Pyrococcus furiosus -Pyrococcus furiosus

Pyrococcus furiosus
Pyrococcus furiosus.png
Pyrococcus furiosus
Научная классификация
Домен:
Архей
Королевство:
Euryarchaeota
Тип:
Euryarchaeota
Класс:
Термококки
Порядок:
Thermococcales
Семья:
Термококковые
Род:
Пирококк
Разновидность:
P. furiosus
Биномиальное имя
Pyrococcus furiosus
Erauso et al. 1993 г.

Pyrococcus furiosus - экстремофильный вид архей . Его можно классифицировать как гипертермофил, потому что он лучше всего растет при чрезвычайно высоких температурах - более высоких, чем те, которые предпочитают термофилы . Он примечателен тем, что имеет оптимальную температуру роста 100 ° C (температура, которая уничтожит большинство живых организмов) и является одним из немногих организмов, идентифицированных как обладающиеферментами альдегид-ферредоксин-оксидоредуктаза, содержащими вольфрам , элемент, редко встречающийся в биологических молекулах.

Характеристики

Этот вид был взят из термальных морских отложений и изучен путем выращивания в лабораторных условиях. Pyrococcus furiosus отличается быстрым удвоением времени в 37 минут при оптимальных условиях, что означает, что каждые 37 минут количество отдельных организмов умножается на 2, что дает кривую экспоненциального роста. Он выглядит как в основном правильные кокки - что означает, что он имеет приблизительно сферическую форму - диаметром от 0,8 до 1,5 мкм с монополярным политрихозным жгутиком. Каждый организм окружен клеточной оболочкой, состоящей из гликопротеина, называемой S-слоем .

Он растет от 70  ° C (158  ° F ) до 103 ° C (217 ° F), с оптимальной температурой 100 ° C (212 ° F) и между pH 5 и 9 (с оптимумом при pH 7). Он хорошо растет на дрожжевом экстракте, мальтозе , целлобиозе , β-глюканах, крахмале и источниках белка (триптон, пептон, казеин и мясные экстракты). Это относительно широкий диапазон по сравнению с другими археями. Рост аминокислот, органических кислот, спиртов и большинства углеводов (включая глюкозу , фруктозу , лактозу и галактозу ) очень медленный или отсутствует . Продуктами метаболизма P. furiosus являются CO 2 и H 2 . Присутствие водорода серьезно тормозит его рост и метаболизм; Однако этот эффект можно обойти, введя серу в окружающую среду организма. В этом случае H 2 S может вырабатываться в ходе метаболических процессов, хотя эта серия реакций, по-видимому, не дает энергии. Интересно отметить, что, в то время как многие другие гипертермофилы зависят от серы для роста, P. furiosus этого не делает.

P. furiosus также примечателен необычной и удивительно простой дыхательной системой, которая получает энергию за счет восстановления протонов до газообразного водорода и использует эту энергию для создания электрохимического градиента через клеточную мембрану, тем самым стимулируя синтез АТФ . Такая система могла быть очень ранним эволюционным предшественником дыхательных систем у всех современных высших организмов.

Использует

В энзимы из Pyrococcus furiosus чрезвычайно термостабильные. Как следствие, ДНК - полимеразы из P. furiosus (также известный как Pfu ДНК - полимеразы ) , могут быть использованы в полимеразной цепной реакции процесса амплификации ДНК (ПЦР).

В амплификации ДНК

У P. furiosus была обнаружена ДНК-полимераза, которая, как считалось, не связана с другими известными ДНК-полимеразами, поскольку не было обнаружено значительной гомологии последовательностей между двумя его белками и белками других известных ДНК-полимераз. Эта ДНК-полимераза обладает сильной 3'-5'-экзонуклеолитической активностью и предпочтением матрица-праймер, что характерно для репликативной ДНК-полимеразы, что заставляет ученых полагать, что этот фермент может быть репликативной ДНК-полимеразой P. furiosus . С тех пор он был помещен в семейство полимераз B, то же самое, что и ДНК-полимераза II . Его структура, которая кажется вполне типичной для Полимеразы B, также была решена.

При производстве диолов

Одним из практических применений P. furiosus является производство диолов для различных промышленных процессов. Ферменты P. furiosus можно использовать в таких отраслях, как пищевая, фармацевтическая и тонкая химия, где алкогольдегидрогеназы необходимы для производства энантио- и диастереомерно чистых диолов. Ферменты гипертермофилов, таких как P. furiosus, могут хорошо работать в лабораторных условиях, потому что они относительно устойчивы: они обычно хорошо работают при высоких температурах и высоких давлениях, а также при высоких концентрациях химикатов.

