stringtranslate.com

Архейные ацидофильные наноорганизмы шахты Ричмонд

Архейные ацидофильные наноорганизмы из шахты Ричмонд (АРМАН) были впервые обнаружены в чрезвычайно кислой шахте, расположенной в северной Калифорнии ( Ричмондская шахта в Айрон-Маунтин ) Бреттом Бейкером в лаборатории Джилл Бэнфилд 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 горнодобывающего сообщества на основе ПЦР, поскольку ARMAN имеют несколько несоответствий с обычно используемыми праймерами для ПЦР . Гены 16S рРНК . Бейкер и др. [1] обнаружили их в более позднем исследовании с использованием дробового секвенирования сообщества. Первоначально считалось, что эти три группы представляют собой три уникальные линии, глубоко разветвленные внутри Euryarchaeota , подгруппы Archaea . Однако на основе более полного геномного дерева архей их отнесли к новому супертипу под названием DPANN . [2] Группы ARMAN теперь включают глубоко расходящиеся типы под названием Micrarchaeota и Parvarchaeota . [3] Их гены 16S рРНК различаются между тремя группами на целых 17%. До их открытия все археи , связанные с Железной горой, принадлежали к отряду Thermoplasmatales (например, Ferroplasma acidarmanus ).

Распределение

Исследование различных участков шахты с использованием флуоресцентных зондов, специфичных для групп ARMAN, показало, что они всегда присутствуют в сообществах, связанных с кислым дренажем шахт (AMD) в Айрон-Маунтин в северной Калифорнии, где pH < 1,5. Обычно они встречаются в сообществе в небольшой численности (5–25%). Недавно близкородственные организмы были обнаружены в кислом бореальном болоте или болоте в Финляндии [4] , другом дренажном участке кислой шахты в экстремальных условиях Рио-Тинто на юго-западе Испании [5] и в слабощелочном глубоком подземном горячем источнике в Юнохама, Япония. [6]

Клеточная структура и экология

С помощью криоэлектронной томографии 3D-характеристика некультивируемых клеток ARMAN в шахтных биопленках [7] показала, что они соответствуют размеру клеток, который, по прогнозам [ необходима ссылка ], будет нижним пределом жизни: 0,009 мкм 3 и 0,04 мкм 3 . Несмотря на необычно малый размер клеток , в биопленках обычно можно обнаружить более одного типа вируса, прикрепленного к клеткам. 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 к живой клетке.

3D-реконструкция клеток ARMAN в окружающей среде показала, что небольшое количество из них прикрепляется к другим археям отряда Thermoplasmatales (Baker et al. 2010 [8] ). Клетки Thermoplasmatales, по-видимому, проникают через клеточную стенку в цитоплазму клеток ARMAN. [9] Природа этого взаимодействия не определена. Это может быть своего рода паразитическое или симбиотическое взаимодействие. Вполне возможно, что АРМАН получает какой-то метаболит, который не способен производить самостоятельно.

Геномика и протеомика

Геномы трех групп ARMAN были секвенированы в Объединенном институте генома Министерства энергетики США в рамках общественной программы секвенирования 2006 года. [10] Эти три генома были успешно выделены из геномных данных сообщества с использованием ESOM или Emergent Self-Organizing Map, кластеризации сигнатур тетрануклеотидной ДНК. [11]

Первый вариант Candidatus Micrarchaeum acidiphilum ARMAN-2 составляет ≈1 Мб. [8] ARMAN-2 недавно был закрыт с использованием 454 и секвенирования Solexa других биопленок, чтобы закрыть пробелы, и готовится к отправке в NCBI. Геномы ARMAN-4 и ARMAN-5 (также примерно 1 Мб) имеют необычно малую среднюю длину генов, аналогичную той, которая наблюдается у эндосимбиотических и паразитических бактерий. Это может быть признаком их межвидового взаимодействия с другими архей в природе. [8] Кроме того, разветвление этих групп вблизи разделения 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 широко известных метаболических путей 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 процессинге тРНК. [12] Фермент состоит из двух дублированных каталитических единиц и одной структурной единицы, кодируемой одним геном, представляющим три новых -единичная архитектура.

