Thermococcus -Thermococcus

Thermococcus
Videnskabelig klassificering
Domæne:
Archaea
Kongerige:
Euryarchaeota
Phylum:
Euryarchaeota
Klasse:
Termokokker
Bestille:
Termokokker
Familie:
Thermococcaceae
Slægt:
Thermococcus
Arter

I taksonomi er Thermococcus en slægt af termofile Archaea i familien Thermococcaceae .

Medlemmer af slægten Thermococcus er typisk uregelmæssigt formede coccoidarter, der varierer i størrelse fra 0,6-2,0 μm i diameter. Nogle arter af Thermococcus er ubevægelige, og nogle arter har motilitet og bruger flagella som deres vigtigste bevægelsesform. Disse flageller eksisterer typisk ved en bestemt pol i organismen. Denne bevægelse er set ved stuetemperatur eller ved høje temperaturer, afhængigt af den specifikke organisme. I nogle arter kan disse mikroorganismer aggregeres og danne hvidgrå plaketter. Arter under Thermococcus trives typisk ved temperaturer mellem 60 og 105 ° C, enten i nærvær af sorte rygere (hydrotermiske ventilationsåbninger) eller ferskvandskilder. Arter i denne slægt er strengt anaerobe og er termofile, der findes i forskellige dybder, såsom i hydrotermiske ventilationsåbninger 2500m under havoverfladen, men også centimeter under vandoverfladen i geotermiske kilder. Disse organismer trives ved pH-niveauer på 5,6-7,9. Medlemmer af denne slægt er fundet i mange hydrotermiske udluftningssystemer i verden, herunder fra Japans hav, ud for Californiens kyster. Natriumchloridsalt er typisk til stede på disse steder med en koncentration på 1% -3%, men er ikke et påkrævet substrat for disse organismer, da en undersøgelse viste, at Thermococcus- medlemmer lever i ferskvandssystemer i New Zealand, men de kræver en lav koncentration af lithiumioner til vækst. Thermococcus -medlemmer beskrives som heterotrofe, kemotrofe og er organotrofe sulfanogener; ved anvendelse af elementære svovl- og carbonkilder, herunder aminosyrer, kulhydrater og organiske syrer, såsom pyruvat.

Metabolisme

Metabolsk er Thermococcus spp. har udviklet en anden form for glykolyse end eukaryoter og prokaryoter. Et eksempel på en metabolisk vej for disse organismer er metabolismen af ​​peptider, der sker i tre trin: først katalyseres hydrolyse af peptiderne til aminosyrer af peptidaser, derefter omdannes aminosyrerne til ketosyrer af aminotransferaser, og endelig frigives CO 2 fra den oxidative decarboxylering eller ketosyrerne af fire forskellige enzymer, som producerer coenzym A -derivater, der bruges i andre vigtige metaboliske veje. Thermococcus- arter har også enzymet rubisco (ribulose-1,5-bisphosphatcarboxylase/oxygenase), som er fremstillet af enzymer involveret i metabolismen af ​​nukleinsyrer i Thermococcus kodakarensis , der viser, hvor integrerede disse metaboliske systemer virkelig er for disse hypertermofile mikroorganismer. Nogle næringsstoffer er begrænsende i Thermococcus cellevækst. Næringsstoffer, der påvirker cellevæksten mest i termokokarter, er kulstof- og nitrogenkilder. Da termokokarter ikke metabolisk genererer alle nødvendige aminosyrer, skal nogle tilvejebringes af det miljø, hvor disse organismer trives. Nogle af disse nødvendige aminosyrer er leucin, isoleucin og valin (de forgrenede aminosyrer). Når Thermococcus- arter suppleres med disse aminosyrer, kan de metabolisere dem og producere acetyl-CoA eller succinyl-CoA, som er vigtige forstadier, der bruges i andre metaboliske veje, der er afgørende for cellulær vækst og respiration. Thermococcus onnurineus mangler generne for purin nukleotid biosyntese og således afhængig af miljømæssige kilder til at opfylde sine purin krav. Med dagens teknologi er Thermococcus -medlemmer relativt lette at dyrke i laboratorier og betragtes derfor som modelorganismer til undersøgelse af ekstremofilers fysiologiske og molekylære veje. Thermococcus kodakarensis er et eksempel på en model Thermococcus -art, en mikroorganisme, hvor hele sit genom er undersøgt og replikeret.

