Псевдомонады -Pseudomonas
Pseudomonas представляет собой род из грамотрицательных , гамма-протеобактерии , принадлежащий к семейству Pseudomonadaceae и содержащий 191 правомерно описанных видов. Члены этого рода демонстрируют большое метаболическое разнообразие и, следовательно, способны колонизировать широкий спектр ниш. Простота культивирования in vitro и доступность растущего числа геномных последовательностейштамма Pseudomonas сделали этот род отличным местом для научных исследований; наиболее изученными видами являются P. aeruginosa в качестве условно- патогенного микроорганизма человека, возбудитель растений P. syringae , почвенная бактерия P. putida и способствующие росту растений P. fluorescens , P. lini , P. migulae и P. graminis .
Из-за их широкого распространения в воде и семенах растений , таких как двудольные , псевдомонады были обнаружены в начале истории микробиологии . Родовое название Pseudomonas, созданное для этих организмов, было определено Вальтером Мигулой в 1894 и 1900 годах довольно расплывчато как род грамотрицательных, палочковидных и полярно- флагеллированных бактерий с некоторыми спорообразующими видами. Последнее утверждение позже оказалось неверным и связано с преломляющими гранулами запасных материалов. Несмотря на расплывчатое описание, типовой вид Pseudomonas pyocyanea (базоним Pseudomonas aeruginosa ) оказался лучшим описателем.
История классификации
Как и большинство бактериальных родов, последний общий предок псевдомонад жил сотни миллионов лет назад. Первоначально они были классифицированы в конце 19 века, когда впервые были идентифицированы Уолтером Мигулой . Этимология имени не была определена в то время и впервые появилась в седьмом издании Руководства по систематической бактериологии Берджи (главный авторитет в бактериальной номенклатуре) как греческий псевдоним (ψευδής) «ложный» и -monas (μονάς / μονάδος) » единая единица ", что может означать ложную единицу; однако Мигула, возможно , имел в виду ложного Монаса , нанофлагеллированного простейшего (впоследствии термин «монада» использовался в ранней истории микробиологии для обозначения одноклеточных организмов). Вскоре другие виды, соответствующие несколько расплывчатому первоначальному описанию Мигулы, были выделены из многих природных ниш, и в то время многие были отнесены к этому роду . Однако с тех пор многие штаммы были переклассифицированы на основе более современной методологии и использования подходов, включающих исследования консервативных макромолекул.
Недавно анализ последовательности 16S рРНК изменил таксономию многих видов бактерий. В результате род Pseudomonas включает штаммы, ранее относившиеся к родам Chryseomonas и Flavimonas . Другие штаммы, ранее относившиеся к роду Pseudomonas , теперь относятся к родам Burkholderia и Ralstonia .
В 2020 году филогеномный анализ 494 полных геномов Pseudomonas выявил два четко определенных вида ( P. aeruginosa и P. chlororaphis ) и четыре более широкие филогенетические группы ( P. fluorescens, P. stutzeri, P. syringae, P. putida ) с достаточное количество доступных протеомов. Четыре более широкие эволюционные группы включают более одного вида, исходя из определения видов по средним уровням нуклеотидной идентичности. Кроме того, филогеномный анализ выявил несколько штаммов, которые были неправильно отнесены к неправильному виду или эволюционной группе. Об этой проблеме неправильной аннотации сообщали и другие анализы.
Геномика
В 2000 году полная последовательность генома в А Pseudomonas была определена видов; совсем недавно была определена последовательность других штаммов, включая штаммы P. aeruginosa PAO1 (2000), P. putida KT2440 (2002), P. protegens Pf-5 (2005), P. syringae pathovar помидор DC3000 (2003), P. syringae pathovar syringae B728a (2005), P. syringae pathovar phaseolica 1448A (2005), P. fluorescens Pf0-1 и P. entomophila L48.
К 2016 году было секвенировано более 400 штаммов Pseudomonas . Секвенирование геномов сотен штаммов выявило сильно различающиеся виды внутри рода. Фактически, многие геномы Pseudomonas имеют только 50-60% общих генов, например, P. aeruginosa и P. putida имеют только 2971 белок из 5350 (или ~ 55%).
К 2020 году в Генбанке было доступно более 500 полных геномов Pseudomonas . Филогеномный анализ использовал 494 полных протеома и идентифицировал 297 основных ортологов, общих для всех штаммов. Этот набор основных ортологов на уровне рода был обогащен белками, участвующими в метаболизме, трансляции и транскрипции, и использовался для создания филогеномного дерева всего рода, чтобы очертить отношения между основными эволюционными группами Pseudomonas . Кроме того, специфические для группы основные белки были идентифицированы для большинства эволюционных групп, что означает, что они присутствовали у всех членов конкретной группы, но отсутствовали у других псевдомонад . Например, были идентифицированы несколько основных белков , специфичных для P. aeruginosa, которые, как известно, играют важную роль в патогенности этого вида, такие как CntL, CntM, PlcB, Acp1, MucE, SrfA, Tse1, Tsi2, Tse3 и EsrC .
Характеристики
Члены рода демонстрируют следующие определяющие характеристики:
- Стержневидный
- Грамотрицательный
- Жгутик один или несколько, обеспечивающих подвижность
- Аэробный
- Не образующий спор
- Каталаза-положительный
- Оксидаза-положительный
Другие характеристики, которые, как правило, связаны с видами Pseudomonas (за некоторыми исключениями), включают секрецию пиовердина , флуоресцентного желто-зеленого сидерофора в условиях ограничения содержания железа. Некоторые Pseudomonas виды могут также произвести дополнительные типы сидерофора, такие как пиоцианин пути синегнойной палочки и thioquinolobactin с помощью Pseudomonas Шогезсепза ,. Виды Pseudomonas также обычно дают положительный результат теста на оксидазу , отсутствие газообразования из глюкозы, глюкоза окисляется в тесте окисления / ферментации с использованием теста Хью и Лейфсона O / F, бета- гемолитического (на кровяном агаре ), индол- отрицательного, метилового красный отрицательный, тест Фогеса – Проскауэра отрицательный, цитрат положительный.
Pseudomonas может быть наиболее распространенным зародышеобразователем ледяных кристаллов в облаках, поэтому они имеют огромное значение для образования снега и дождя во всем мире.
Формирование биопленки
Все виды и штаммы Pseudomonas исторически относились к строгим аэробам . Исключения из этой классификации недавно были обнаружены в биопленках Pseudomonas . Значительное количество клеток может продуцировать экзополисахариды, связанные с образованием биопленок. Секреция экзополисахаридов, таких как альгинат, затрудняет фагоцитоз псевдомонад лейкоцитами млекопитающих . Производство экзополисахаридов также способствует колонизации поверхности биопленками , которые трудно удалить с поверхностей для приготовления пищи. Рост псевдомонад на испорченных продуктах может вызывать «фруктовый» запах.
Устойчивость к антибиотикам
Большинство Pseudomonas spp. обладают естественной устойчивостью к пенициллину и большинству родственных бета-лактамных антибиотиков , но некоторые из них чувствительны к пиперациллину , имипенему , тикарциллину или ципрофлоксацину . Другими вариантами терапии являются аминогликозиды, такие как тобрамицин , гентамицин и амикацин .
Эта способность процветать в суровых условиях является результатом их выносливых клеточных стенок , содержащих порины . Их устойчивость к большинству антибиотиков приписывается насосам оттока , которые выкачивают некоторые антибиотики, прежде чем они начинают действовать.
Pseudomonas aeruginosa все чаще признается новым условно-патогенным микроорганизмом, имеющим клиническое значение. Одна из его наиболее тревожных характеристик - низкая чувствительность к антибиотикам. Эта низкая восприимчивость объясняется согласованным действием насосов оттока нескольких лекарственных препаратов с хромосомно-кодируемымигенами устойчивости к антибиотикам (например, mexAB-oprM , mexXY и т. Д.) И низкой проницаемостью клеточных оболочек бактерий. Помимо внутренней устойчивости, P. aeruginosa легко развивает приобретенную устойчивость либо в результате мутации в генах, кодируемых хромосомами, либо в результате горизонтального переноса генов детерминант устойчивости к антибиотикам. Развитие множественной лекарственной устойчивости пути синегнойных изолят требует несколько различных генетических событийкоторые включаютсебя приобретение различных мутаций и / или горизонтального переносе генов устойчивостиантибиотикам. Гипермутация способствует отбору обусловленной мутацией устойчивости к антибиотикам уштаммов P. aeruginosa , вызывающих хронические инфекции, тогда как кластеризация нескольких различных генов устойчивости к антибиотикам в интегронах способствует согласованному приобретению детерминант устойчивости к антибиотикам. Некоторые недавние исследования показали фенотипическую резистентность, связанную собразованием биопленок или появлением вариантов с небольшими колониями, что может иметь важное значение в ответепопуляций P. aeruginosa налечение антибиотиками .
