Thermoplasma volcanium

Thermoplasma volcanium es una arquea moderadamente termoacidófila aislado de fuentes hidrotermales ácidas y fumarolas.[1][2] No tiene pared celular y no es móvil.[1] Es anaerobia facultativa.[1][2] No hay clasificaciones filogenéticas anteriores para este organismo.[1] Thermoplasma volcanium se reproduce asexualmente vía fisión binaria y no es patógeno.[1]

Thermoplasma volcanium
Taxonomía
Dominio: Archaea
Filo: Euryarchaeota
Clase: Thermoplasmata
Orden: Thermoplasmatales
Familia: Thermoplasmataceae
Género: Thermoplasma
Especie: T. volcanium
Segerer et al. 1988
Cepas
  • GSS1T
  • A2
  • KD3
  • KD5
  • KD7
  • KO2
  • KS5
  • KS8
  • KS11
  • SL7
  • SLM2
  • YSC3

Descubrimiento y aislamiento

Thermoplasma volcanium fue aislado de fuentes hidrotermales ácidas de las orillas de Vulcano, Italia por Segerer et al. en 1988.[1] Segerer et al. tomaron 20 muestras aeróbicas y 110 anaeróbicas de fumarolas de Italia, Islandia, los Estados Unidos, y Java, Indonesia.[1] Las muestras de ambos ambientes aeróbicos y anaeróbicos contenían individuales del género Thermoplasma, pero eubacteria con forma de barra solamente fueron observados en las muestras aeróbicas.[1] El pH de las muestras fue 0.5-6.5, y la temperatura fue 25 °C-102 °C.[1] Thermoplasma volcanium fue cultivaron a 57 °C usando medio de cultivo Darland modificado (0.05% MgSO4, 0.02% (NH4)2SO4, 0.025% CaCl2*2H2O, y 0.1% extracto de levadura) can concentración de glucosa reducida.[1][2] Segerer et al. establecieron condiciones aeróbicas y anaeróbicas para crecer todos los microbios posibles tomadas de los campos solfatara, dependiendo del funcionamiento metabólico particular de cada microbio.[1] El medio fue adjuntado con un enfriador de aire en un agitador de glicerol para los microbios que utilizan aeróbico respiración para el procesamiento metabólico.[1] El medio anaeróbico contenía cantidades menores de azufre con un proporción de nitrógeno a dióxido de carbono de 4:1.[1] Después de dos días a tres semanas de cultivo, en unas de las muestras anaeróbicas, estaban microbios con morfología similar de la de Thermoplasma conocida.[1] Cultivos de estos microbios eran capaces de crecer en medio anaeróbico.[1]

Etiología

El nombre Thermoplasma es derivado del sustantivo griego therme que significa "calor" y del sustantivo griego plasma, que significa "forma de algo."[1][2] Volcanium es del adjetivo latino volcanium, o "perteneciendo a Volcanus," el dios romano de fuego y herreros. Leyenda dice que él vivió cerca de Vulcano, donde las cepas de esta especie fueron encontrado.[1]

Características

Morfología

La morfología general de Thermoplasma volcanium implica formas diferentes dependiente en su ubicación dentro de la curva del crecimiento.[1] Durante crecimiento logarítmico temprano, las células poseen formas de todos modalidades, incluyendo forma de coco, disco, y barra de aproximadamente 0.2-0.5 micrómetros.[1] Durante crecimiento estacionario y logarítmico final, las células son principalmente esféricas y pueden producer brotes de 0.3 micrómeters en diámetro, que científicos creen contienen ADN.[1] Cada célula posee solamente un flagelo a un extremo polar.[1] Los aislados de Thermoplasma volcanium no tienen envolutra celular ni pared celular.[1]

