bacterias

Aquifex es un género de bacterias, uno de los pocos en el filo Aquificae. Las dos especies generalmente clasificadas en Aquifexson A. pyrophilus y A. aeolicus. Ambas son hipertermófilas, creciendo mejor en temperaturas acuáticas de 85 a 95 °C. Crecen a menudo cerca de los volcanes subacuáticos o fuentes hidrotermales.¹ A. aeolicus fue descubierto en el norte de Sicilia, mientras que A. pyrophilus fue primero encontrado en el norte de Islandia. Son bacterias verdaderas (del dominio Bacteria) al contrario que otros habitantes de ambientes extremos, las Archaea.²

Ambas especies de Aquifex tienen forma de bacilo con una longitud de 2 a 6 µm y un diámetro de alrededor 0,5 µm. Sonautótrofos Gram-negativos y no forman esporas. Aquifex significa en latín productor de agua, que se refiere al hecho de que su método de respiración produce agua mediante la oxidación de hidrógeno, tiosulfato y azufre con oxígeno como aceptor.

. Aquifex tiende a formar agregados celulares formados por hasta 100 células individuales. A. aeolicus requiere oxígeno sobrevivir, pero puede crecer en niveles de oxígeno de hasta sólo 7,5 PPM. A pyrophilus puede incluso crecer anaeróbicamente reduciendo nitrógeno en vez de oxígeno. Como otras bacterias termófilas, Aquifex tiene aplicaciones importantes en procesos industriales.

El genoma de A aeolicus ha sido secuenciado.^3 ,4 Esto fue relativamente fácil por el hecho de que la longitud del genoma es solamente alrededor de una tercera parte del de E. coli. La comparación del genoma de A aeolicus con el de otros organismos reveló que el alrededor 16% de sus genes proceden del dominio Archaea. Se cree que este género puede ser uno de los más tempranos del dominio del bacteria.

• Son las BACTERIAS MAS ANTIGUAS : Quimiolitotrofas, Autótrofas, LAS MAS
  HIPERTERMÓFILAS del dominio BACTERIA , Aerotolerantes
• Utilizan el Hidrógeno, el Azufre elemental y el Tiosulfato como donadores de electrones y como aceptores el Oxígeno y los Nitratos
• Poseen un cromosoma pequeño (1,55 Mb : 1/3 del genoma de E. coli )
• Géneros representativos: Aquifex, Hydrogenobacter ( aerobio)
  

Aquifex pyrophilus

Aquifex aeolicus fue uno de los primeros divergentes, y es una de las más termófilas, bacterias conocidas. Puede crecer en el hidrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y sales minerales. La maquinaria metabólica compleja necesaria para A. aeolicus funcione como un chemolithoautotroph (un organismo que utiliza una fuente de carbono inorgánico para la biosíntesis y una fuente de energía química inorgánica) está codificada dentro de un genoma que es sólo un tercio del tamaño de la E. coli genoma. Flexibilidad metabólica parece reducirse como resultado de la tamaño del genoma limitado. El uso de oxígeno (aunque en concentraciones muy bajas) como un aceptor de electrones es permitido por la presencia de un aparato respiratorio complejo. Aunque este organismo crece a 95 ° C, el límite térmica extrema de las bacterias, sólo unas pocas indicaciones específicas de thermophily son evidentes a partir del genoma. A continuación se describe la secuencia completa del genoma de 1.551.335 pares de bases de este organismo evolutivamente y fisiológicamente interesante.

Secuencias completas del genoma han sido determinados para una serie de organismos, incluyendo Archaea ¹ , las bacterias ^{2, 3, 4, 5, 6, 7} , y Eukarya ⁸ .Aquí presentamos y explorar la secuencia del genoma de Aquifex aeolicus .Con maxima de crecimiento de la temperatura cerca de 95 ° C, Aquifex pyrophilus y A. aeolicus son las bacterias más termófilas conocidos. Aunque aislada y descrita sólo recientemente ⁹ , estas especies están relacionadas con bacterias filamentosas observadas por primera vez en el cambio de siglo, creciendo a 89 ° C en la salida de aguas termales en el Parque Nacional de Yellowstone ¹⁰ , ¹¹ . La observación de estos conjuntos macroscópicos más tarde un papel decisivo en el impulso de la cultura organismos hyperthermophilic ¹² .