Рекомендации

  1. ^ Бейкер, Бретт Дж.; и другие. (2006). «Происхождение ацидофильных архей, выявленное с помощью общественного геномного анализа». Наука . 314 (5807): 1933–1935. Бибкод : 2006Sci...314.1933B. дои : 10.1126/science.1132690. PMID  17185602. S2CID  26033384.
  2. ^ Ринке, С; Швентек, П; Щирба, А; Иванова, Н.Н.; Андерсон, Ай-Джей; Ченг, Дж. Ф.; Дарлинг, А; Малфатти, С; Лебедь, БК; Гис, Э.А.; Додсворт, Дж.А.; Хедлунд, BP; Циамис, Г; Зиверт, С.М.; Лю, WT; Эйзен, Дж. А.; Халлам, С.Дж.; Кирпидес, Северная Каролина; Степанаускас, Р; Рубин, ЕМ; Гугенгольц, П; Войк, Т. (2013). «Понимание филогении и кодирующего потенциала микробной темной материи». Природа . 499 (7459): 431–437. Бибкод :2013Natur.499..431R. дои : 10.1038/nature12352 . hdl : 1912/6194 . ПМИД  23851394.
  3. ^ Кастель, CJ; Райтон, Коннектикут; Томас, Британская Колумбия; Хаг, Лос-Анджелес; Браун, Коннектикут; Уилкинс, MJ; Фришкорн, КР; Тринге, СГ; Сингх, А; Маркилли, LM; Тейлор, Р.К.; Уильямс, К.Х.; Банфилд, Дж. Ф. (2015). «Геномное расширение доменных архей подчеркивает роль организмов нового типа в анаэробном круговороте углерода». Современная биология . 25 (6): 690–701. дои : 10.1016/j.cub.2015.01.014 . ПМИД  25702576.
  4. ^ Юоттонен и др. Сезонность архейных сообществ, полученных из рДНК и рРНК, и метаногенный потенциал бореального болота, журнал ISME, 24 июля 2008 г.
  5. ^ Амарал-Зеттлер и др. Структура микробного сообщества на древе жизни в крайнем Рио-Тинто, журнал ISME, 2010 г.
  6. ^ Мураками и др. Метатранскриптомный анализ микробов в глубоких подземных горячих источниках на берегу океана выявил новые малые РНК и типоспецифическую деградацию тРНК, Appl Environ Microbiol 2011
  7. ^ Л. Р. Комолли; К. Х. Даунинг; Би Джей Бейкер; CE Сигерист; Дж. Ф. Банфилд (2009). «Трехмерный анализ структуры и экологии нового сверхмаленького архея». Журнал ИСМЕ . 3 (2): 159–167. дои : 10.1038/ismej.2008.99 . ПМИД  18946497.
  8. ^ abc Бейкер; и другие. (2010). «Загадочные, сверхмаленькие, некультивируемые археи». Учеб. Натл. акад. Наука . 107 (19): 8806–8811. Бибкод : 2010PNAS..107.8806B. дои : 10.1073/pnas.0914470107 . ПМЦ 2889320 . ПМИД  20421484. 
  9. ↑ Сандерс, Роберт (3 мая 2010 г.). «Странные сверхмаленькие микробы появляются в кислых дренажных водах шахт».
  10. ^ «Наши проекты».
  11. ^ Дик и др. Анализ сигнатур последовательностей микробного генома в масштабах всего сообщества. Архивировано 15 июля 2014 г. в Wayback Machine Genome Biology 10: R85.
  12. ^ Фудзисима; и другие. (2011). «Новая эндонуклеаза сплайсинга трехзвенной тРНК, обнаруженная у сверхмалых архей, обладает широкой субстратной специфичностью». Нуклеиновые кислоты Рез . 39 (22): 9695–704. дои : 10.1093/nar/gkr692. ПМК 3239211 . ПМИД  21880595. 

Внешние ссылки