Hydrogenobacter thermophilus – Wikipedia

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Bakterienart

Hydrogenobacter thermophilus ist ein extrem thermophiles, gerades Stäbchenbakterium (Bazillus).[2] TK-6 ist der Typstamm für diese Art.[2] Es ist ein gramnegatives, unbewegliches, obligat chemolithoautotroph.[2] Es gehört zu einer der frühesten Verzweigungsordnungen von Bakterien.[3]H. thermophilus TK-6 lebt in Böden, die heißes Wasser enthalten.[2] Es war eines der ersten beschriebenen wasserstoffoxidierenden Bakterien, das zur Entdeckung und anschließenden Untersuchung vieler einzigartiger Proteine ​​führte, die an seinem Stoffwechsel beteiligt sind.[2] Seine Entdeckung widersprach der Vorstellung, dass es keine obligatorischen wasserstoffoxidierenden Bakterien gab, was zu einem neuen Verständnis dieser physiologischen Gruppe führte.[2] Zusätzlich, H. thermophilus enthält eine bisher nicht beobachtete Fettsäurezusammensetzung.[2]

Geschichte[edit]

Hydrogenobacter thermophilus TK-6 wurde ursprünglich 1980 von Toshiyuki Kawasumi am Department of Agricultural Chemistry der University of Tokyo entdeckt.[2] TK-6 wurde mit vier anderen bisher unbekannten wasserstoffoxidierenden Bakterien gefunden.[2] Das Bakterium wurde aus heißem Wasser mit Bodenproben aus Minen der Halbinsel Izu, Japan, isoliert.[2] Die Kolonien wurden auf einem Medium aus 1,5% Bacto-Agar und einer spezifischen Spurenelementlösung bestehend aus MoO . isoliert3, ZnSO4·H2O, CuSO4·5H2OH3BO3, MnSO4·H2O und CoCl2·H2Ö.[4] Vor der Entdeckung von Hydrogenobacter thermophiluswurde nur ein extrem thermophiles, aerobes und wasserstoffoxidierendes Bakterium beschrieben (Bacillus schlegeli).[2] In Ergänzung, H. thermophilus weist sowohl morphologische als auch physiologische Unterschiede auf, die von Prozessen in B. schegelii, was darauf hindeutet, dass es mehrere Mittel gibt, um in verschiedenen Umgebungen lebensfähig zu sein.[2] Bis zur Entdeckung von H. thermophiluswurde angenommen, dass keine obligaten chemolithotrophen wasserstoffoxidierenden Bakterien existierten.[2]

Charakterisierung[edit]

Biologie[edit]

Hydrogenobacter thermophilus ist ein Stäbchenbakterium (Bazillus) und extrem thermophil.[2] Die Größe beträgt etwa 0,3 – 0,5 Mikrometer in der Breite und 2-3 Mikrometer in der Länge.[2]Die Gram-Färbung wurde unter Verwendung einer Hucker-Modifikation durchgeführt und die Reaktion wurde als Gram-negativ befunden.[2] Motilität und Sporulation wurden mit der Methode der hängenden Zellen bzw. der Dorner-Methode getestet, und beide wurden als negativ befunden.[2] Die neue Fettsäurezusammensetzung wurde durch eine Nicotinamidadenindinukleotidphosphat enthaltende Lösung freigesetzt.[2] Es wurde festgestellt, dass die Zusammensetzung C18:0, C 20:1, 2 Kohlenstoffe länger war als jede zuvor gesehene Zusammensetzung.[2] Die optimalen Wachstumsbedingungen sind: Temperatur zwischen 70 und 75 °C, Süßwasser, pH-Wert um 7,2.[2] Der Lebensraum ist Erde, die heißes Süßwasser (70-75 °C) aus Quellen der Halbinsel Izu, Japan, enthält.[2]

Stoffwechsel[edit]

Hydrogenobacter thermophilus ist ein obligat chemolithoautotroph.[2]H. thermophilus durch Denitrifikation aerob oder anaerob geatmet wird.[5] Der Elektronendonor ist die molekulare Form von Wasserstoff, Thiosulfat oder elementarem Schwefel.[5] Stickstoffquellen sind Ammonium- und Nitratsalze.[2] Dieses Bakterium nutzt eine spezielle Form des reduktiven trizyklischen Säurezyklus (Reverse-Krebs-Zyklus), um CO . zu fixieren2.[5] Auf einem 1,5% Bacto-Agar mit verschiedenen organischen Verbindungen, inkubiert bei 50-70 Grad C, wurden verschiedene Stoffwechselvorgänge untersucht.[2]

