stringtranslate.com

термофил

Термофилы производят некоторые яркие цвета Большого призматического источника в Йеллоустонском национальном парке.

Термофил — это организм (тип экстремофила ), который процветает при относительно высоких температурах, от 41 до 122 ° C (от 106 до 252 ° F) . [1] [2] Многие термофилы являются археями , хотя некоторые из них являются бактериями и грибами . Предполагается, что термофильные эубактерии были одними из самых ранних бактерий. [3]

Термофилы встречаются в различных геотермически нагреваемых регионах Земли , таких как горячие источники, подобные источникам в Йеллоустонском национальном парке (см. изображение), и глубоководные гидротермальные источники , а также в разлагающихся растительных веществах, таких как торфяные болота и компост .

Термофилы могут выживать при высоких температурах, тогда как другие бактерии или археи могут быть повреждены, а иногда и убиты, если подвергнуться воздействию тех же температур.

Ферменты термофилов функционируют при высоких температурах. Некоторые из этих ферментов используются в молекулярной биологии , например, полимераза Taq , используемая в ПЦР . [4] Слово «термофил» происходит от греческого : θερμότητα ( термотита ), что означает тепло , и греческого : φίλια ( филия ), любовь .

Сравнительные исследования показывают, что разнообразие термофилов в основном определяется pH, а не температурой. [5]

Классификация

Термофилы можно классифицировать по-разному. Одна классификация сортирует эти организмы в соответствии с оптимальными температурами их роста: [6]

  1. Простые термофилы: 50–64 °C (122–147,2 °F).
  2. Экстремальные термофилы: 65–79 °C (149–174,2 °F).
  3. Гипертермофилы 80°С и выше, но не < 50°С. (176+ °Ф)

В соответствующей классификации термофилы подразделяются следующим образом:

  1. Факультативные термофилы (также называемые умеренными термофилами) могут процветать как при высоких, так и при более низких температурах (ниже 50 °C (122 °F)), тогда как
  2. Облигатным термофилам (также называемым крайними термофилами) для роста необходимы такие высокие температуры.
  3. Гипертермофилы — это особенно экстремальные термофилы, для которых оптимальная температура превышает 80 ° C (176 ° F).
Колония термофилов в устье Микки-Хот-Спрингс , штат Орегон , температура воды составляет примерно 60 °C (140 °F).

Многим гипертермофильным археям для роста необходима элементарная сера . Некоторые из них являются анаэробами , которые используют серу вместо кислорода в качестве акцептора электронов во время клеточного дыхания (анаэробы) . Некоторые из них являются литотрофами , которые окисляют серу с образованием серной кислоты в качестве источника энергии, что требует адаптации микроорганизма к очень низкому pH (т. е. он является не только термофилом , но и ацидофилом). Эти организмы являются обитателями горячих, богатых серой сред, обычно связанных с вулканизмом , таких как горячие источники , гейзеры и фумаролы . В этих местах, особенно в Йеллоустонском национальном парке, происходит зонирование микроорганизмов по их температурному оптимуму. Эти организмы часто окрашены из-за присутствия фотосинтетических пигментов. [ нужна цитата ]

Термофил против мезофила

Термофилов можно отличить от мезофилов по геномным особенностям. Например, уровни содержания GC в кодирующих областях некоторых сигнатурных генов последовательно идентифицировались как коррелирующие с условиями температурного диапазона, когда ассоциативный анализ применялся к мезофильным и термофильным организмам независимо от их филогении, потребности в кислороде, солености или условий среды обитания. . [7]

Грибковые термофилы

Грибы — единственная группа организмов в области эукариот, которая может выживать в диапазоне температур 50–60 °C. [8] Сообщалось о термофильных грибах из ряда мест обитания, большинство из которых принадлежат к отряду грибов Sordariales . [9] Термофильные грибы обладают большим биотехнологическим потенциалом благодаря своей способности производить термостабильные ферменты, имеющие промышленное значение, в частности, для деградации растительной биомассы. [10]

