Planctomicete

Planctomicete

Micrografii electronice ale celulelor Gemmata obscuriglobus . Este vizibil un sistem complex de membrane interne
clasificare stiintifica
Domeniu:bacteriiTip de:Planctomicete
Denumire științifică internațională
Planctomycetes Garrity și Holt 2001
Sinonime
  • Planctobacteria Cavalier-Smith 2002

Planctomycetes [1] [2] [3] [4] ( lat.  Planctomycetes ) sunt un tip de bacterii gram negative care se disting printr-o structură celulară unică, și anume prezența unui sistem complex de membrane închise . În special, la unii reprezentanți, nucleoidul este situat în corpul nuclear, înconjurat de o membrană dublă. Unele specii efectuează anammox - procesul de oxidare anaerobă a amoniacului , în timpul căruia se formează azotul elementar ) [5] .

Biologie celulară

Multă vreme s-a crezut că bacteriile de tip Planctomycetes nu au peptidoglican în peretele celular , ceea ce este caracteristic pereților celulari ai majorității bacteriilor. În schimb, se credea că peretele celular al Planctomycetes este compus dintr- o glicoproteină bogată în glutamat . În prezent, totuși, peptidoglicanul se găsește în pereții celulari ai tuturor Planctomycetelor [8] [9] . În membrana Planctomycetes , s-a descoperit că hopanoizii ,  substanțe asemănătoare steroizilor , întăresc membrana plasmatică [10] .

Celulele bacteriene de tip Planctomycetes au o morfologie caracteristică, și anume, se disting prin prezența compartimentelor interne legate de membrană. Într-o celulă Planctomycetes , se distinge parifoplasma - o regiune lipsită de ribozomi situată direct sub membrana celulară, riboplasmă sau pyrellus - un spațiu care conține ribozomi și nucleoid înconjurat de o membrană dublă (spațiul de sub membrana dublă care înconjoară nucleoidul se referă și la riboplasma și totalitatea Nucleoidul și membrana înconjurătoare sunt uneori numite corp nuclear ) [5] [11] [12] . Înainte de descoperirea Poribacteria Planctomicetele erau considerate singurele bacterii cu un sistem complex de membrane interne [13] . Reconstrucția structurii interne a lui Gemmata obscuriglobus folosind tomografia electronică tridimensională nu a putut oferi o interpretare clară a structurii acestor membrane. Conform unui studiu din 2013, compartimentele membranei interne sunt invaginări dens distanțate ale aceleiași membrane și, astfel, două spații caracteristice bacteriilor Gram-negative sunt prezente în celulele Planctomycetes : citoplasma și spațiul periplasmatic . Un exces de invaginări mărește suprafața celulei cu un factor de trei în raport cu volumul acesteia, ceea ce se poate datora particularităților biosintezei sterolului în Gemmata [6] . Un studiu din 2014 a arătat, însă, că compartimentele membranare ale Planctomycetes sunt închise, adică nu sunt invaginări [7] .

Există dovezi că Gemmata obscuriglobus este capabilă să înghită molecule mari într-un proces care seamănă cu endocitoza eucariotă în mai multe moduri [ 14 ] .

Nu toate Planctomycetele au un nucleoid înconjurat de o membrană dublă. Deci, specia Candidatus Brocadia anammoxidans nu are un corp nuclear, dar există un anammoxosome - un organel special în care are loc anammox , adică oxidarea anaerobă a amoniacului cu formarea de azot [5] .

Ciclul de viață al Planctomycetes constă dintr-o alternanță a unui stadiu sesil, care se atașează de substrat cu ajutorul unei tulpini, și a unui stadiu mobil, în care tulpina nu este o continuare a celulei, ci un apendice proteic separat [16]. ] [17] .

Genomul

Analiza comparativă a secvențelor de nucleotide ale ARNr 16S arată că tipul are un nivel ridicat de omologie cu alte trei tipuri - Verrucomicrobia , Chlamydiae și Lentisphaerae , formând un supertip [18] . Studiul genomilor reprezentanților de tip Planctomycetes permite să facă lumină asupra originii metanogenezei și metilotrofiei [19] . O caracteristică unică a genomului reprezentanților de tip Planctomycetes este absența structurii operonului genelor unor căi metabolice importante [12] , care, de asemenea, nu este tipică pentru procariote . Compararea secvențelor de nucleotide ale unor gene arată un nivel mai mare de omologie cu cele ale eucariotelor: de exemplu, o genă a Gemmata obscuriglobus prezintă un nivel ridicat de omologie cu gena care codifică proteina integrină alfa-V , care joacă un rol important în semnalizare transmembranară la eucariote [20] .

Ecologie

Reprezentanții Planctomycetes trăiesc în apele dulci și sărate [21] [22] și sunt membri importanți ai comunităților microbiene din sol [23] . În plus, se găsesc în turbării de sphagnum [24] și, de asemenea, trăiesc în surse anaerobe bogate în compuși ai sulfului [25] .