Phylogenie[edit]

16S rRNA-Gensequenzierung platziert die Familie der H. thermophilus, Aquificaceae, in enger phylogenetischer Verwandtschaft mit der Familie Aquifex basierend auf einer Sequenzähnlichkeit von 88,5% bis 88,9%.[3]H. thermophilus der nächste unmittelbare Verzweigungspunkt ist bei der Art Caldobacterium hydrogenopailum str. z-823 und die vorherigen Divergenzzweige mit Hydrogenobacter-Stämmen.[3] Genomische Studien des 16S-ribosomalen RNA-Gens in H. thermophilus legen auch nahe, dass sie zu einigen der frühesten differenzierenden Ordnungen von Bakterien gehören, die als Aquificales bezeichnet werden.[3] Als Ergebnis des frühen Verzweigungspunkts in der genetischen Geschichte von Aquificales deutet dies darauf hin, dass die Merkmale des letzten gemeinsamen Vorfahren des Lebens möglicherweise thermophil waren und chemoautotropher Kohlenstoff fixiert waren; dies gibt der Evolution des Lebens eine Richtung.[3]

Genomik[edit]

Im Jahr 2010 wurde das gesamte Genom von Hydrogenobacter thermophilus TK-6 wurde von Hiroyuki Arai et al.[5] Die Sequenzierung erfolgte mittels Whole Genome Shotgun-Ansatz nach der Sanger-Sequenzierungsmethode und wurde mit dem Paracel Genome Assembler zusammengebaut.[5] Es wurde festgestellt, dass es aus 1.743.135 Basenpaaren besteht, die in einem kreisförmigen Chromosom mit geschätzten 1.864 Protein-kodierenden Genen und 22 Pseudogenen angeordnet sind.[5] Es wurde festgestellt, dass das Genom ein 16S-23S-5S-rRNA-Operon und 44 tRNA-kodierende Gene enthält.[5] Der GC-Gehalt des Genoms beträgt 44%,[5] die zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung die niedrigste unter allen wasserstoffoxidierenden Bakterien war.[2]H. thermophilus enthält vier Gencluster für membrangebundene Hydrogenasen.[5] Es ist auch zu beachten, dass H. thermophilus fehlen die typischen PSP-Gene (Phosphoserinphosphatase), die am Aminosäurestoffwechsel beteiligt sind.[5] Darüber hinaus ist es ein obligat chemolithoautotroph, und so waren Gene vorhanden, die üblicherweise bei der Kohlenstofffixierung verwendet werden.[5] Es wurden Gene beobachtet, die Proteine ​​kodieren, die an der RTCA (Reduktiver Trizyklischer Säurezyklus) und der Glukoneogenese beteiligt sind.[5] Die sox Gencluster, Quadratmeter Gen und sorAB Gene wurden ebenfalls festgestellt und sind am Schwefeloxidationsproteinkomplex Sulfid:Chinon-Oxidoreduktase und Sulfit:Cytochrom beteiligt C Oxidoreduktase bzw.[2]H. thermophilus enthält auch die notwendigen Gene zur Nitratreduktion und -assimilation.[5]

Proteomik[edit]

Hydrogenobacter thermophilus hat mehrere einzigartige Proteine, die es ihm ermöglichen, in seiner Umgebung lebensfähig zu sein. Cytochrom b und Cytochrom c sind in allen Stämmen vorhanden.[2]H. thermophilus Stämme besitzen auch ein sehr ausgeprägtes schwefelhaltiges Chinon, 2-Methylthio-1,4-naphthochinon.[2] Dies ist der erste Fall eines nicht-Calvin-artigen Stoffwechselwegs, der genutzt wird, um Kohlendioxid in zelluläre Bestandteile umzuwandeln.[6] Neben dem einzigartigen Chinon wurden neue Arten von Phosphoserinphosphatase (PSPs) entdeckt und durch vorläufige Kristallisation und Röntgenbeugung analysiert.[7] Sowohl iPSP1- als auch iPSP2-Proteine ​​finden sich in H. thermophilus verwenden metallionenunabhängige Wege, während typische PSPs Mg2+ für ihre Aktivität benötigen und als Teil der Halosäure-Dehalogenase-ähnlichen Hydrolase-Superfamilie angesehen werden.[7] iPSP1 besteht aus zwei PspA-Untereinheiten, während iPSP2 ein Heterodimer ist und sowohl PspA- als auch PspB-Untereinheiten aufweist.[7] Es wurde beobachtet, dass iPSP1 und iPSP2 eine starke Bindungsaffinität zu L-Phosphoserin teilen, was seine Aktivität als PSP unterstützt.[7] Neuartige Proteine ​​wie Citryl-CoA-Synthetase (CCS) und Ciitryl-CoA (CLL) werden innerhalb des reduktiven TCA-Zyklus (Reverse-Krebs-Zyklus) verwendet.[8] Diese Proteine ​​wurden durch Aktivitätsreinigung, SDS-PAGE-Analyse und Gelfiltrationschromatographie entdeckt und charakterisiert.[8] Außerdem wurden Oligonukleotidsonden verwendet, um die verwandten Gene zu sequenzieren und zu klonieren.[8] Die Spaltung von Citryl-CoA zu Acetyl-CoA und Oxalacetat erfolgt in einem zweistufigen Verfahren.[8] Erstens katalysiert die Citryl-CoA-Synthetase die Bildung von Citryl-CoA, das sofort von der Citronen-CoA-Lyase gespalten wird.[8] Es wurde auch beobachtet, dass ein signifikanter Grad an Proteinsequenzhomologie zwischen dem CCL-Protein und der C-terminalen Region der ATP-Citratlyase (ACL), einem Enzym, das üblicherweise vom reduktiven TCA-Zyklus verwendet wird, besteht.[8]

Verweise[edit]

  1. ^ Parte, AC “Hydrogenobacter”. LPSN.
  2. ^ ein B C D e F g h ich J k l m n Ö P Q R S T du v w x ja z aa ab Kawasumi, Toshiyuki (1984). “Hydrogenobacter thermophilus gen. nov., sp. nov., ein extrem thermophiles, aerobes, wasserstoffoxidierendes Bakterium”. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 34: 5–10. mach:10.1099/00207713-34-1-5.
  3. ^ ein B C D e Pitulle, C; et al. (1994). “Phylogenetische Position von Hydrogenobacter”. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 44 (4): 620–626. mach:10.1099/00207713-44-4-620. PMID 7981093.
  4. ^ Kawasumi, Toshiyuki (14. Mai 1980). “Isolierung streng thermophiler und obligat autotropher Wasserstoffbakterien”. Agrar- und Biochemie. 44 (8): 1985–1986. mach:10.1271/bbb1961.44.1985.
  5. ^ ein B C D e F g h ich J k l m Arai, H; et al. (26.03.2010). “Vollständige Genomsequenz des thermophilen, obligat chemolithoautotrophen wasserstoffoxidierenden Bakteriums Hydrogenobacter thermophilus TK-6”. Zeitschrift für Bakteriologie. 192 (101): 2651–2. mach:10.128/JB.00158-10. PMC 2863560. PMID 20348262.
  6. ^ Ishii, M; et al. (1987). “2-Methylthio-1,4-napthochinon, ein einzigartiges schwefelhaltiges Chinon aus einem thermonophilen wasserstoffoxidierenden Bakterium, Hydrogenobacter therophilus”. Zeitschrift für Bakteriologie. 169 (6): 2380–2384. mach:10.128/jb.169.6.2380-2384.1987. PMC 212068. PMID 3584059.
  7. ^ ein B C D Chiba, Y; et al. (2012). “Kristallisation und vorläufige Röntgenbeugungsanalyse eines neuartigen Phosphoserinphosphatasetyps aus Hydrogenbacter theromphilus TK-6”. Acta Crystallographica Sektion F. 68 (Teil 8): 911–913. mach:10.1107/s1744309112025213. PMC 3412771. PMID 22869120.
  8. ^ ein B C D e F Aoshima, M; et al. (2004). „Ein neuartiges Enzym, die Citryl-CoA-Lyase, katalysiert den zweiten Schritt der Citratspaltungsreaktion in Hydrogenobacter thermophilus TK-6″. Molekulare Mikrobiologie. 52 (3): 763–770. mach:10.1111/j.1365-2958.2004.04010.x. PMID 15101982.

Weiterlesen[edit]

Externe Links[edit]


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