El Aquificaceae representan la familia más profundamente ramificación dentro del dominio bacteriana sobre la base de análisis filogenético de ARN ribosómico 16S Secuencias ¹³ , ¹⁴ , aunque los análisis de secuencias de proteínas individuales varían en su colocación de Aquifex en relación con otros grupos de ^{15, 16, 17, 18} . Los géneros en este grupo, Aquifex y Hydrogenobacter, son termófilas, hidrógeno-oxidante, microaerofílico, obliga quimiolitoautótrofos ⁹ , ^19, 20, 21 . A. aeolicus (aislado por RH y KO Stetter) se cultivó a 85 ° C bajo una H ₂ / CO ₂ / O ₂ (79,5: 19,5: 1,0). atmósfera en un medio que contiene componentes sólo inorgánicos A. aeolicus no crece en un número de sustratos orgánicos, incluyendo azúcares, aminoácidos, extracto de levadura o extracto de carne. A diferencia de su pariente cercano A. pyrophilus, A. aeolicus no se ha demostrado para crecer anaeróbicamente con nitrato como aceptor de electrones en el laboratorio.

Desde el estudio de la fisiología del organismo, varios se pueden hacer predicciones. Como autótrofo, A. aeolicus debe tener genes que codifican proteínas para uno o varios medios de fijación de carbono y un conjunto completo de genes biosintéticos. Como autotrofia es una característica que se distribuye por todo el arqueas y bacterias, la mayoría de los genes asociados se espera que sean de origen antiguo y claramente relacionados con los caracterizados en otros lugares. El autotrofia obligado sugiere una biosintética en lugar de un carácter degradativa. La respiración de oxígeno implica la presencia de genes de utilización y de tolerancia correspondiente. La divergencia temprana del Aquificaceae inferido a partir de secuencias de ARN ribosomal lleva a varias preguntas. ¿Son las maquinarias para el uso de oxígeno y homologa la tolerancia a las que se encuentran en la mitocondria y organismos bien estudiados, tales como Escherichia coli , o fueron inventadas por separado? Si había mucho menos oxígeno cuando se originó el linaje, ¿hay evidencia de uso de oxidantes alternativos?

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Genoma

Características generales del A. aeolicus genoma se enumeran en el Cuadro 1se clasificaron 1.512 marcos de lectura abiertos (ORF) en una de tres categorías, a saber, la tabla identificada 1 (. Nota: Por favor refiérase a la versión en PDF - Tamaño: 162K), hipotética o desconocido. ORFs identificados se clasifican en una de las 57 categorías de funciones celulares adaptados de Riley ²² ( Tabla 1 - PDF Tamaño: 162K). El relativamente alto contenido de G + C de los dos operones 16S-23S-5S rRNA (65%) es característico de rRNAs bacterias termófilas ²³ . El genoma es densamente poblado: la mayoría de los genes son aparentemente expresan en operones polycistronic y muchos genes transcritos convergente se superponen ligeramente. Sin embargo, muchos genes que son funcionalmente agrupan dentro de operones en otros organismos, tales como los de triptófano o histidina vías de biosíntesis, se encuentran dispersos por todo el A. aeolicus genoma o aparece en la novela operones. Incluso cuando se codifican subunidades de la misma enzima, los genes son a menudo separados en el cromosoma (por ejemplo, GLT B y GLT D, los genes que codifican las subunidades grandes y pequeñas de glutamato sintasa). Operon organización de genes para la biosíntesis de los aminoácidos se encuentra tanto en Archaea y bacterias pero no es universal en ninguno de los grupos. A. aeolicus es extrema en que no hay dos genes de biosíntesis de amino ácido se encuentran en el mismo operón. En contraste, los genes necesarios para el transporte de electrones, subunidades hidrogenasa, sistemas de transporte, subunidades ribosómicas, y flagelos están a menudo en operones funcionalmente relacionados en A. aeolicus ( Figura 1 ) ( Nota:Por favor consulte la versión en PDF - Tamaño: 155K). No se detectaron intrones o inteins (elementos de corte y empalme de proteínas) en el genoma.

Se identificó un elemento extracromosómico individual (EPI) durante la secuenciación. Redundancia Secuencia para el proyecto total se calculó en 4,83. La CEPE, sin embargo, está significativamente sobre-representados en relación con el cromosoma; cuando se calcula de forma independiente para los montajes finales, los despidos son 4,73 y 8,76 para el cromosoma y por la CEPE, respectivamente. Por consiguiente, la ECE parece estar presente en aproximadamente el doble del número de copias del cromosoma. Aunque no hay ORFs en la ECE se pueden asignar una función con confianza, a excepción de una transposasa, dos de las proteínas predichas muestran similitud con proteínas hipotéticas en la Methanococcus jannaschii genoma ¹ . Una ORF en la CEPE también está presente en dos copias idénticas en el A. aeolicuscromosoma, proporcionando evidencia de intercambio genético entre los cromosomas y la CEPE.

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Ciclo del ácido tricarboxílico reductiva

Como autótrofo, A. aeolicus obtiene todo el carbono necesario mediante la fijación de CO ₂ desde el entorno. Un ensayo para la actividad del ciclo del ácido tricarboxílico reductora (TCA) en A. pyrophilus extractos celulares mostraron in vitro actividades para cada reacción propuesto ²⁴ . El ciclo TCA reductora (retroceso) fija dos moléculas de CO ₂ para formar acetil-coenzima A (acetil-CoA) y otros intermediarios biosintéticos ²⁵ . El A. aeolicus genoma contiene genes que codifican la malato deshidrogenasa, hidratasa fumarato, fumarato reductasa, succinato-CoA ligasa, ferredoxina oxidorreductasa, isocitrato deshidrogenasa, aconitasa y citrato sintasa, que en conjunto podrían constituir la vía TCA. No hay evidencia bioquímica para vías de carbono de fijación alternativos en A. pyrophilus ²⁴ , ²⁵ ni hay pruebas de secuencia para dichas vías en A. aeolicus .

El ciclo de Krebs es vital, ya que proporciona los sustratos de muchas rutas biosintéticas. (Está más allá del alcance de este informe al detalle estas rutas biosintéticas, pero parece ser típicamente bacteriana y genes candidatos para todos o la mayoría de las enzimas han sido identificados en A. aeolicus .) El papel central del ciclo TCA es enfatizado por la duplicación de muchos de sus genes constituyentes en A.aeolicus . Dos genes codifican proteínas que son similares a la malato deshidrogenasa (además de una lactato deshidrogenasa).El fumarato hidratasa se ​​divide en subunidades amino- y carboxi-terminales, como es el caso en M. jannaschii ¹ . Genes disociados que codifican dos proteínas hierro-azufre de fumarato reductasa (alternativamente succinato deshidrogenasa) acompañan a una sola subunidad flavoproteína. Dos conjuntos de genes que se asemejan succinato-CoA ligasa (tanto el - y subunidades) están presentes. A. aeolicus tiene dos operones que codifican putativos de cuatro subunidad ( , , , ) oxidorreductasas ferredoxina 2-ácido; miembros de esta familia catalizan reversible carboxilación / descarboxilación del piruvato, 2-isoketovalerate, o 2-oxoglutarato con diferentes especificidad ²⁶ .Estos genes duplicados pueden codificar proteínas paralogous con especificidad de sustrato única, en oposición a las funciones redundantes. Por ejemplo, un paralogue de succinato-CoA ligasa puede activar con citrato de coenzima A para formar citryl-CoA, que la citrato sintasa puede escindir para producir oxaloacetato y acetil-CoA.

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La gluconeogénesis través de la vía de Embden-Meyerhof-Parnas

Creciendo autotrófico, A. aeolicus debe sintetizar pentosa y hexosa monosacáridos a partir de productos del ciclo TCA reductora. El piruvato producido por oxidorreductasa ferredoxina piruvato o piruvato carboxilasa (descarboxilasa oxalacetato) ²⁴ puede entrar en la vía de Embden-Meyerhof-Parnas de la glucólisis y gluconeogénesis. Los genes que codifican la fructosa-1,6-bisfosfatasa, una enzima esencial en la gluconeogénesis E. coli , no han sido identificados en los genomas de la autótrofos A. aeolicus o M. jannaschii ¹, lo que sugiere que puede existir una vía no identificado. El A. aeolicusgenoma también codifica las enzimas de la vía de pentosa-fosfato y enzimas para la síntesis de glucógeno y el catabolismo. Hemos encontrado ninguno (fosfo) dehydrase gluconato ni 2-ceto-3-desoxi (6-fosfo) aldolasa gluconato de la vía de Entner-Doudoroff.