Genoma

Kawashima et al. secuenció el genoma total de Thermoplasma volcanium usando clonación fragmento.[3] Thermoplasma volcanium posee una genoma circular compuesta de 1.58 megabps (Mbp) con un total de 1,613 genes, 1,543 de que codifican proteínas.[3] El contenido GC del genoma es 39.9%.[3] Thermoplasma volcanium difiere de Thermoplasma acidophilum, que tiene un contenido de GC aproximadamente 7% más grande del de Thermoplasma volcanium.[1] No hay correlación significativa se ha visto entre la temperatura óptima de crecimiento y contenido de GC.[4]

Secuenciación del genoma de varias archaea ha demostrado una correlación positiva entre temperatura óptima de crecimiento y la presencia de combinaciones específicas de dinucleótidos purinas y pirimidinas.[4] La ADN de Thermoplasma volcanium es más flexible del ADN de otra archaea debido de la presencia de conformaciones de purina/pirimidina, en comparación con las arqueas hipertermófilas que contiene la mayoría de purina/purina o pirimidina Emparejamientos/pirimidina.[4]

Crecimiento óptima

Como otras arqueas, Thermoplasma volcanium es extremófilo, específicamente un termoacidófilo. También es altamente móvil, por flagelos. Se encuentra en las fuentes hidrotermales, aguas termales, solfataras, volcanes, y otros lugares acuáticos de calor extremo, pH bajo, y alta salinidad.[1] La falta de pared celular es lo que permite Thermoplasma volcanium sobrevivir y crecer a temperaturas de 33-67 °C (optimal 60 °C) y pH de 1.0-4.0 (optimal 2.0).[4] Para modificar la falta de la pared celular, una membrana de célula especializada está presente dentro de las especies de arqueas; la membrana celular es compone de moléculas unidas por éter de glicerol y ácidos grasos.

Metabolismo

Thermoplasma volcanium es un quimioorganoheterótrofo facultivo anaeróbico que también es capaz de metabolismo litótrofo vía respiración anaerobia de azufre.[1][2] Sus donantes de electrones son compuestos orgánicos de carbono simples a partir de extractos celulares, y sus aceptores de electrones son oxígeno durante respiración aeróbica y azufre elemental durante respiración anaeróbica.[1] En condiciones estrictamente anaerobias, la ausencia de azufre reduce el crecimiento de los aislados, pero todavía hay una pequeña cantidad de crecimiento observable, atribuible a un aceptor de electrones que no ha sido identificado.[1] Porque puede crecer en medio que contiene levadura y glucosa, es posible que Thermoplasma volcanium también scavenges carbono de otros microbios cerca de respiraderos hidrotermales.[2]

Temperatura de crecimiento optimal es correlacionado con la presencia de proteínas individuales en arqueas, especialmente la de proteínas que median vías metabólicas específicas.[4] Por ejemplo, en la mayoría de las hipertermófilas, los precursores de proteínas de hemo desnaturalice a temperaturas altas, a que estos microorganismos prosperan.[4] Por lo tanto, esta ruta metabólica o bien se pierde o se modifica para adaptarse a estas condiciones extremas.[4] En Thermoplasma volcanium, sin embargo, la mayoría de proteínas implicadas en la producción de hemo son intactos.[4] La mayoría de arqueas hipertermófilas utalizan girasa inversa y topoisomerasa VI para modificar la súperhelicidad de su ADN, pero el genoma de Thermoplasma volcanium's usa girasa y topoisomerasa I.[4] En esta manera, Thermoplasma volcanium puede sugerir los mecanismos que subyacen a las adaptaciones evolutivas que permitieron arqueas de sobrevivir en ambientes calurosos.

