Wikipedia

Thermococcus

Thermococcus
Clasificación científica
Dominio: Archaea
Reino: Euryarchaeota
Filo: Euryarchaeota
Clase: Thermococci
Orde: Thermococcales
Familia: Thermococcaceae
Xénero: ''Thermococcus''
Especies
Sinonimia
  • Thermococcus Zillig 1983

Thermococcus é un xénero de microorganismos termófilos extremos do dominio das arqueas pertencente á familia Thermococcaceae.[1]
Todos os membros deste xénero teñen características termofílicas-hipertermofílicas.[2] Estes microorganismos teñen formas cocoides tipicamente irregulares, con tamaños entre 0,6 e 2,0 μm de diámetro.[3] Algunhas especies de Thermococcus son inmóbiles e outras móbiles con flaxelos.[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13] Estes flaxelos están situados normalmente nun polo específico do organismo.[13] Este movemento observouse a temperaturas moderadas e a altas, dependendo da especie.[14] Nalgunhas especies estes organismos poden agregarse e formar placas de cor gris clara,[13] e todos poden vivir a temperaturas entre 70-<100 °C,[2][3][4][5][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21] en chemineas negras hidrotermais mariñas ou en fontes termais de auga doce,[22] en concentracións salinas (NaCl) de 1%-3%.[19] As especies do xénero son estritamente anaerobias,[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21] e a maioría son barófilas (viven a altas presións) á vez que termófilas,[2][3][4][5][6][7][8] e poden vivir a profundidades entre 60-<300 m.[11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21] Estes organismos prosperan a pHs entre 5,6 e 7,9.[23] Membros deste xénero encontráronse en moitos sistemas de chemineas hidrotermais por todo o mundo, desde os mares do Xapón,[24] ás costas de California.[25] Sorprendentemente, non requiren sal (NaCl) como substrato,[26][27] e un estudo mostrou que membros do xénero vivían en sistemas de augas doces quentes en Nova Zelandia,[22] aínda que requirían unha concentración baixa de litio para crecer.[28] Os membros de Thermococcus descríbense como heterótrofos, quimiótrofosc[2][3][4][5] e sulfáxenos organotróficos;[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21] que utilizan xofre elemental (S0) e fontes de carbono como aminoácidos, carbohidratos, e ácidos orgánicos como o piruvato.[29]

Metabolismo

editar

Metabolicamente, Thermococcus ten algunhas peculiaridades; por exemplo, desenvolveu unha forma diferente da habitual de glicólise.[29][30] Un exemplo de vía metabólica deste organismo é o metabolismo dos péptidos,[29] que ocorre en tres etapas: primeiro, hai unha hidrólise de péptidos a aminoácidos catalizada por peptidases,[30] despois, hai unha conversión dos aminoácidos en cetoácidos catalizada por aminotransferases,[29] e, finalmente, libérase CO2 na descarboxilación oxidativa dos cetoácidos na que interveñen catro encimas,[30] na cal se producen derivados de coencima A que se utilizan noutras vías metabólicas importantes.[30] As especies de Thermococcus tamén teñen o encima Rubisco,[31][32] que non se utiliza no ciclo de Calvin senón no metabolismo de nucleótidos e serve para introducir o azucre dos nucleótidos no metabolismo central do carbono en Thermococcus kodakarensis,[29][30][32] o que indica o integrados que están estes sistemas metabólicos nestes microorganismos hipertermófilos.[32] Algúns nutrientes son limitantes para o crecemento de Thermococcus,[32] entre os cales os máis determinantes son as fontes de carbono e nitróxeno.[32] Como as especies de Thermococcus non xeran no seu metabolismo todos os aminoácidos que precisan, algúns deben obtelos procedentes do ambiente onde viven, como é o caso da leucina, isoleucina, e valina (os aminoácidos de cadea lateral ramificada).[32] Cando se suplementa con estes aminoácidos ás especies de Thermococcus, estas poden metabolizalos e producir acetil-CoA ou succinil-CoA,[32] que son importantes precursores utilizados noutras vías metabólicas esenciais para o crecemento celular e a respiración.[32] Coa tecnoloxía actual, os membros de Thermococcus son relativamente fáciles de cultivar no laboratorio,[33] polo que se consideran organismos modelo para o estudo da fisioloxía e vías moleculares dos extremófilos.[34][35] Thermococcus kodakarensis é un exemplo de especie modelo, un microorganismo do cal se examinou e replicou todo o seu xenoma.[35][36]