Økologi

Termokokarter kan vokse mellem 60 og 80 ° C, hvilket giver dem en stor økologisk fordel for at være de første organismer til at kolonisere nye hydrotermiske miljøer. Nogle thermococcal arter producerer CO 2 , H 2 og H 2 S som produkter af metabolisme og respiration. Frigivelserne af disse molekyler bruges derefter af andre autotrofe arter, hvilket hjælper mangfoldigheden af ​​hydrotermiske mikrobielle samfund. Denne form for kontinuerlig berigelseskultur spiller en afgørende rolle i økologien i dybhavs hydrotermiske ventilationsåbninger, hvilket tyder på, at termokokker interagerer med andre organismer via metabolitudveksling, hvilket understøtter væksten af ​​autotrofer. Thermococcus arter at frigivelse H 2 med anvendelse af flere hydrogenases (herunder CO-afhængige hydrogenases) er blevet betragtet som potentielle biokatalysatorer til vand-gas shift reaktion.

Transportmekanismer

Thermococcus -arter er naturligt kompetente til at optage DNA og inkorporere donor -DNA i deres genomer via homolog rekombination. Disse arter kan producere membranvesikler (MV'er), dannet ved spirende fra de yderste cellulære membraner, som kan fange og opnå plasmider fra tilstødende Archaea -arter for at overføre DNA'et til enten sig selv eller omgivende arter. Disse MV'er udskilles fra cellerne i klynger og danner nanosfærer eller nanorør, hvilket holder de indre membraner kontinuerlige. Kompetence til DNA -overførsel og integration af donor -DNA i modtagergenomet ved homolog rekombination er almindelig i archaea og ser ud til at være en tilpasning til reparation af DNA -skader i modtagercellerne (se Archaea -underafsnittet "Genoverførsel og genetisk udveksling").
Thermococcus -arter producerer adskillige MV'er, der overfører DNA, metabolitter og endda toksiner i nogle arter; endvidere beskytter disse MV'er deres indhold mod termisk nedbrydning ved at overføre disse makromolekyler i et beskyttet miljø. MV'er forhindrer også infektioner ved at fange virale partikler. Sammen med transport af makromolekyler bruger Thermococcus -arter MV'er til at kommunikere med hinanden. Desuden bruges disse MV'er af en bestemt art ( Thermococcus coalescens ) til at angive, hvornår aggregering skal forekomme, så disse typisk encellede miroorganismer kan smelte sammen til en massiv enkeltcelle.
Det er blevet rapporteret, at Thermococcus kodakarensis har fire viruslignende integrerede genelementer, der indeholder subtilisinlignende serinproteaseforstadier. Til dato er kun to vira blevet isoleret fra Thermococcus spp., PAVE1 og TPV1. Disse vira findes i deres værter i en bærerstat.
Processen med DNA -replikation og forlængelse er blevet grundigt undersøgt i T. kodakarensis . DNA -molekylet er en cirkulær struktur bestående af ca. 2 millioner basepar i længden og har mere end 2.000 sekvenser, der koder for proteiner.

Fremtidens teknologi

Et enzym fra Thermococcus , Tpa-S DNA-polymerase, har vist sig at være mere effektivt i lang og hurtig PCR end Taq-polymerase. Tk-SP, et andet enzym fra T. kodakarensis , kan nedbryde unormale prionproteiner (PrPSc); prioner er fejlfoldede proteiner, der kan forårsage dødelige sygdomme i alle organismer. Tk-SP viser bred substratspecificitet og nedbrudte prioner eksponentielt i laboratoriemiljøet. Dette enzym kræver ikke calcium eller noget andet substrat for at folde, så det viser stort potentiale i undersøgelser hidtil. Yderligere undersøgelser er blevet koordineret på phosphoserinphosphatase (PSP) enzymet af T. onnurineus , som udgjorde en væsentlig komponent i reguleringen af ​​PSP -aktivitet. Disse oplysninger er nyttige for lægemiddelvirksomheder, fordi unormal PSP -aktivitet fører til et stort fald i seriniveauer i nervesystemet, hvilket forårsager neurologiske sygdomme og komplikationer.
Thermococcus spp. kan øge guldminedriftseffektiviteten op til 95% på grund af deres specifikke evner inden for bioleaching.

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links