Чувствительность к галлию
Хотя галлий не выполняет естественной функции в биологии, ионы галлия взаимодействуют с клеточными процессами аналогично железу (III). Когда ионы галлия по ошибке поглощаются бактериями, такими как Pseudomonas , вместо железа (III) , ионы мешают дыханию, и бактерии погибают. Это происходит потому, что железо обладает окислительно-восстановительной активностью, позволяя переносить электроны во время дыхания, в то время как галлий является окислительно-восстановительным неактивным.
Патогенность
Патогены животных
Инфекционные виды включают P. aeruginosa , P. oryzihabitans и P. plecoglossicida . P. aeruginosa процветает в больничных условиях и представляет собой особую проблему в этой среде, поскольку это вторая по частоте инфекция у госпитализированных пациентов ( внутрибольничные инфекции ). Этот патогенез частично может быть связан с белками, секретируемыми P. aeruginosa . Бактерия обладает широким спектром систем секреции , которые экспортируют множество белков, имеющих отношение к патогенезу клинических штаммов. Интересно, что несколько генов, участвующих в патогенезе P.aeruginosa, таких как CntL, CntM, PlcB, Acp1, MucE, SrfA, Tse1, Tsi2, Tse3 и EsrC, являются специфичными для основной группы, что означает, что они являются общими для подавляющего большинства. из синегнойных штаммов, но они не присутствуют в других псевдомонадах .
Патогены растений
P. syringae является плодовитым патогеном растений . Он существует в виде более 50 различных патоваров , многие из которых демонстрируют высокую степень специфичности растения-хозяина. Многие другие виды Pseudomonas могут выступать в качестве патогенов растений, особенно все другие представители подгруппы P. syringae , но P. syringae является наиболее распространенным и наиболее изученным.
Хотя P. tolaasii не является строго патогеном растений, он может представлять серьезную проблему в сельском хозяйстве, поскольку может вызывать бактериальное пятно на культивируемых грибах . Точно так же P. agarici может вызывать мокнущие жабры у культурных грибов.
Использование в качестве агентов биоконтроля
С середины 1980-х годов некоторые представители рода Pseudomonas применялись к семенам зерновых или применялись непосредственно в почве как способ предотвращения роста или закрепления патогенов сельскохозяйственных культур. Эта практика обычно называется биологическим контролем . Свойства биоконтроля штаммов P. fluorescens и P. protegens (например, CHA0 или Pf-5) в настоящее время изучены лучше всего, хотя неясно, как именно достигаются свойства P. fluorescens по стимулированию роста растений . Существуют следующие теории: бактерии могут вызывать системную резистентность у растения-хозяина, поэтому оно может лучше противостоять атакам настоящего патогена; бактерии могут побеждать другие (патогенные) почвенные микробы, например, сидерофоры, дающие конкурентное преимущество в поглощении железа; бактерии могут производить соединения, антагонистические по отношению к другим почвенным микробам, такие как антибиотики феназинового типа или цианистый водород . Экспериментальные данные подтверждают все эти теории.
Другие известные виды Pseudomonas со свойствами биоконтроля включают P. chlororaphis , который продуцирует активный антибиотик феназинового типа против определенных грибковых патогенов растений, и близкородственный вид P. aurantiaca , который продуцирует ди-2,4-диацетилфторглюцилметан, соединение, обладающее антибиотической активностью. против грамположительных организмов.
Использование в качестве средств биоремедиации
Некоторые представители этого рода способны метаболизировать химические загрязнители в окружающей среде и, как следствие, могут использоваться для биоремедиации . Известные виды, продемонстрированные как подходящие для использования в качестве агентов биоремедиации, включают:
- P. alcaligenes , которые могут разлагать полициклические ароматические углеводороды .
- P. mendocina , который способен разлагать толуол .
- P. pseudoalcaligenes , который может использовать цианид в качествеисточника азота .
- P. Resinovorans , который может разлагать карбазол .
- P. veronii , который, как было показано, разлагает множество простых ароматических органических соединений .
- P. putida , который обладает способностью разлагать органические растворители, такие как толуол . По крайней мере, один штамм этой бактерии способен превращать морфин в водном растворе в более сильный и довольно дорогой в производстве лекарственный гидроморфон (Дилаудид).
- Штамм KC P. stutzeri , способный разлагать четыреххлористый углерод .