Ecoloxía

editar

As especies de Thermococcus crecen entre os 60 e os 80 °C, o que lles dá unha grande vantaxe ecolóxica ao seren os primeiros organismos que colonizan os novos ambientes hidrotermais.[37][38][39] Algunhas das especies producen CO2, H2, e H2S como produtos do seu metabolismo e respiración.[35] Estes compostos liberados son utilizados por outras especies autótrofas, o que favorece a diversidade das comunidades microbianas hidrotermais.[38] Este tipo de cultivo de enriquecemento continuo xoga un papel fundamental na ecoloxía das fontes hidrotermais do océano profundo,[40] o que suxire que os Thermococcus interaccionan con outros organismos por medio do intercambio de metabolitos que sostén o crecemento dos autótrofos.[38] As especies de Thermococcus que liberan H2 utilizando múltiples hidroxenases (incluíndo as hidroxenases dependentes de CO) considéranse biocatalizadores potenciais nas reaccións de desprazamento auga-gas como: CO + H2O → CO2 + H2.[41][42]

Mecanismos de transporte

editar

Os membros de Thermococcus son naturalmente competentes para captar ADN e incorporar o ADN doante nos seus xenomas por recombinación homóloga.[43] Estas especies poden producir vesículas de membrana,[43] formadas por evaxinación desde a membrana celular externa,[43][44] que poden capturar e obter plásmidos de especies de arqueas veciñas para transferiren o ADN ao seu propio interior ou a outras especies.[43] Estas vesículas son segregadas desde as células en grupos, formando nanosferas ou nanotubos,[44] e mantendo a continuidade das membranas internas.[43]
Un estudo indicou que as especies de Thermococcus producen numerosas vesículas de membrana, transferindo así ADN, metabolitos, e mesmo toxinas nalgunhas especies;[44] ademais, estas vesículas de membrana protexen os seus contidos contra a termodegradación ao transferiren estas macromoléculas nun ambiente protexido.[43][44] As vesículas de membrana tamén impiden as infeccións por partículas de virus capturadas.[44] Xunto co transporte de macromoléculas, os membros de Thermococcus utilizan as vesículas para comunicarse unhas con outras.[43] Ademais, estas vesículas utilízanse por especies específicas (Thermococcus coalescens) para indicar cando debería ter lugar a agregación,[43] de modo que estes microorganismos unicelulares poden fusionarse formando unha soa célula masiva.[43]
Informouse que T. kodakarensis ten catro elementos xénicos e tipo vírico integrados que conteñen precursores de serina proteases de tipo subtilisina.[45] Ata o momento, só se illaron dous virus de membros de Thermococcus, o PAVE1 e o TPV1.[45] Estes virus existen nos seus hóspedes en estado de portador.[45]
O proceso da replicación do ADN e elongación foi moi estudado en T. kodakarensis.[45] A molécula de ADN é unha estrutura circular duns 2 millóns de pares de bases, e ten máis de 2.000 secuencias codificadoras de proteínas.[45]

Futura tecnoloxía

editar

Un encima de Thermococcus, a Tpa-S ADN polimerase, é máis eficiente no seu uso na técnica da PCR rápida e longa que a Taq polimerase xeralmente utilizada.[46] A Tk-SP é outro encima de T. kodakarensis,[46][47] que pode degradar proteínas priónicas anormais (PrPSc);[46] os prións son proteínas incorrectamente pregadas que causan graves doenzas en todos os organismos.[46] A Tk-SP ten unha ampla especificidade de substrato, e degrada prións exponencialmente no laboratorio.[46] Este encima non require calcio nin ningún outro substrato para pregarse, e, por tanto, mostrou ter un grande potencial nos estudos feitos ata agora.[46] Outros estudos realizáronse sobre o encima PSP (fosfoserina fosfatase) de T. onnurineus, e proporcionaron un compoñente esencial na regulación da actividade da PSP.[47] Esta información é útil para as compañías farmacéuticas, porque a actividade da PSP anormal causa un descenso importante nos niveis de serina do sistema nervioso, causando enfermidades neurolóxicas e complicacións.[47]
Un estudo atopou que os membros da familia á que pertence Thermococcus poden incrementar a eficiencia da minaría do ouro ata un 85-95% debido ás súas capacidades específicas de biolixiviación.[48]

