stringtranslate.com

Архейные ацидофильные наноорганизмы из шахты Ричмонд

Археальные ацидофильные наноорганизмы из шахты Richmond Mine (ARMAN) были впервые обнаружены в чрезвычайно кислой шахте, расположенной в северной Калифорнии ( Ричмондская шахта в Айрон-Маунтин ), Бреттом Бейкером в лаборатории Джилл Банфилд в Калифорнийском университете в Беркли . Эти новые группы архей , названные ARMAN-1, ARMAN-2 ( Candidatus Micrarchaeum acidiphilum ARMAN-2) и ARMAN-3, были пропущены предыдущими исследованиями сообщества шахты на основе ПЦР, поскольку у ARMAN есть несколько несоответствий с обычно используемыми праймерами ПЦР для генов 16S рРНК . Бейкер и др. [1] обнаружили их в более позднем исследовании с использованием секвенирования сообщества методом дробовика. Первоначально считалось, что эти три группы представляют собой три уникальные линии, глубоко разветвленные в пределах Euryarchaeota , подгруппы Archaea . Однако на основе более полного геномного дерева архей они были отнесены к новому суперфилуму под названием DPANN . [2] Группы ARMAN теперь включают глубоко расходящиеся типы, называемые Micrarchaeota и Parvarchaeota . [3] Их гены 16S рРНК различаются на целых 17% между тремя группами. До их открытия все археи, которые , как было показано, связаны с Iron Mountain, принадлежали к порядку Thermoplasmatales (например, Ferroplasma acidarmanus ).

Распределение

Исследование различных участков в шахте с использованием флуоресцентных зондов, специфичных для групп ARMAN, показало, что они всегда присутствуют в сообществах, связанных с кислотным дренажем шахты (AMD), в Iron Mountain в северной Калифорнии, которые имеют pH < 1,5. Обычно они встречаются в низкой численности (5–25%) в сообществе. Недавно близкородственные организмы были обнаружены в кислом бореальном болоте или болоте в Финляндии [4] , другом месте кислотного дренажа шахты в экстремальных условиях Рио-Тинто , юго-западная Испания [5] , в слабощелочном глубоком подземном горячем источнике в Юнохаме, Япония [6] и в пиритовой шахте в горах Гарц в Германии [7]

Структура клетки и экология

Используя криоэлектронную томографию , 3D-характеристика некультивированных клеток ARMAN в биопленках шахт [8] показала, что они как раз соответствуют размеру клеток, который, как прогнозируется [ требуется ссылка ], является нижним пределом для жизни, 0,009 мкм 3 и 0,04 мкм 3 . Несмотря на их необычно малый размер клеток, часто можно обнаружить более одного типа вируса, прикрепленного к клеткам, пока они находятся в биопленках. Кроме того, клетки содержат в среднем ≈92 рибосомы на клетку, тогда как средняя клетка E. coli , выращенная в культуре, содержит ≈10 000 рибосом. Это говорит о том, что для клеток ARMAN в данной клетке присутствует гораздо более ограниченное количество метаболитов. Это поднимает вопросы о том, каковы минимальные требования для живой клетки.

3D-реконструкции клеток ARMAN в окружающей среде показали, что небольшое количество из них прикрепляется к другим археям порядка Thermoplasmatales (Baker et al. 2010 [9] ). Клетки Thermoplasmatales, по-видимому, проникают через клеточную стенку в цитоплазму клеток ARMAN. [10] Природа этого взаимодействия не определена. Это может быть своего рода паразитическое или симбиотическое взаимодействие. Возможно, что ARMAN получает какой-то метаболит, который он не может производить самостоятельно.

Геномика и протеомика

Геномы трех групп ARMAN были секвенированы в Объединенном институте генома DOE в ходе Программы секвенирования сообщества в 2006 году. [11] Эти три генома были успешно отделены от геномных данных сообщества с помощью ESOM или кластеризации Emergent Self-Organizing Map тетрануклеотидных ДНК-сигнатур. [12]

Первый черновик Candidatus Micrarchaeum acidiphilum ARMAN-2 составляет ≈1 Мб. [9] ARMAN-2 недавно был закрыт с использованием 454 и Solexa секвенирования других биопленок, чтобы закрыть пробелы, и готовится к отправке в NCBI. Геномы ARMAN-4 и ARMAN-5 (также примерно 1 Мб) имеют необычно малые средние длины генов, похожие на те, которые наблюдаются у эндосимбиотических и паразитических бактерий. Это может быть признаком их межвидовых взаимодействий с другими археями в природе. [9] Более того, разветвление этих групп вблизи границы Euryarchaea / Crenarchaea отражается в том, что они разделяют многие генетические аспекты как Crenarchaea, так и Euryarchaea. В частности, у них есть много генов, которые ранее были идентифицированы только у Crenarchaea. Трудно объяснить многие из общеизвестных метаболических путей у ARMAN из-за необычно большого количества уникальных генов, идентифицированных в их геномах.