Обнаружение в молоке агентов порчи пищевых продуктов
Одним из способов идентификации и классификации нескольких бактериальных организмов в образце является риботипирование. При риботипировании хромосомная ДНК разной длины выделяется из образцов, содержащих виды бактерий, и расщепляется на фрагменты. Сходные типы фрагментов от разных организмов визуализируются и их длина сравнивается друг с другом с помощью саузерн-блоттинга или гораздо более быстрого метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) . Затем фрагменты можно сопоставить с последовательностями, обнаруженными у видов бактерий. Показано, что риотипирование является методом выделения бактерий, способных к порче. Около 51% бактерий Pseudomonas, обнаруженных на предприятиях по переработке молока, являются P. fluorescens , причем 69% этих изолятов содержат протеазы, липазы и лецитиназы, которые способствуют разложению компонентов молока и последующей порче. Другие виды Pseudomonas могут обладать какой-либо одной из протеаз, липаз или лецитиназ или вообще не иметь. Подобную ферментативную активность проявляют Pseudomonas одного и того же риботипа, при этом каждый риботип показывает различную степень порчи молока и влияние на вкус. Количество бактерий влияет на интенсивность порчи, при этом неферментативные виды Pseudomonas в большом количестве вносят свой вклад в порчу.
Порча пищевых продуктов наносит ущерб пищевой промышленности из-за производства летучих соединений организмами, метаболизирующими различные питательные вещества, содержащиеся в пищевом продукте. Загрязнение создает опасность для здоровья из-за образования токсичных соединений, а также неприятных запахов и привкусов. Технология электронного носа позволяет быстро и непрерывно измерять микробиологическую порчу пищевых продуктов, ощущая запахи, создаваемые этими летучими соединениями. Таким образом, технология электронного носа может применяться для обнаружения следов порчи молока Pseudomonas и выделения ответственных видов Pseudomonas . Датчик газа состоит из носовой части, состоящей из 14 модифицируемых полимерных датчиков, которые могут обнаруживать определенные продукты разложения молока, производимые микроорганизмами. Данные датчика формируются путем изменения электрического сопротивления 14 полимеров при контакте с целевым соединением, в то время как четыре параметра датчика могут быть отрегулированы, чтобы дополнительно определить реакцию. Затем ответы могут быть предварительно обработаны нейронной сетью, которая затем может различать микроорганизмы порчи молока, такие как P. fluorescens и P. aureofaciens .
Виды, ранее отнесенные к роду
Недавно анализ последовательности 16S рРНК изменил таксономию многих видов бактерий, ранее классифицированных как принадлежащие к роду Pseudomonas . Виды, удаленные из Pseudomonas , перечислены ниже; щелчок по виду покажет его новую классификацию. Термин «псевдомонады» не применяется строго только к роду Pseudomonas и может также использоваться для включения предыдущих представителей, таких как роды Burkholderia и Ralstonia .
α протеобактерии: P. abikonensis , P. aminovorans , P. azotocolligans , P. carboxydohydrogena , P. carboxidovorans , П. compransoris , П. diminuta , P. echinoides , P. extorquens , П. lindneri , П. mesophilica , P. paucimobilis , П. radiora , П. Rhodos , П. рибофлавин , П. лишай , П. vesicularis .
бета протеобактерии: П. acidovorans , П. alliicola , П. antimicrobica , П. avenae , П. butanovorae , П. caryophylli , П. cattleyae , П. cepacia , П. cocovenenans , П. delafieldii , П. Facilis , П. Flava , P. gladioli , P. glathei , P. glumae , P. graminis , P. huttiensis , P. indigofera , P. lanceolata , P. lemoignei , B. mallei , P. mephitica , P. mixta , P. palleronii , P. . phenazinium , P. pickettii , P. plantarii , P. pseudoflava , B. pseudomallei , P. pyrrocinia , P. rubrilineans , P. rubrisubalbicans , P. saccharophila , P. solanacearum , P. spinosa , P. syzygii , P. taeniospiralis , P. terrigena , P. testosteroni .
γ-β протеобактерии: P. beteli , P. boreopolis , P. cissicola , P. geniculata , P. hibiscicola , P. maltophilia , P. pictorum .
γ протеобактерии: P. beijerinckii , P. diminuta , P. doudoroffii , P. elongata , P. flectens , P. halodurans , P. halophila , P. iners , P. marina , P. nautica , P. nigrifaciens , P. pavonacea , P. piscicida , P. stanieri .
δ протеобактерии: P. formicans .
Бактериофаг
Существует ряд бактериофагов, которые инфицируют Pseudomonas , например:
- Фаг Pseudomonas Φ6
- Фаг Pseudomonas aeruginosa EL
- Фаг Pseudomonas aeruginosa ΦKMV
- Фаг Pseudomonas aeruginosa LKD16
- Фаг Pseudomonas aeruginosa LKA1
- Фаг Pseudomonas aeruginosa LUZ19
- Фаг Pseudomonas aeruginosa ΦKZ
- Pseudomonas putida phage gh-1
Смотрите также
- Коллекция культур для списка коллекций культур.