Notas

editar
  1. ↑ Ver no NCBI a páxina para Thermococcus. Datos extraídos de "NCBI taxonomy resources". National Center for Biotechnology Information. Consultado o 2014-07-02. 
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Amenabar, M. J., et al. (2013). "Archaeal diversity from hydrothermal systems of Deception Island, Antarctica." Polar Biology 36(3): 373-380.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 Francesco Canganella, W. J. J., Agata Gambacorta, and Garabed Antranikian (1998). "Thermococcus guaymasensis sp. nov. and Thermococcus aggregans sp. nov., two novel thermophilic archaea isolated from the Guaymas Basin hydrothermal vent site." International Journal of Systematic Bacteriology 48(1): 6.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 Schut, G. J., et al. (2013). "The modular respiratory complexes involved in hydrogen and sulfur metabolism by heterotrophic hyperthermophilic archaea and their evolutionary implications."Fems Microbiology Reviews 37(2): 182-203.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Yuusuke Tokooji, T. S., Shinsuke Fujiwara, Tadayuki Imanaka and Haruyuki Atomi (2013). "Genetic Examination of Initial Amino Acid Oxidation and Glutamate Catabolism in the Hyperthermophilic Archaeon Thermococcus kodakarensis." Journal of Bacteriology: 10.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Bezsudnova, E. Y., et al. (2012). "Structural insight into the molecular basis of polyextremophilicity of short-chain alcohol dehydrogenase from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus sibiricus." Biochimie 94(12): 2628-2638.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Cho, S. S., et al. (2012). "Characterization and PCR application of a new high-fidelity DNA polymerase from Thermococcus waiotapuensis." Enzyme and Microbial Technology 51(6-7): 334-341.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Atomi, H., et al. (2013). "CoA biosynthesis in archaea." Biochemical Society Transactions 41: 427-431.
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 Lee, J., et al. (2012). "Hydrogen production from C1 compounds by a novel marine hyperthermophilic archaeon Thermococcus onnurineus NA1." International Journal of Hydrogen Energy 37(15): 11113-11121.
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 Aono, R., et al. (2012). "Enzymatic Characterization of AMP Phosphorylase and Ribose-1,5-Bisphosphate Isomerase Functioning in an Archaeal AMP Metabolic Pathway." Journal of Bacteriology 194(24): 6847-6855.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 Jaime Andres Rivas-Pardo, A. H.-M., Victor Castro-Fernandez, Francisco J. Fernandez, M. Cristina Vega, and Victoria Guixe (2013). "Crystal Structure, SAXS and Kinetic Mechanism of Hyperthermophilic ADP-Depended Glucokinase from Thermococcus litoralis Reveal a Conserved Mechanism for Catalysis " PLoS ONE: 12.
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 Rogatykh, S. V., et al. (2013). "Evaluation of Quantitative and Qualitative Composition of Cultivated Acidophilic Microorganisms by Real-Time PCR and Clone Library Analysis." Microbiology 82(2): 210-214.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 13,5 13,6 Tae-Yang Jung, Y.-S. K., Byoung-Ha Oh, and Euijeon Woo (2012). "Identification of a novel ligand binding site in phosphoserine phosphatase from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus onnurineus." Wiley Periodicals: 11.
  14. ↑ 14,0 14,1 14,2 14,3 14,4 Tagashira, K., et al. (2013). "Genetic studies on the virus-like regions in the genome of hyperthermophilic archaeon, Thermococcus kodakarensis." Extremophiles 17(1): 153-160.
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 15,3 Gorlas, A. and C. Geslin (2013). "A simple procedure to determine the infectivity and host range of viruses infecting anaerobic and hyperthermophilic microorganisms." Extremophiles 17(2): 349-355.
  16. ↑ 16,0 16,1 16,2 16,3 Krupovic, M., et al. (2013). "Insights into Dynamics of Mobile Genetic Elements in Hyperthermophilic Environments from Five New Thermococcus Plasmids." PLoS ONE 8(1).
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 17,3 Adrian Hetzer, H. W. M., Ian R. McDonald, Christopher J. Daughney (2007). "Microbial life in Champagne Pool, a geothermal spring in Waiotapu, New Zealand." Extremophiles 11:10.
  18. ↑ 18,0 18,1 18,2 18,3 Tomohiro Kato, X. L., Hiroyuki Asanuma (2012). "Model of Elongation of Short DNA Sequence by Thermophilic DNA Polymerase under Isothermal Conditions." Biochemistry 51: 8.
  19. ↑ 19,0 19,1 19,2 19,3 19,4 Kim, B. K., et al. (2012). "Genome Sequence of an Oligohaline Hyperthermophilic Archaeon, Thermococcus zilligii AN1, Isolated from a Terrestrial Geothermal Freshwater Spring." Journal of Bacteriology 194(14): 3765-3766.
  20. ↑ 20,0 20,1 20,2 20,3 Annmarie Neumer, H. W. J., Shimshon Belkin, and Karl O. Stetter (1990). "Thermococcus litoralis sp. nov.: A new species of extremely thermophilic marine archaebacteria." Arch Microbiology 153(1): 3.
  21. ↑ 21,0 21,1 21,2 21,3 James F. Holden, K. T., Melanie Summit, Sheryl Bolton, Jamie Zyskowski, John A. Baross (2000). "Diversity among three novel groups of hyperthermophilic deep-sea Thermococcus species from three sites in the northeastern Pacific Ocean." FEMS Microbiology Ecology 36: 10.
  22. ↑ 22,0 22,1 Elisabeth Antoine, J. G., J. R. Meunier, F. Lesongeur, G. Barbier (1995). "Isolation and Characterization of Extremely Thermophilic Archaebacteria Related to the Genus Thermococcus from Deep-Sea Hydrothermal Guaymas Basin." Current Microbiology 31: 7.
  23. ↑ Kazuo Tori, S. I., Shinichi Kiyonari, Saki Tahara, Yoshizumi Ishino (2013). "A Novel Single-Strand Specific 3'-5' Exonuclease Found in the Hyperthermophilic Archaeon, Pyrococcus furiosus." PLoS ONE 8: 9.