Чтобы сделать ферменты природного происхождения полезными в лаборатории, часто необходимо изменить их генетический состав. В противном случае естественные ферменты могут оказаться неэффективными в искусственно вызванной процедуре. Хотя ферменты P. furiosus оптимально функционируют при высокой температуре, ученым не обязательно проводить процедуру при 100 ° C (212 ° F). Следовательно, в этом случае специфический фермент AdhA был взят из P. furiosus и подвергнут различным мутациям в лаборатории, чтобы получить подходящую алкогольдегидрогеназу для использования в искусственных процессах. Это позволило ученым получить мутантный фермент, который мог эффективно функционировать при более низких температурах и поддерживать продуктивность.

В растениях

Экспрессия определенного гена, обнаруженного у P. furiosus в растениях, также может сделать их более долговечными за счет повышения их устойчивости к теплу. В ответ на стрессы окружающей среды, такие как тепловое воздействие, растения производят активные формы кислорода, которые могут привести к гибели клеток. Если эти свободные радикалы удалить, гибель клеток может быть отложена. Ферменты растений, называемые супероксиддисмутазами, удаляют из клеток супероксид-анион-радикалы , но увеличение количества и активности этих ферментов - трудный и не самый эффективный способ улучшить жизнеспособность растений.

Путь введения супероксида редуктазы из P. furiosus в растения, уровни O 2 может быть быстро уменьшены. Ученые опробовали этот метод на растении Arabidopsis thaliana . В результате этой процедуры гибель клеток у растений происходит реже, что приводит к снижению выраженности реакции на стресс окружающей среды. Это увеличивает выживаемость растений, делая их более устойчивыми к световому, химическому и тепловому стрессу.

Это исследование потенциально может быть использовано в качестве отправной точки для создания растений, которые могли бы выжить в более суровых климатических условиях на других планетах, таких как Марс. Вводя больше ферментов экстремофилов, таких как P. furiosus, в другие виды растений, можно создать невероятно устойчивые виды.

В исследовании аминокислот

Сравнивая P. furiosus с родственным видом архей, Pyrococcus abyssi , ученые попытались определить корреляцию между определенными аминокислотами и сродством к определенным давлениям у разных видов. P. furiosus не барофилен , в то время как P. abyssi - это значит, что он оптимально функционирует при очень высоких давлениях. Использование двух гипертермофильных видов архей уменьшает возможность отклонений, связанных с температурой окружающей среды, существенно сокращая переменные в дизайне эксперимента.

Помимо получения информации о барофильности определенных аминокислот, эксперимент также предоставил ценную информацию о происхождении генетического кода и его организационных влияниях. Было обнаружено, что большинство аминокислот, определяющих барофильность, также играют важную роль в организации генетического кода. Также было обнаружено, что более полярные аминокислоты и более мелкие аминокислоты с большей вероятностью будут барофильными. Путем сравнения этих двух архей был сделан вывод, что генетический код, вероятно, был структурирован под высоким гидростатическим давлением, и что гидростатическое давление было более влиятельным фактором при определении генетического кода, чем температура.

Открытие

Pyrococcus furiosus был первоначально изолирован анаэробно из геотермально нагретых морских отложений с температурами от 90 ° C (194 ° F) до 100 ° C (212 ° F), собранных на пляже Порто Леванте, остров Вулкано , Италия. Впервые он был описан Карлом Стеттером из Регенсбургского университета в Германии и его коллегой Герхардом Фиала. Pyrococcus furiosus на самом деле возник новый род архей с его относительно недавним открытием в 1986 году.

Геном

Секвенирование полного генома из Pyrococcus furiosus была завершена в 2001 году ученые из Университета штата Мэриленд Институт биотехнологии . Команда из Мэриленда обнаружила, что в геноме 1 908 килобаз, кодирующих около 2065 белков.

Ферменты

Mre11

P. furiosus продуцирует фермент семейства Mre11 двудоменной складчатой формы.

Научное название

Название Pyrococcus в переводе с греческого означает «огненный шар», что означает круглую форму экстремофила и его способность расти при температуре около 100 градусов по Цельсию. Название вида furiosus на латыни означает «стремительное движение» и относится к времени удвоения экстремофилов и их быстрому плаванию.

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки