på Mars kräva anpassningar som liknar Halobacterium.

Betydelse

Halobacterium noricense har många applikationer som kan gynna människor och industrier inklusive läkemedelsleverans, UV-skydd och den unika egenskapen hos bakteriohodopsin för att kunna isoleras utanför sin miljö. H. noricense producerar en hög koncentration av menakinoner (fettlösligt vitamin K2) som kan användas som en micell för att leverera läkemedel till specifika platser i kroppen. Enligt Nimptsch K kan förekomsten av menakinoner också minska risken för malign cancer . Fermenterade livsmedel har också visat sig ha höga nivåer av menakinoner på grund av närvaron av bakterier, särskilt i ostar. H. noricense kräver höga saltkoncentrationer och undersöks för närvarande för att förbättra jäsningsprocessen. H. noricense är också katalaspositiv, vilket betyder att det kan bryta ner reaktiva syreämnen (ROS), som väteperoxid till ofarliga ämnen som vatten. Det producerar inte bara enzymer för att skydda sig mot ROS, utan det innehåller ett pigment, bakterioruberin, som gör att H. noricense kan tolerera gamma- och UV-strålning . Ytterligare forskning om bakterioruberin kan leda till bioaktiva föreningar med anticanceregenskaper. Slutligen har bakteriohodopsin (skyddar också celler från UV-ljus), en lätt protonpump, tillåtit forskare att tillämpa det på elektronik och optik. Dess mekanism innebär att fånga ljus och skapa en protongradient för att producera kemisk energi. Några praktiska användningsområden inkluderar rörelsedetektering, holografisk lagring och nanoteknik .

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Halobacterium_noricense&oldid=1134938482 "