  24. ↑ Cui, Z. C., et al. (2012). "High level expression and characterization of a thermostable lysophospholipase from Thermococcus kodakarensis KOD1." Extremophiles 16(4): 619-625.
  25. ↑ Ryo Uehara, S.-i. T., Kazufumi Takano, Yuichi Koga, Shigenori Kanaya (2012). "Requirement of insertion sequence IS1 for thermal adaptation of Pro-Tk-subtilisin from hyperthermophilic archaeon." Extremophiles 16: 11.
  26. ↑ Cubonova, L., et al. (2012). "An Archaeal Histone Is Required for Transformation of Thermococcus kodakarensis." Journal of Bacteriology 194(24): 6864-6874.
  27. ↑ Anne Postec, F. L., Patricia Pignet, Bernard Ollivier, Joel Querellou, Anne Godfroy (2007). "Continuous enrichment cultures: insights into prokaryotic diversity and metabolic interactions in deep-sea vent chimneys." Extremophiles 11: 10.
  28. ↑ Jed O. Eberly, R. L. E. (2008). "Thermotolerant Hydrogenases: Biological Diversity, Properties, and Biotechnological Applications." Critical Reviews in Microbiology 34: 14.
  29. ↑ 29,0 29,1 29,2 29,3 29,4 Ozawa, Y., et al. (2012). "Indolepyruvate ferredoxin oxidoreductase: An oxygen-sensitive iron-sulfur enzyme from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus profundus." Journal of Bioscience and Bioengineering 114(1): 23-27.
  30. ↑ 30,0 30,1 30,2 30,3 30,4 Zhang, Y., et al. (2012). "Sulfur Metabolizing Microbes Dominate Microbial Communities in Andesite-Hosted Shallow-Sea Hydrothermal Systems." PLoS ONE 7(9).
  31. ↑ Sato T, Atomi H, Imanaka T. Archaeal type III RuBisCOs function in a pathway for AMP metabolism. Science. 2007 Feb 16;315(5814):1003-6. PMID 17303759
  32. ↑ 32,0 32,1 32,2 32,3 32,4 32,5 32,6 32,7 Davidova, I. A., et al. (2012). "Involvement of thermophilic archaea in the biocorrosion of oil pipelines." Environmental Microbiology 14(7): 1762-1771.
  33. ↑ Guy D. Duffaud, O. B. d. H., Andrew S. Peek, Anna-Louise Reysenbach, Robert M. Kelly (1998). "Isolation and Characterization of Thermococcus barossii, sp. nov., a Hyperthermophilic Archaeon Isolated from a Hydrothermal Vent Flange Formation." Systematic and Applied Microbiology 21: 10.
  34. ↑ Petrova, T., et al. (2012). "ATP-dependent DNA ligase from Thermococcus sp 1519 displays a new arrangement of the OB-fold domain." Acta Crystallographica Section F-Structural Biology and Crystallization Communications 68: 1440-1447.
  35. ↑ 35,0 35,1 35,2 Amend, J. P. (2009). "A brief review of microbial geochemistry in the shallow-sea hydrothermal system of Vulcano Island (Italy)." Freiberg Online Geology 22: 7.
  36. ↑ Hughes, R. C., et al. (2012). "Inorganic pyrophosphatase crystals from Thermococcus thioreducens for X-ray and neutron diffraction." Acta Crystallographica Section F-Structural Biology and Crystallization Communications 68: 1482-1487.
  37. ↑ Itoh, T. (2003). "Taxonomy of Nonmethanogenic Hyperthermophilic and Related Thermophilic Archaea." Journal of Bioscience and Bioengineering 96(3): 10.
  38. ↑ 38,0 38,1 38,2 Yao Zhang, Z. Z., Chen-Tung Arthur Chen, Kai Tang, Jianqiang Su, Nianzhi Jiao (2012). "Sulfur Metabolizing Microbes Dominate Microbial Communities in Andesite-Hosted Shallow-Sea Hydrothermal Systems." PLoS ONE 7(9): 11.
  39. ↑ Yumani Kuba, S. I., Takeshi Yamagami, Masahiro Tokuhara, Tamotsu Kanai, Ryosuke Fujikane, Hiromi Daiyasu, Haruyuki Atomi, Yoshizumi Ishino (2012). "Comparative analyses of the two proliferating cell nuclear antigens from the hyperthermophilic archaeon, Thermococcus kodakarensis." Genes to Cells 17: 15.
  40. ↑ Hakon Dahle, F. G., Marit Madsen, Nils-Kare Birkeland (2008). "Microbial community structure analysis of produced water from a high-temperature North Sea oil-field." Antonie van Leeuwenhoek 93: 13.
  41. ↑ Min-Sik Kim, Seung Seob Bae, Yun Jae Kim, Tae Wan Kim, Jae Kyu Lim, Seong Hyuk Lee, Ae Ran Choi, Jeong Ho Jeon, Jung-Hyun Lee, Hyun Sook Lee e Sung Gyun Kanga. CO-Dependent H2 Production by Genetically Engineered Thermococcus onnurineus NA1. Appl. Environ. Microbiol. March 2013 vol. 79 no. 6 2048-2053. [1] Arquivado 18 de setembro de 2019 en Wayback Machine.
  42. ↑ Ppyun, H., et al. (2012). "Improved PCR performance using mutant Tpa-S DNA polymerases from the hyperthermophilic archaeon Thermococcus pacificus." Journal of Biotechnology 164(2): 363-370.
  43. ↑ 43,0 43,1 43,2 43,3 43,4 43,5 43,6 43,7 43,8 Marguet, E., et al. (2013). "Membrane vesicles, nanopods and/or nanotubes produced by hyperthermophilic archaea of the genus Thermococcus." Biochemical Society Transactions 41: 436-442.
  44. ↑ 44,0 44,1 44,2 44,3 44,4 Gaudin, M., et al. (2013). "Hyperthermophilic archaea produce membrane vesicles that can transfer DNA." Environmental Microbiology Reports 5(1): 109-116.
  45. ↑ 45,0 45,1 45,2 45,3 45,4 Li, Z., et al. (2013). "Thermococcus kodakarensis DNA replication." Biochemical Society Transactions 41: 332-338.
  46. ↑ 46,0 46,1 46,2 46,3 46,4 46,5 Azumi Hirata, Y. H., Jun Okada, Akikazu Sakudo, Kazuyoshi Ikuta, Shigenori Kanaya, and Kazufumi Takano (2013). "Enzymatic activity of a subtilisin homolog, Tk-SP, from Thermococcus kodakarensis in detergents and its ability to degrade the abnormal prion protein " BMC Biotechnology 13: 7.
  47. ↑ 47,0 47,1 47,2 Trofimov, A. A., et al. (2012). "Influence of intermolecular contacts on the structure of recombinant prolidase from Thermococcus sibiricus." Acta Crystallographica Section F-Structural Biology and Crystallization Communications 68: 1275-1278.
  48. ↑ Muhammad Nisar, N. R., Qamar Bashir, Qurra-tul-Ann Gardener, Muhammad Shafiq, and Muhammad Akhtar (2013). "TK 1299, a highly thermostable NAD(P)H oxidase from Thermococcus kodakaraensis exhibiting higher enzymatic activity with NADPH." Journal of Bioscience and Bioengineering 116(1): 5.