Filogenie

Mai jos este o cladogramă a Planctomycetes folosind nomenclatura recomandată de Lista de nume procariote cu Standing in Nomenclature (LSPN) [26] . Relațiile filogenetice au fost determinate pe baza analizei ARNr 16S prezentată în cea de-a 111-a ediție (2013) a The All-Species Living Tree [27] .

Legendă:
♠ Tulpini disponibile în baza de date a Centrului Național pentru Informații Biotehnologice (NCBI), dar nu în baza de date LSPN
♪ Procariote pentru care nu există culturi pure, adică tulpini care nu sunt cultivate sau tulpini ale căror culturi nu sunt rezistente.

Note

  1. ↑ Kulichevskaya I. S., Pankratov T. A., Dedysh S. N. Identificarea reprezentanților Planctomycetes în mlaștini de sphagnum folosind abordări moleculare și culturale // Microbiologie. - 2006. - T. 75 , nr 3 . - S. 389-396 .
  2. ↑ Anyusheva M. G., Kalyuzhny S. V. Oxidarea anaerobă a amoniului: aspecte microbiologice, biochimice și biotehnologice // Succesele biologiei moderne. - 2007. - T. 127 , nr 1 . - S. 34-43 .
  3. ↑ Shatalkin A.I. Despre cartea „Installation of the Tree of Life” // Journal of General Biology. - 2006. - T. 67 , nr 3 . - S. 227-236 .
  4. ↑ Zavarzin G. A. Proteobacteria: un principiu ecologic în sistematica procariotelor  // Nature . - Stiinta , 1990. - Nr 5 . - S. 11 .
  5. ↑ 1 2 3 Willey și colab., 2009 , p. 429.
  6. ↑ 1 2 Santarella-Mellwig R. , Pruggnaller S. , Roos N. , Mattaj IW , Devos DP Reconstrucție tridimensională a bacteriilor cu un sistem endomembranar complex.  (engleză)  // Public Library of Science Biology. - 2013. - Vol. 11, nr. 5 . — P. e1001565. - doi : 10.1371/journal.pbio.1001565 . — PMID 23700385 .
  7. ↑ 1 2 Sagulenko E. , Morgan GP , ​​Webb RI , Yee B. , Lee KC , Fuerst JA Studiile structurale ale planctomicetului Gemmata obscuriglobus susțin compartimentarea celulelor într-o bacterie.  (Engleză)  // Public Library of Science ONE. - 2014. - Vol. 9, nr. 3 . - P. e91344. - doi : 10.1371/journal.pone.0091344 . — PMID 24632833 .
  8. ↑ Jeske O. , Schüler M. , Schumann P. , Schneider A. , ​​Boedeker C. , Jogler M. , Bollschweiler D. , Rohde M. , Mayer C. , Engelhardt H. , Spring S. , Jogler C. Planctomycetes do posedă un perete celular de peptidoglican.  (engleză)  // Natură de comunicare. - 2015. - Vol. 6. - P. 7116. - doi : 10.1038/ncomms8116 . — PMID 25964217 .
  9. ↑ van Teeseling MCF, Mesman RJ, Kuru E., Espaillat A., Cava F., Brun YV, VanNieuwenhze MS, Kartal B & van Niftrik L. Anammox Planctomycetes au un perete celular peptidoglican  //  Nature communications : journal . - 2015. - Vol. 6 . doi : 10.1038 / ncomms7878 .
  10. ↑ Jaap S. Sinninghe Damstéa, W. Irene C. Rijpstraa, Stefan Schoutena, John A. Fuerstb, Mike SM Jettenc, Marc Strousc. Apariția hopanoidelor în planctomicete: implicații pentru înregistrarea biomarkerilor sedimentari  // Geochimie organică. - 2004. - Vol. 35, nr. 5 . - P. 561-566. - doi : 10.1016/j.orggeochem.2004.01.013 .
  11. ↑ Lindsay MR , Webb RI , Strous M. , Jetten MS , Butler MK , Forde RJ , Fuerst JA Compartimentarea celulelor în planctomicete: noi tipuri de organizare structurală pentru celula bacteriană.  (engleză)  // Arhivele de microbiologie. - 2001. - Vol. 175, nr. 6 . - P. 413-429. — PMID 11491082 .
  12. ↑ 1 2 Glöckner FO , Kube M. , Bauer M. , Teeling H. , Lombardot T. , Ludwig W. , Gade D. , Beck A. , Borzym K. , Heitmann K. , Rabus R. , Schlesner H. , Amann R. , Reinhardt R. Secvența completă a genomului planctomicetului marin Pirellula sp. tulpină 1.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2003. - Vol. 100, nr. 14 . - P. 8298-8303. - doi : 10.1073/pnas.1431443100 . — PMID 12835416 .
  13. ↑ Fieseler L. , Horn M. , Wagner M. , Hentschel U. Descoperirea noului filum candidat „Poribacteria” în bureții marini.  (engleză)  // Microbiologie aplicată și de mediu. - 2004. - Vol. 70, nr. 6 . - P. 3724-3732. - doi : 10.1128/AEM.70.6.3724-3732.2004 . — PMID 15184179 .