Перенос генов и генетический обмен

Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius являются гипертермофильными архей. Когда эти организмы подвергаются воздействию агентов, повреждающих ДНК, УФ-облучения, блеомицина или митомицина С, индуцируется видоспецифичная агрегация клеток. [11] [12] У S. acidocaldarius УФ-индуцированная клеточная агрегация с высокой частотой опосредует обмен хромосомных маркеров. [12] Скорость рекомбинации превышает показатели неиндуцированных культур на три порядка. Фролс и др. [11] [13] и Аджон и др. [12] (2011) выдвинули гипотезу, что клеточная агрегация усиливает видоспецифичный перенос ДНК между клетками Sulfolobus , чтобы обеспечить усиленное восстановление поврежденной ДНК посредством гомологичной рекомбинации . Ван Вольферен и др. [14] при обсуждении обмена ДНК у гипертермофилов в экстремальных условиях отметили, что обмен ДНК, вероятно, играет роль в репарации ДНК посредством гомологичной рекомбинации. Они предположили, что этот процесс имеет решающее значение в условиях повреждения ДНК, таких как высокая температура. Также было высказано предположение, что перенос ДНК у Sulfolobus может быть примитивной формой полового взаимодействия, аналогичной более хорошо изученным бактериальным системам трансформации, которые связаны с видоспецифичным переносом ДНК между клетками, ведущим к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК . ] (см. Трансформация (генетика) ).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Мэдиган MT; Мартино Дж. М. (2006). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Пирсон. п. 136. ИСБН 0-13-196893-9.
  2. ^ Такай Т; и другие. (2008). «Пролиферация клеток при 122 ° C и производство изотопно-тяжелого CH4 гипертермофильным метаногеном при культивировании под высоким давлением». ПНАС . 105 (31): 10949–51. Бибкод : 2008PNAS..10510949T. дои : 10.1073/pnas.0712334105 . ПМК 2490668 . ПМИД  18664583. 
  3. ^ Хориике Т; Мията Д; Хамада К; и другие. (январь 2009 г.). «Филогенетическое конструирование 17 типов бактерий новым методом и тщательно отобранными ортологами». Джин . 429 (1–2): 59–64. дои : 10.1016/j.gene.2008.10.006. ПМК 2648810 . ПМИД  19000750. 
  4. ^ Вьей, Клэр; Зейкус, Грегори Дж. (март 2001 г.). «Гипертермофильные ферменты: источники, использование и молекулярные механизмы термостабильности». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 65 (1): 1–43. дои :10.1128/MMBR.65.1.1-43.2001. ISSN  1092-2172. ПМК 99017 . ПМИД  11238984. 
  5. ^ Пауэр, Дж. Ф., Карер, CR, Ли, К. К., Уэйкерли, Г. Л., Эванс, Д. В., Баттон, М., Уайт, Д., Климо, М. Д., Хинце, AM, Морган, XC и Макдональд, IR, 2018. Микробиология биогеография 925 геотермальных источников Новой Зеландии. Природные коммуникации, 9(1), стр.2876.
  6. ^ Стеттер, К. (2006). «История открытия первых гипертермофилов». Экстремофилы . 10 (5): 357–362. дои : 10.1007/s00792-006-0012-7. PMID  16941067. S2CID  36345694.
  7. ^ Чжэн Х; У Х (декабрь 2010 г.). «Анализ геноцентрических ассоциаций для выявления корреляции между уровнями содержания гуанина-цитозина и условиями температурного диапазона прокариотических видов». БМК Биоинформатика . 11 (Дополнение 11): S7. дои : 10.1186/1471-2105-11-S11-S7 . ПМК 3024870 . ПМИД  21172057. 
  8. ^ Раджасекаран, АК; Махешвари, Р. (1 сентября 1993 г.). «Термофильные грибы: оценка их потенциала роста в почве». Журнал биологических наук . 18 (3): 345–354. дои : 10.1007/BF02702992. ISSN  0973-7138. S2CID  46013720.
  9. ^ Патель, Харди; Рават, Сима (2021), «Термофильные грибы: разнообразие, физиология, генетика и применение», Новые и будущие разработки в области микробной биотехнологии и биоинженерии , Elsevier, стр. 69–93, номер документа : 10.1016/b978-0-12-821005 -5.00005-3, ISBN 9780128210055, S2CID  224847697 , получено 2 июня 2022 г.
  10. ^ ван ден Бринк, Йост; Факун, Крисс; де Врис, Мишель; Стилоу, Дж. Бенджамин (декабрь 2015 г.). «Термофильный рост и ферментативная термостабильность являются полифилетическими чертами Chaetomiaceae». Грибковая биология . 119 (12): 1255–1266. doi : 10.1016/j.funbio.2015.09.011. ISSN  1878-6146. ПМИД  26615748.
  11. ^ аб Фрёльс С; Аджон М; Вагнер М; Тейхманн Д; Золгадр Б; Фолеа М; и другие. (ноябрь 2008 г.). «Индуцируемая УФ-излучением клеточная агрегация гипертермофильных архей Sulfolobus solfataricus опосредована образованием пилей» (PDF) . Мол. Микробиол . 70 (4): 938–52. дои : 10.1111/j.1365-2958.2008.06459.x . ПМИД  18990182.
  12. ^ abc Аджон М; Фрёльс С; ван Вольферен М; Стокер К; Тейхманн Д; Дриссен А.Дж.; и другие. (ноябрь 2011 г.). «Обмен ДНК, индуцируемый УФ-излучением, у гипертермофильных архей, опосредованный пилями IV типа» (PDF) . Мол. Микробиол . 82 (4): 807–17. дои : 10.1111/j.1365-2958.2011.07861.x . ПМИД  21999488.
  13. ^ Фрёльс С; Белый МФ; Шлепер С (февраль 2009 г.). «Реакция на повреждение УФ-излучением у модельного архея Sulfolobus solfataricus». Биохим. Соц. Транс . 37 (Часть 1): 36–41. дои : 10.1042/BST0370036. ПМИД  19143598.
  14. ^ ван Вольферен М; Аджон М; Дриссен А.Дж.; Альберс С.В. (июль 2013 г.). «Как гипертермофилы адаптируются к изменению своей жизни: обмен ДНК в экстремальных условиях». Экстремофилы . 17 (4): 545–63. дои : 10.1007/s00792-013-0552-6. PMID  23712907. S2CID  5572901.

Внешние ссылки