Véxase tamén

editar

Bibliografía

editar
Revistas científicas
  • Judicial Commission of the International Committee on Systematics of Prokaryotes (2005). "The nomenclatural types of the orders Acholeplasmatales, Halanaerobiales, Halobacteriales, Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, Planctomycetales, Prochlorales, Sulfolobales, Thermococcales, Thermoproteales and Verrucomicrobiales are the genera Acholeplasma, Halanaerobium, Halobacterium, Methanobacterium, Methanococcus, Methanomicrobium, Planctomyces, Prochloron, Sulfolobus, Thermococcus, Thermoproteus and Verrucomicrobium, respectively. Opinion 79". Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55 (Pt 1): 517–518. PMID 15653928. doi:10.1099/ijs.0.63548-0. 
  • Zillig W, Holz I, Klenk HP, Trent J, Wunderl S, Janekovic D, Imsel E, Haas B (1987). "Pyrococcus woesei, sp. nov., an ultra-thermophilic marine Archaebacterium, representing a novel order, Thermococcales". Syst. Appl. Microbiol. 9: 62–70. doi:10.1016/S0723-2020(87)80057-7. 
  • Zillig W, Holz L, Janekovic D, Schafer W, Reiter WD (1983). "The archaebacterium Thermococcus celer represents a novel genus within the thermophilic branch of the archaebacteria". Syst. Appl. Microbiol. 4: 88–94. doi:10.1016/S0723-2020(83)80036-8. 
Bases de datos científicas

Ligazóns externas

editar
Traído desde «https://gl.wikipedia.org/w/index.php?title=Thermococcus&oldid=6680257»