Nanoorganisme acidofile arheale din minele Richmond

Nanoorganismele acidofile ale Minei Richmond Archaeal (ARMAN ) sunt  organisme din domeniul arheal descrise pentru prima dată de Brett Baker în 2006 în mina extrem de acidă Iron Mountain nordul Californiei . Aceste noi grupuri arheene au fost numite ARMAN-1, ARMAN-2, ARMAN-3, ARMAN-4 și ARMAN-5. Abrevierea pentru acest grup de arhee a fost aleasă în așa fel încât să se potrivească cu numele proprietarului minei - Ted Arman [1] . Analizele anterioare ale reacției în lanț a polimerazei (PCR) ale apelor de mină nu au reușit să detecteze prezența acestora, deoarece organismele ARMAN au mai multe substituții care împiedică detectarea lor prin PCR cu primeri 16S rARN standard . Baker și colegii au reușit să detecteze aceste organisme prin secvențierea ADN -ului organismelor comunității miniere folosind metoda puștilor [2] .

Inițial, se credea că cele trei grupuri ARMAN aparțin filumului Euryarchaeotes . O revizuire ulterioară a datelor, bazată pe un arbore filogenetic mai detaliat al arheilor, a arătat că ARMAN aparține supertipului DPANN [3] . În prezent, ARMAN este împărțit în noi tipuri de Micrarchaeota ( Candidatus Micrarchaeum acidiphilum ) și Parvarchaeota , care s-au separat de mult de restul arheilor. Diferențele dintre genele ARNr 16S ale primelor trei grupuri ARMAN sunt de 17% [4] .

Distribuție

Analiza cu sonde fluorescente specifice ARMAN a arătat că celulele ARMAN sunt întotdeauna prezente în comunitățile asociate cu drenajul acid al minelor la o mină din Iron Mountain (nordul Californiei); pH-ul acestor ape de mină atinge valori negative (cel mai scăzut pH măsurat a fost -3,6 [5] ). De regulă, celulele ARMAN sunt puține în comunitățile miniere (reprezintă 5–25% din locuitorii comunității). În 2008, organisme foarte apropiate de ARMAN au fost găsite într-o mlaștină acidă din Finlanda [6] , în 2010 într-o drenaj acid de mină lângă Rio Tinto (sud-estul Spaniei ) [7] , iar în 2011 într-un izvor subteran ușor alcalin, adânc și adânc, din Japonia . [8] .

Structura celulară și ecologie

În 2009, celulele ARMAN necultivate din biofilmele minelor au fost analizate utilizând tomografia crioelectronică 3D . S-a dovedit că dimensiunea celulelor ARMAN corespunde limitei inferioare estimate pentru celulele vii: volumul lor este de 0,009–0,04 µm³ . Interesant este că, în ciuda dimensiunii extrem de mici a celulelor, mai multe tipuri de viruși au fost găsite pe celulele biofilmului . De asemenea, au descoperit că celulele ARMAN au o medie de 92 de ribozomi per celulă, în timp ce Escherichia coli conține aproximativ 10.000 de ribozomi per celulă. ARMAN pare să se descurce cu un număr foarte scăzut de metaboliți per celulă, ceea ce ridică problema cerințelor minime ale celulelor vii. Reconstrucția 3D a celulelor ARMAN din habitatul natural a arătat că unele celule ARMAN se atașează de alte arhei din ordinul Thermoplasmatales . Celulele acestor arhei pătrund în peretele celular ARMAN ajungând în citoplasmă. Natura acestei interacțiuni este neclară; poate că aici este implicat un fel de parazitism sau simbioză . Este posibil ca ARMAN să primească de la alte arhei acei metaboliți pe care nu îi pot sintetiza singuri [9] .

Genomica si proteomica

În 2006, genomurile reprezentanților a trei subgrupuri ARMAN au fost secvențiate. Prima schiță a genomului Candidatus Micrarchaeum acidiphilum din subgrupul ARMAN-2 are o lungime de aproximativ 1 megabază (milion de perechi de baze). Genomul ARMAN-4 și ARMAN-5, de asemenea de aproximativ 1 megabază, se disting prin dimensiuni neobișnuite ale genelor , similare cu cele ale bacteriilor simbiotice și parazitare . Acest fapt poate indica interacțiuni între specii între ARMAN și alte arhei. În plus, pe arborele filogenetic, arhaea ARMAN părea să fie situată în apropierea punctului de separare a ramurilor Euryarchaeotes și Crenarchaeotes , ceea ce indică faptul că ARMAN-ii împărtășesc multe trăsături genetice cu arheile acestor două grupuri. Trebuie remarcat faptul că ARMAN are multe gene găsite numai în krenarheotes. Reconstrucția căilor metabolice cunoscute în ARMAN este foarte dificilă din cauza numărului neobișnuit de mare de gene unice găsite în arheile acestui grup [10] . În 2011, un nou tip de endonuclează implicată în splicing - ul ARNt a fost descris în ARMAN-1 și ARMAN-2 archaea [11] .

Note

1. ↑ Sanders, Robert Weird, microbi ultra-mici apar în drenajul acid al minelor (3 mai 2010). Preluat la 3 august 2017. Arhivat din original la 18 decembrie 2014. (nedefinit)
2. ↑ Baker BJ , Tyson GW , Webb RI , Flanagan J. , Hugenholtz P. , Allen EE , Banfield JF .  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 2006. - Vol. 314, nr. 5807 . - P. 1933-1935. - doi : 10.1126/science.1132690 . — PMID 17185602 .
3. ↑ Rinke C. , Schwietek P. , Sczyrba A. , Ivanova NN , Anderson IJ , Cheng JF , Darling A. , Malfatti S. , Swan BK , Gies EA , Dodsworth JA , Hedlund BP , Tsiamis G. , Lievert SM , Sievert WT , Eisen JA , Hallam SJ , Kyrpides NC , Stepanauskas R. , Rubin EM , Hugenholtz P. , Woyke T. Insights in the phylogeny and coding potential of microbial dark matter.  (engleză)  // Natură. - 2013. - Vol. 499, nr. 7459 . - P. 431-437. - doi : 10.1038/nature12352 . — PMID 23851394 .
4. ↑ Castelle CJ , Wrighton KC , Thomas BC , Hug LA , Brown CT , Wilkins MJ , Frischkorn KR , Tringe SG , Singh A. , Markillie  LM , Taylor RC , Williams KH , Banfield JF . noi phyla în ciclul anaerob al carbonului. (Engleză)  // Biologie actuală : CB. - 2015. - Vol. 25, nr. 6 . - P. 690-701. - doi : 10.1016/j.cub.2015.01.014 . — PMID 25702576 .
5. ↑ Nordstrom DK , Alpers CN pH negativ, mineralogie eflorescentă și consecințe pentru restaurarea mediului la situl Iron Mountain Superfund, California  // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1999. - 30 martie ( vol. 96 , nr. 7 ). - S. 3455-3462 . — ISSN 0027-8424 . - doi : 10.1073/pnas.96.7.3455 .
6. ↑ Juottonen H. , Tuittila ES , Juutinen S. , Fritze H. , Yrjälä K. Seasonality of rDNA- and rRNA-derived archaeal community and methanogenic potential in a boreal mire.  (engleză)  // Jurnalul ISME. - 2008. - Vol. 2, nr. 11 . - P. 1157-1168. - doi : 10.1038/ismej.2008.66 . — PMID 18650929 .
7. ↑ Amaral-Zettler LA , Zettler ER , Theroux SM , Palacios C. , Aguilera A. , Amils R. Structura comunității microbiene în arborele vieții în extrema Río Tinto.  (engleză)  // Jurnalul ISME. - 2011. - Vol. 5, nr. 1 . - P. 42-50. - doi : 10.1038/ismej.2010.101 . — PMID 20631808 .
8. ↑ Murakami Shinnosuke , Fujishima Kosuke , Tomita Masaru , Kanai Akio. Analiza metatranscriptomică a microbilor într-o izvor termal de adâncime subterană dezvăluie noi ARN mici și degradarea tRNA specifică tipului  // Microbiologie aplicată și de mediu. - 2011. - 9 decembrie ( vol. 78 , nr. 4 ). - S. 1015-1022 . — ISSN 0099-2240 . - doi : 10.1128/AEM.06811-11 .
9. ↑ Sanders, Robert Weird, microbi ultra-mici apar în drenajul acid al minelor (3 mai 2010). Preluat la 3 august 2017. Arhivat din original la 18 decembrie 2014. (nedefinit)
10. ↑ Baker BJ , Comolli LR , Dick GJ , Hauser LJ , Hyatt D. , Dill BD , Land ML , Verberkmoes NC , Hettich RL , Banfield JF Enigmatic, ultramic, arhee necultivată.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2010. - Vol. 107, nr. 19 . - P. 8806-8811. - doi : 10.1073/pnas.0914470107 . — PMID 20421484 .
11. ↑ Fujishima K. , Sugahara J. , Miller CS , Baker BJ , Di Giulio M. , Takesue K. , Sato A. , Tomita M. , Banfield JF , Kanai A. A novel three-unit tRNA splicing endonuclease found in ultrasmall Archaea posedă o specificitate largă de substrat.  (engleză)  // Cercetarea acizilor nucleici. - 2011. - Vol. 39, nr. 22 . - P. 9695-9704. doi : 10.1093 / nar/gkr692 . — PMID 21880595 .