Relación a Thermoplasma acidophilum

Thermoplasma volcanium es un pariente cercano de Thermoplasma acidophilum.[1] Thermoplasma acidophilum fue aislado de las mismas fuentes hidrotermales ácidas y fumarolas de Thermoplasma volcanium, que índice relación cercana entre los dos y sus características extremófilas.[1] Las dos especies son muy móviles, faltan pared celular, y tienen proteínas como histonas homólogas. Esto indica que ambos fueron producidos por evolución divergente de eukaryotas.[1] La homología entre su ADN es minimal, que causa las diferences entre las dos especies.[1]

Investigaciones

HU histona ADN-proteína de unión

Los investigadores Kawashima et al. mostraron que el genoma de Thermoplasma volcanium codifica la proteína histona que unifica ADN y encontraron un segmento se llama huptvo.[4] Genes similares que codifican proteínas HU han sido descubrido en muchas genomas bacteriales, y es componente vital de ADN bacterial y funciones metabólicas.[4][5] Investigaciones adicionales en esta proteína pudiera ayudar a determinar las relaciones evolutivas entre las interacciones proteína-ADN en bacterias y arqueas.[5] La capacidad de Thermoplasma volcanium funcionar en ambientes aeróbias y anaeróbias han hecho que sea una parte importante de la investigación sobre la hipótesis de endosimbiosis.[5]

Usos potenciales en biotecnología

Las características extremófilas y la falta de una pared celular permite Thermoplasma volcanium funcionar a altas temperaturas y niveles altos de acidez.[1][4] Thermoplasma volcanium tiene metabolismo anaeróbio y puede utilizar la respiración de azufre, que puede ser utilizado comercialmente en minería de carbón y la industria petrolera para remover dióxido de azufre de carbón.[1] La quema de carbón es una de las mayores contribuciones hechas por humanos a dióxido de azufre en la atmósfera. Esta gas pueden formar compuestos nocivos, como ácido sulfúrico.[6] Las bacterias que se han demostrado ser capaces desulfuración (como Thermoplasma volcanium) pueden ser aislado y utilizado para identificar, aislar, y clonar los genes y enzimas asociadas con desulfuración.[6] El nivel de actividad de la vía de desulfuración debe ser incrementado si es ser aprovechada para usos comerciales o ecológicos.[6] Esto podría hacerse por la regulación positiva de la expresión de los genes relevantes o por aumento del número de copias de estos genes.[6] También podría hacerse por aumentando el rendimiento del producto de la vía.[6] Si es posible aprovechar las características extremófilas de Thermoplasma volcanium, a continuación, las operaciones industriales pueden ser más eficientes y así producir menos de azufre, lo que significa menos lluvia ácida. Esto también pudiera ofrecer información sobre el papel de azufre en el calentamiento global.

Referencias
  1. Segerer, Andreas; Langworthy, Thomas A.; Stetter, Karl O. (1988). «Thermoplasma acidophilum and Thermoplasma volcanium sp. nov. from Solfatara Fields». Systematic and Applied Microbiology 10 (2): 161-171. doi:10.1016/S0723-2020(88)80031-6.
  2. Darland, G. (1970). «A thermophilic acidophilic mycoplasm isolated from a coal refuse pile». Science 170: 1416-1418. PMID 5481857. doi:10.1126/science.170.3965.1416.
  3. Kawashima, T. (1999). «Determination of the complete genomic DNA sequence of Thermoplasma volcanium GSS1». Proceedings of the Japan Academy. Ser. B: Physical and Biological Sciences 75 (7): 213-218. doi:10.2183/pjab.75.213.
  4. Kawashima, T; Amano, N; Koike, H (2000). «Archaeal adaptation to higher temperatures revealed by genomic sequence of Thermoplasma volcanium». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 97 (26): 14257-62. PMC 18905. PMID 11121031. doi:10.1073/pnas.97.26.14257.
  5. Orfaniotou, F (2009). «The stability of the archaeal HU histone-like DNA-binding protein from Thermoplasma volcanium». Extremophiles 13: 1-10. doi:10.1007/s00792-008-0190-6.
  6. Kilbane, John (1989). «Desulfurization of coal: the microbial solution». Trends in Biotechnology 7 (4): 97-101. doi:10.1016/0167-7799(89)90007-3.

Lecturas complementarias

Enlaces externos
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