Scalindua wagneri
| Candidatus Scalindua wagneri | |
|---|---|
| Vetenskaplig klassificering | |
| Domän: | |
| Provins: | |
| Klass: | |
| Beställa: | |
| Familj: |
Brocadiceae
|
| Släkte: | |
| Arter: |
" Ca. S. wagneri"
|
| Binomialt namn | |
|
" Candidatus Scalindua wagneri" Schmid et al. 2003.
|
|
Candidatus Scalindua wagneri är en gramnegativ kokoidformad bakterie som först isolerades från ett avloppsreningsverk. Denna bakterie är en obligat anaerob kemolitotrof som genomgår anaerob ammoniumoxidation ( anammox ). Den kan användas inom avloppsreningsindustrin i kvävereaktorer för att avlägsna kvävehaltigt avfall från avloppsvatten utan att bidra till fast kväveförlust och utsläpp av växthusgaser .
Karakterisering
Candidatus Scalindua wagneri är en koccoidformad bakterie med en diameter på 1 μm. Liksom andra Planctomycetota är S. wagneri gramnegativ och har inte peptidoglykan i sin cellvägg . Dessutom innehåller bakterien två inre membran istället för att ha ett inre membran och ett yttre membran som omger cellväggen. Några av de närmaste grannarna är andra arter inom det nya Scalindua -släktet, som " Candidatus S. sorokinii" och " Candidatus S. brodae". Andra grannar inkluderar " Candidatus Kuenenia stuttgartiensis" och " Candidatus Brocadia anammoxidans ". S. wagneri och dess släkt delar endast cirka 85 % likhet med andra medlemmar i sin evolutionära linje, vilket tyder på att den är avlägset besläktad med andra anaeroba ammoniumoxiderande (anammox) bakterier.
Upptäckt
Markus Schmid från Strous-labbet upptäckte först S. wagneri i en lakvattenreningsanläggning i Pitsea, Storbritannien den 1 augusti 2001. Dessa bakterier fördubblades i antal ungefär var tredje vecka under laboratorieförhållanden, vilket gjorde dem mycket svåra att isolera. Därför använde forskarna 16S rRNA ( ribosomalt RNA ) genanalys på biofilmen av avloppsvattenprover för att upptäcka närvaron av dessa bakterier. De amplifierade och isolerade 16S rRNA-genen från biofilmen med PCR och gelelektrofores . Sedan klonade de DNA:t i TOPO- vektorer . När forskarna väl sekvenserat DNA:t anpassade de 16S rRNA-gensekvenserna till en genomdatabas och fann att sekvenserna är relaterade till anammox-bakterierna. En av sekvenserna visade 93% likhet med Candidatus Scalindua sorokinii, vilket antyder att denna sekvens tillhörde en ny art inom släktet Scalindua och forskarna döpte den till Candidatus Scalindua wagneri efter Michael Wagner, en mikrobiell ekolog .
Ämnesomsättning
S. wagneri är en obligat anaerob kemolitoautotrof och genomgår anaerob ammoniumoxidation (anammox) i det intracytoplasmatiska utrymmet som kallas anammoxosom . Under anammoxprocessen oxideras ammonium med nitrit som elektronacceptor och bildar dikvävegas som produkt. Det föreslås att denna mekanism uppstår genom produktion av en hydrazinmellanprodukt med användning av hydroxylamin , som härrör från nitrit. Dessutom använder S. wagneri nitrit som elektrondonator för att fixera koldioxid och bildar nitrat som en biprodukt. För att testa de metaboliska egenskaperna hos S. wagneri, Nakajima et al . utförde anammox-aktivitetstester med användning av kväveföreningar märkta med 15 N isotoper och mätte 28 N 2 , 29 N 2 och 30 N 2 koncentrationer efter 15 dagar. Forskarna fann att koncentrationerna av 28 N 2 och 29 N 2 ökade avsevärt. Dessa resultat tyder på att ammoniak och nitrit används i lika mängder för att göra 29N2 , och denitrifikation sker samtidigt med anammoxmetabolism.
Genom
För närvarande är genomisk information om S. wagneri mycket begränsad. Aktuella genomsekvenser samlades in från DNA isolerat från bakterierna som växer i en marin anammoxbakterie (MAB) reaktor. Sedan amplifierades 16S rRNA-generna på DNA:t med användning av en specifik oligonukleotidprimer för Planctomycetales , separerades med gelelektrofores och sekvenserades med användning av en CEQ 2000 DNA Sequencer . Analys av 16S rRNA-gensekvenserna utfördes med hjälp av GENETYX-programmet, och anpassningarna och fylogenetiska träden gjordes med användning av BLAST , CLUSTALW respektive grannsammanfogning . För att få en bättre förståelse av arvsmassan kan S. wagneri jämföras med en av dess mer kända släktingar. Till exempel Candidatus Scalindua profunda en genomlängd på 5,14 miljoner baspar med en GC-halt på 39,1 %. Det finns ingen genomisk information om längden eller % GC-halt för S. wagneri. Det finns dock hundratals 476 baspar partiella sekvenser för dess 16S rRNA-gen. Genom att använda fluorescerande in situ-hybridiseringsanalys (FISH), en teknik som används för att detektera specifika DNA-sekvenser på kromosomer , kunde forskarna inte detektera hybridisering mellan kromosomen hos S. wagneri och den förmodade anammox-DNA-sonden. Detta tyder på att S. wagneri inte är särskilt lik de kända anammoxbakterierna, så forskarna kategoriserade bakterien i sitt eget släkte.
Ekologi
Även om forskare inte kan isolera rena kulturer av S. wagneri, tros det omfatta en bred nisch . Med hjälp av 16S rRNA-genanalys fann Schmid först bevis på bakterierna i avloppsreningsverk. Andra forskare fann också 16S rRNA-genbevis i en petroleumreservoar som hölls vid ett temperaturområde mellan 55 °C och 75 °C förutom sötvatten och marina ekosystem , såsom flodmynningar .
Betydelse och användbara applikationer
S. wagneri tillåter reningsverk för avloppsvatten att minska driftskostnaderna samtidigt som de negativa effekterna av nitrifikation och denitrifikation på miljön minskar. Dessa bakterier bidrar till utvecklingen av ny teknik för avloppsvattenhantering genom att hjälpa till med ett effektivt avlägsnande av kvävehaltiga föreningar i avloppsvatten. Vanligtvis använder kvävereaktorer både nitrifikation och denitrifikation för att avlägsna kvävehaltigt avfall. Dessa processer har höga driftskostnader på grund av det kontinuerliga upprätthållandet av aeroba förhållanden i reaktorn. Denitrifikation producerar även dikväveoxid (N 2 O), som är en växthusgas som är skadlig för miljön. Produktion av N 2 O bidrar till förlusten av fixerat kväve, vilket reglerar ekosystemens biologiska produktivitet . Genom att inokulera avloppsvattenreaktorer med den anaeroba S. wagneri kan driftkostnaderna minskas med cirka nittio procent utan produktion av växthusgaser. Detta möjliggör bättre hantering av avloppsvatten på ett mer kostnadseffektivt sätt utan att bidra till klimatförändringar .