  14. ↑ Lonhienne TG , Sagulenko E. , Webb RI , Lee KC , Franke J. , Devos DP , Nouwens A. , Carroll BJ , Fuerst JA Absorbția proteinei asemănătoare endocitozei în bacteria Gemmata obscuriglobus.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2010. - Vol. 107, nr. 29 . - P. 12883-12888. - doi : 10.1073/pnas.1001085107 . — PMID 20566852 .
  15. ↑ Lee KC , Webb RI , Fuerst JA Ciclul celular al planctomicetului Gemmata obscuriglobus cu privire la compartimentarea celulelor.  (Engleză)  // Biologie celulară BMC. - 2009. - Vol. 10. - P. 4. - doi : 10.1186/1471-2121-10-4 . — PMID 19144151 .
  16. ↑ Colin Munn. microbiologie marine. - A doua editie. - Garland Science, 2011. - P. 117. - 320 p. - ISBN 978-0-8153-6517-4 .
  17. ↑ Fuerst JA , Sagulenko E. Beyond the bacterium: planctomycetes provoacă conceptele noastre de structură și funcție microbiană.  (engleză)  // Recenzii de natură. microbiologie. - 2011. - Vol. 9, nr. 6 . - P. 403-413. - doi : 10.1038/nrmicro2578 . — PMID 21572457 .
  18. ↑ Wagner M. , Horn M. Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae și phyla surori cuprind o superfilă cu relevanță biotehnologică și medicală.  (Engleză)  // Opinie actuală în biotehnologie. - 2006. - Vol. 17, nr. 3 . - P. 241-249. - doi : 10.1016/j.copbio.2006.05.005 . — PMID 16704931 .
  19. ↑ Chistoserdova L. , Jenkins C. , Kalyuzhnaya MG , Marx CJ , Lapidus A. , Vorholt JA , Staley JT , Lidstrom ME Planctomicetele enigmatice pot deține o cheie pentru originile metanogenezei și metilotrofiei.  (Engleză)  // Biologie moleculară și evoluție. - 2004. - Vol. 21, nr. 7 . - P. 1234-1241. - doi : 10.1093/molbev/msh113 . — PMID 15014146 .
  20. ↑ Jenkins C. , Kedar V. , Fuerst JA Descoperirea genelor în cadrul diviziunii planctomicete a domeniului Bacteria folosind etichete de secvență din bibliotecile de ADN genomic.  (engleză)  // Biologia genomului. - 2002. - Vol. 3, nr. 6 . - P. 0031. - PMID 12093378 .
  21. ↑ Woebken D. , Teeling H. , Wecker P. , Dumitriu A. , Kostadinov I. , Delong EF , Amann R. , Glöckner F.O. Fosmide de noi planctomicete marine din sistemele de upwelling ale coastei Namibiei și Oregonului și compararea lor cu planctomice genomurilor.  (engleză)  // Jurnalul ISME. - 2007. - Vol. 1, nr. 5 . - P. 419-435. - doi : 10.1038/ismej.2007.63 . — PMID 18043661 .
  22. ↑ Neef A. , Amann R. , Schlesner H. , Schleifer KH Monitorizarea unui grup bacterian larg răspândit: detectarea in situ a planctomicetelor cu sonde țintite de ARNr 16S.  (engleză)  // Microbiologie (Reading, Anglia). - 1998. - Vol. 144 (Pt 12). - P. 3257-3266. - doi : 10.1099/00221287-144-12-3257 . — PMID 9884217 .
  23. ↑ Buckley DH , Huangyutitham V. , Nelson TA , Rumberger A. , ​​Thies JE Diversitatea planctomiceților în sol în relație cu istoria solului și eterogenitatea mediului.  (engleză)  // Microbiologie aplicată și de mediu. - 2006. - Vol. 72, nr. 7 . - P. 4522-4531. - doi : 10.1128/AEM.00149-06 . — PMID 16820439 .
  24. ↑ Kulichevskaia IS , Pankratov TA , Dedysh SN Detectarea reprezentanților planctomicetelor în turbării Sphagnum prin metode moleculare și de cultivare  // Mikrobiologiia. - 2006. - Vol. 75, nr. 3 . - P. 389-396. — PMID 16871807 .
  25. ↑ Elshahed MS , Youssef NH , Luo Q. , Najar FZ , Roe BA , Sisk TM , Bühring SI , Hinrichs KU , Krumholz LR Diversitatea filogenetică și metabolică a planctomicetelor din Zodeletonă anaerobă, bogată în sulfuri și sulf, Zodeleton Spring.  (engleză)  // Microbiologie aplicată și de mediu. - 2007. - Vol. 73, nr. 15 . - P. 4707-4716. - doi : 10.1128/AEM.00591-07 . — PMID 17545322 .
  26. ↑ Planctomicete . Preluat la 20 martie 2013. Arhivat din original la 27 ianuarie 2013.
  27. ↑ Eliberarea LTP 111 pe bază de ARNr 16S (arborele complet) . Silva Comprehensive Ribozomal ARN Database. Preluat la 20 martie 2013. Arhivat din original la 23 septembrie 2015.

Literatură