В группах ARMAN 1 и 2 был обнаружен новый тип эндонуклеазы сплайсинга тРНК, участвующей в обработке тРНК. [13] Фермент состоит из двух дублированных каталитических единиц и одной структурной единицы, закодированной в одном гене, что представляет собой новую трехблочную архитектуру.

Ссылки

  1. ^ Бейкер, Бретт Дж. и др. (2006). «Линии ацидофильных архей, выявленные с помощью геномного анализа сообщества». Science . 314 (5807): 1933–1935. Bibcode :2006Sci...314.1933B. doi :10.1126/science.1132690. PMID  17185602. S2CID  26033384.
  2. ^ Rinke, C; Schwientek, P; Sczyrba, A; Ivanova, NN; Anderson, IJ; Cheng, JF; Darling, A; Malfatti, S; Swan, BK; Gies, EA; Dodsworth, JA; Hedlund, BP; Tsiamis, G; Sievert, SM; Liu, WT; Eisen, JA; Hallam, SJ; Kyrpides, NC; Stepanauskas, R; Rubin, EM; Hugenholtz, P; Woyke, T (2013). "Insights into the phylogeny and coding potential of microbial dark matter". Nature . 499 (7459): 431–437. Bibcode :2013Natur.499..431R. doi : 10.1038/nature12352 . hdl : 1912/6194 . PMID  23851394.
  3. ^ Кастель, CJ; Райтон, KC; Томас, BC; Хаг, LA; Браун, CT; Уилкинс, MJ; Фришкорн, KR; Триндж, SG; Сингх, A; Маркилли, LM; Тейлор, RC; Уильямс, KH; Банфилд, JF (2015). «Геномное расширение домена архей подчеркивает роль организмов из новых типов в анаэробном цикле углерода». Current Biology . 25 (6): 690–701. doi : 10.1016/j.cub.2015.01.014 . PMID  25702576.
  4. ^ Юоттонен и др. Сезонность сообществ архей, полученных из рДНК и рРНК, и метаногенный потенциал в бореальном болоте, Журнал ISME, 24 июля 2008 г.
  5. ^ Амарал-Цеттлер и др. Структура микробного сообщества на дереве жизни в экстремальном Рио-Тинто, Журнал ISME 2010
  6. ^ Мураками и др. Метатранскриптомный анализ микробов в глубоководном горячем источнике на берегу океана выявляет новые малые РНК и типоспецифическую деградацию тРНК, Appl Environ Microbiol 2011
  7. ^ https://doi.org/10.1038/ismej.2013.64 Циглер, С., Дольч, К., Гейгер, К. и др. Формирование кислородозависимой ниши пирит-зависимого ацидофильного консорциума, созданного археями и бактериями. ISME J 7, 1725–1737 (2013).
  8. ^ LR Comolli; KH Downing; BJ Baker; CE Siegerist; JF Banfield (2009). «Трехмерный анализ структуры и экологии нового сверхмалого архея». ISME Journal . 3 (2): 159–167. doi : 10.1038/ismej.2008.99 . PMID  18946497.
  9. ^ abc Baker; et al. (2010). «Загадочные, сверхмалые, некультивируемые археи». Proc. Natl. Acad. Sci . 107 (19): 8806–8811. Bibcode :2010PNAS..107.8806B. doi : 10.1073/pnas.0914470107 . PMC 2889320 . PMID  20421484. 
  10. ↑ Сандерс, Роберт (3 мая 2010 г.). «Странные, сверхмаленькие микробы обнаруживаются в кислотных шахтных стоках».
  11. ^ «Наши проекты».
  12. ^ Дик и др. Анализ сигнатур последовательности генома микробов в масштабах всего сообщества. Архивировано 15 июля 2014 г. в Wayback Machine Genome Biology 10:R85
  13. ^ Фудзишима и др. (2011). «Новая эндонуклеаза сплайсинга тРНК из трех единиц, обнаруженная в сверхмалых археях, обладает широкой субстратной специфичностью». Nucleic Acids Res . 39 (22): 9695–704. doi :10.1093/nar/gkr692. PMC 3239211. PMID  21880595 . 

Внешние ссылки