Альканиворакс - Alcanivorax
| Альканиворакс | |
|---|---|
| Научная классификация | |
| Домен: | |
| Тип: | |
| Учебный класс: | |
| Заказ: | |
| Семья: | |
| Род: | Альканиворакс Якимов и другие. 1998 |
| Типовой вид | |
| Alcanivorax borkumensis | |
| Разновидность | |
Alcanivorax balearicus | |
Alcanivorax borkumensis является алкан -унижение морская бактерия который естественным образом распространяется и становится преобладающим в морской воде, содержащей сырую нефть, когда азот и фосфор добавлены питательные вещества.[2][3]
Описание
A. borkumensis представляет собой палочковидную бактерию без жгутики который получает энергию в основном за счет потребления алканов (тип углеводород ). это аэробный, что означает, что он использует кислород для получения энергии, и это галофильный, что означает, что он имеет тенденцию жить в среде, содержащей соль, например, в соленой океанской воде. Это также Грамотрицательный, что по сути означает, что у него относительно тонкая клеточная стенка. Он также неподвижен; однако другие организмы, принадлежащие к тому же роду, подвижны благодаря жгутики.[4][5]
Геном
В геном из A. borkumensis это единый циркуляр хромосома который содержит 3 120 143 пары оснований. Он очень приспособлен к деградации нефтяное масло. Например, определенная последовательность в геноме кодирует деградацию определенного диапазона алканов. В A. borkumensis В геноме есть множество последовательностей, каждая из которых кодирует свой тип алкана, что позволяет ему быть легко адаптируемым и универсальным. Его геном также содержит инструкции по образованию биосурфактантов, которые помогают в процессе разложения. Чтобы справиться с внешними угрозами, A. borkumensis геном также кодирует несколько защитных механизмов. Устранение высоких концентраций ионов натрия (например, в океанской воде) и защита от УФ-излучения, испытываемого на поверхности земли, важны для A. borkumensis бактерии, и ее геном содержит способы решения обеих этих проблем.[6]
Экология
A. borkumensis естественным образом встречается в морской воде. Это чаще встречается в океанических районах, содержащих нефтяное масло (будь то разливы, естественные поля или другие источники), хотя в небольших количествах его можно найти в незагрязненной воде. Он был найден по всему миру в различных местах, как в прибрежной, так и в океанской среде. Он также может процветать в районах с сильными приливами и другими морскими течениями / потоками. Встречается только на поверхности воды или вблизи нее. A. borkumensis могут жить при солености от 1,0 до 12,5% и при температуре от 4 до 35 ° C.[5] Обилие A. borkumensis в окружающей среде, загрязненной нефтью, потому что бактерии используют соединения в масле в качестве источника энергии, таким образом, популяции A. borkumensis естественно процветать при разливах нефти или других подобных местах. A. borkumensis превосходит другие виды Альканиворакс род, вероятно, из-за его очень гибкой ДНК и метаболизм. A. borkumensis также превосходит другие организмы, разлагающие алканы, такие как Acinetobacter venetianus. Через определенный период времени маслянистая и соленая среда, содержащая A. borkumensis и Acinetobacter venetianus в конечном итоге станет доминировать A. borkumensis потому что A. borkumensis может потреблять более широкий спектр алканов, чем другие известные виды.[7]
Метаболизм
A. borkumensis в первую очередь использует алканы в качестве источника энергии / углерода, но может использовать и несколько других органические соединения. В отличие от большинства других клеток, он не может потреблять более распространенные вещества, такие как сахара или же аминокислоты как источник энергии. Это связано с отсутствием генов, кодирующих активные или пассивные переносчики углеводов, и, следовательно, с невозможностью потреблять мономерные сахара.[8]
В A. borkumensis, ряд различных ферментов отвечает за окисление алкан молекулы. Аэробный метаболизм алканов осуществляется по конечному пути окисления алканов, где монооксигеназы инициировать окисление концевых атомов углерода. Этот последовательный путь сначала производит спирты, затем алкоголь и альдегиддегидрогеназы и, наконец, альдегиды и жирные кислоты соответственно.[9]
После разлива нефти может наблюдаться огромный дисбаланс в соотношениях углерод / азот и углерод / фосфор. За это, A. borkumensis содержат множество транспортных белков, которые позволяют быстро усваивать ключевые питательные вещества, которые ограничены в окружающей среде.[8] Для увеличения темпов роста населения A. borkumensis бактерии фосфор и азотистые соединения могут быть добавлены в окружающую среду. Эти вещества действуют как удобрение для бактерий и помочь им расти быстрее.
A. borkumensis и биосурфактанты
Когда A. borkumensis бактерии используют алканы или пируват в качестве источника энергии, каждая клетка образует биосурфактант. Биосурфактант - это дополнительный слой материала, который образуется вдоль клеточной мембраны. Вещества, входящие в состав биосурфактанта A. borkumensis может уменьшить поверхностное натяжение воды, которая способствует разложению масла. Они также эмульгаторы, которые дополнительно служат для создания эмульсии масло / вода, делая масло более растворимым. A. borkumensis образует биопленка вокруг капли масла в морской воде и переходит к использованию биоповерхностно-активных веществ и метаболизма для разложения нефти до водорастворимого вещества.[10]
Биотехнологические приложения
Роль в биоразложении масла
Нефть масло токсично для большинства форм жизни и загрязнение из среда нефть вызывает серьезные экологические проблемы. Значительное количество нефтепродуктов, попадающих в море, устраняется микробное биоразложение деятельность микробных сообществ. Как недавно открытый углеводородокластик, A. borkumensis способен разлагать нефть в морской воде. Гидрокарбонокластик имеет корень «обломочный», что означает, что он может делить что-либо на части (в данном случае углеводороды ). Сырая нефть или нефть преимущественно состоит из углеводородов, продукта, который состоит из длинной цепочки атомов углерода, прикрепленных к атомам водорода. В то время как большинство организмов используют сахара или аминокислоты в качестве источника углерода / энергии, A. borkumensis в своем метаболическом процессе использует алканы, один из углеводородов. Эта диета позволяет A. borkumensis процветать в морской среде, пострадавшей от разливы нефти. Благодаря своему метаболизму, A. borkumensis может расщеплять масло на безвредные соединения. Эта способность делает этот конкретный вид основным потенциальным источником биоремедиации морской среды, загрязненной нефтью.
Потенциал как средство против разливов нефти
Разливы нефти может произойти во время транспортировка нефти или же во время добычи. Такие разливы могут привести к сбросу значительного количества нефти в океан и загрязнению окружающей среды, затрагивая близлежащие и удаленные экосистемы.
Обычно экосистеме требуется много лет, чтобы полностью восстановиться (если вообще восстановиться) после разлива нефти, поэтому ученые ищут способы ускорить очистку территорий, пострадавших от разлива нефти. Большинство усилий до сих пор используют прямое человеческое участие / труд для физического удаления нефти из окружающей среды. Тем не мение, A. borkumensis представляет возможную альтернативу. С A. borkumensis естественным образом расщепляет молекулы нефти до состояния, не загрязняющего окружающую среду, это поможет экосистемам быстро восстановиться после разлива нефти. Эти организмы также естественным образом растут в морской воде, загрязненной нефтью, поэтому являются местными видами. Если процесс A. borkumensis использование для разложения нефти можно было бы ускорить или сделать более эффективным, это помогло бы восстановлению экосистем. Некоторые примеры включают поощрение роста A. borkumensis (через фосфор и азотные удобрения), чтобы больше из них расщепляли нефть или способствовали метаболизму A. borkumensis так они метаболизируются быстрее и больше.[11]
Возможности в производстве биополимеров
Нарушив ген тиоэстеразы ацил-кофермента A (CoA), Сабирова и ее коллеги смогли мутировать организм, чтобы получить гипер-продуцирование полигидроксиалканоаты (PHA). Затем они смогли относительно легко восстановить большие количества PHA, которые высвобождались мутантом Alcanivorax из питательных сред.[9] Раньше для извлечения ПГА из внутриклеточных гранул приходилось использовать дорогостоящие и экологически опасные растворители. Это позволяет производить экологически чистые полимеры на заводах, которые использовали мутантный Alcanivorax.[8]
Рекомендации
- ^ а б c d Parte, A.C. «Альканиворакс». LPSN.
- ^ Мартинс ВАП; и другие. (2008). «Геномное понимание биодеградации нефти в морских системах». Микробная биодеградация: геномика и молекулярная биология. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-17-2.
- ^ Касай Юки (2002). «Преобладающий рост штаммов Alcanivorax в морской воде, загрязненной нефтью и обогащенной питательными веществами». Экологическая микробиология. 4 (3): 141–147. Дои:10.1046 / j.1462-2920.2002.00275.x. PMID 12000314.
- ^ "Фернандес-Мартинес, Хавьер и др." Описание Alcanivorax venustensis sp. ноя и реклассификация Fundibacter jadensis DSM 12178T (Bruns and Berthe-Corti 1999) как Alcanivorax jadensis гребень. nov., представители исправленного рода Альканиворакс. "Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии 53 (2003): 331–338". Архивировано из оригинал на 21.08.2009. Получено 2011-04-27.
- ^ а б Якимов Михаил М .; и другие. (1998). "Alcanivorax Borkumensis gen. Nov., Sp. Nov., Новая морская бактерия, разлагающая углеводороды и продуцирующая поверхностно-активные вещества" (PDF). Международный журнал систематической бактериологии. 48 (2): 339–348. Дои:10.1099/00207713-48-2-339. PMID 9731272.
- ^ [1], Шнайкер, Сюзанна и др. «Последовательность генома вездесущей морской бактерии, разлагающей углеводороды, Alcanivorax Borkumensis». Nature Biotechnology 24.8 (2006): 997-1004.
- ^ Хара Акихиро (2003). «Alcanivorax, который преобладает в морской воде, загрязненной нефтью, демонстрирует широкую субстратную специфичность для разложения алканов». Экологическая микробиология. 5 (9): 746–753. Дои:10.1046 / j.1468-2920.2003.00468.x. PMID 12919410.
- ^ а б c Якимов Михаил М; Тиммис, Кеннет Н.; Голышин, Петр Н (июнь 2007 г.). «Облигатные морские бактерии, разлагающие нефть». Текущее мнение в области биотехнологии. 18 (3): 257–266. CiteSeerX 10.1.1.475.3300. Дои:10.1016 / j.copbio.2007.04.006. PMID 17493798.
- ^ а б Сабирова, Юлия С .; Феррер, Мануэль; Люнсдорф, Генрих; Рэй, Виктор; Кальшойер, Райнер; Steinbüchel, Александр; Тиммис, Кеннет Н .; Голышин, Петр Н. (15.12.2006). "Мутация в" tesB-подобном "гене тиоэстеразы, специфичном для гидроксиацил-коэнзима А, вызывает гиперпродукцию внеклеточных полигидроксиалканоатов Alcanivorax borkumensis SK2". Журнал бактериологии. 188 (24): 8452–8459. Дои:10.1128 / jb.01321-06. ISSN 0021-9193. ЧВК 1698222. PMID 16997960.
- ^ Аббаси, Акрам; Ботун, Джеффри Д .; Бозе, Ариджит (2018-04-16). «Присоединение Alcanivorax borkumensis к каплям гексадекана в искусственной морской воде». Langmuir. 34 (18): 5352–5357. Дои:10.1021 / acs.langmuir.8b00082. ISSN 0743-7463. PMID 29656641.
- ^ Якимов Михаил М .; Голышин, Петр Н .; Ланг, Зигмунд; Мур, Эдвард Р. Б.; Авраам, Вольф-Райнер; Люнсдорф, Генрих; Тиммис, Кеннет Н. (1998). «Alcanivorax borkumensis gen. Nov., Sp. Nov., Новая морская бактерия, разлагающая углеводороды и продуцирующая поверхностно-активные вещества». Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 48 (2): 339–348. Дои:10.1099/00207713-48-2-339. PMID 9731272.