Halobacterium salinarum

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search
Infobox info icon.svg
Halobacterium salinarum
Himalayan Rock Salt.jpg
Rendszertani besorolás
Domén: Archaea
Ország: Euryarchaeota
Törzs: Euryarchaeota
Osztály: Halobacteria
Rend: Halobacteriales
Család: Halobacteriaceae
Nemzetség: Halobacterium
Faj: H. salinarium
Tudományos név
''Halobacterium salinarium''
corrig. (Harrison and Kennedy 1922)
Elazari-Volcani 1957
Szinonimák

Pseudomonas salinaria Harrison and Kennedy 1922
Serratia salinaria (Harrison and Kennedy 1922) Bergey et al. 1923
Flavobacterium (subgen. Halobacterium) salinarium (Harrison and Kennedy 1922) Elazari-volcani 1940
Halobacter salinaria (Harrison and Kennedy 1922) Anderson 1954
Halobacterium salinarium (Harrison and Kennedy 1922) Elazari-Volcani 1957
Halobacterium halobium (Petter 1931) Elazari-Volcani 1957
Halobacterium cutirubrum (Lochhead 1934) Elazari-Volcani 1957

Hivatkozások
Wikifajok

A Wikifajok tartalmaz Halobacterium salinarum témájú rendszertani információt.

A Halobacterium salinarum a Halobacterium nembe tartozó archea faj. Az archeák – ősbaktériumok – egysejtű, sejtmag nélküli prokarióta szervezetek. Extrém halofil (sókedvelő), óceáni, Gram-negatív, obligát aerob archaea. Sózott halakban, nyersbőrön, és hipersós tavakban él. Nagy sűrűségben a vizeket lilára vagy vörösre színezi. Előfordul a nagy sótartalmú élelmiszerekben is, például sózott sertéshúsban, halban és kolbászban. Mivel túléli a magas sókoncentrációt, extremofilként osztályozzák. Módszereket fejlesztettek ki a géncserére és a szisztematikus génkiütésre, így ideális jelölt az archaeák genetikájának és funkcionális genomikájának tanulmányozásához.[1] Az irodalomban szerint a H. salinarumot használták hidrogén termelésre E. coli hidrogenáz donorral.[2]

Leírása[szerkesztés]

Pálcika alakú egysejtű, élőlény. A legősibb életformák közé tartozik és a Földön milliárd évekkel ezelőtt jelent meg. A membránja S-réteg által körülvett lipid kettősrétegből áll.[3] Az S-réteg anyaga egy sejtfelszíni glikoproteinből készül, amely a sejtfelszíni fehérjék körülbelül 50%-át adják.[4] Ezek a fehérjék rácsot alkotnak a membránon. A szulfát gyakori a glikán láncokban a glikoproteinben, amik emiatt negatív töltésűek. A negatív töltés vélhetőleg stabilizálja a rácsot magas sókoncentrációjú körülmények között.[5]

Kémiai energiájának fő forrásai az aminosavak, főleg az arginin és az aszpartát, bár képes metabolizálni más aminosavakat is. Nem képes növekedni cukrokkal, és ezért szüksége van glükoneogenezisre képes enzimekre cukrok létrehozásához. Bár képtelen katabolizálni glükózt, a TrmB transzkripciós faktor az S-réteg glikoproteinjében található cukrok glukoneogenikus termelését szabályozza.

Alkalmazkodása az extrém körülményekhez[szerkesztés]

Extrém sókoncentráció[szerkesztés]

A túléléshez extrém sós környezetben mint más halofil archaea fajok használ oldott anyagokat (különösen kálium-kloridot) az ozmotikus stressz csökkentésére.[6] A kálium szintje nincs egyensúlyban a környezetével így több aktív transzportert fejez ki amik káliumot pumpálnak a sejtbe. Extrém magas só koncentrációnál a fehérjék kicsapódnak. A fehérjéi főleg savas kémhatásúak. Átlagos izoelektronos pontjuk 4,9. Ezek a nagyon savas fehérjék túlnyomórészt negatív töltésűek, és képesek oldatban maradni még magas sókoncentrációnál is.

Alacsony oxigénszint[szerkesztés]

Kemiozmotikus kapcsolat a napenergia, a bakteriorodopszin és az ATP szintáz általi foszforiláció (kémiai energia) között a fotoszintézis közben a Halobacterium salinarumban. A bakteriális sejtfal elhagyva.[7][8]

Nőhet sós tavakban ahol hamar elfogy az oxigén. Bár obligát aerob élőlény, képes életben maradni alacsony oxigénszint mellett fényenergia felhasználásával. Kifejez egy membránfehérjét a bakteriorodopszint, ami egy fény vezérelt protonpumpaként műkódik.[9][10] Két részből áll: a 7-transzmembrán fehérjéből a bakterioopszinból, és a fény érzékeny kofaktorból a retinalból. Egy foton elnyelése megváltoztatja a retinal konformációját, ami konformáció változást okoz a bakterioopszin fehérjében ami meghajtja a proton transzportot.[10]

Termel gáz vezikulumokat hogy a felszínre kerüljön ahol magasabb az oxigénszint és több a fény. A hólyagok komplex struktúrák, fehérjékből állítja elő a Halobacterium salinarum, amiket legalább 14 gén kódol. 1967-ben fedezték fel a H. salinarumban.[11][12][13]

UV sugárzás[szerkesztés]

A sós tavakban kevés védelem van a naptól, így gyakran nagy mennyiségű UV sugárzásnak van kitéve. Ennek kompenzálására kifinomult DNS-javító mechanizmus fejlődött ki benne. A genomjában kódolt DNS-javító enzimek homológok a baktériumok és az eukarióták enzimeivel. Ennek köszönhetően a DNS-károsodásokat gyorsabban és sokkal hatékonyabban javítja ki mint más élőlények, így sokkal jobban tolerálja az UV sugárzást.

A Halobacterium salinarum felelős a Holt-tenger és más sós vizek piros vagy rózsaszín elszíneződésért. A vörös színt elsősorban a bakterioruberin okozza, ami egy 50 szénatomos karotinoid pigment a membránján belül. A bakterioruberin elsődleges szerepe hogy védjen az UV fény okozta DNS károsodás ellen.[14] A bakterioruberin a DNS-t antioxidánsként védi, inkább mint hogy közvetlenül blokkolja az UV fényt. Képes megvédeni a sejtet a reaktív oxigén fajoktól. A bacterioruberin által termelt gyök kevésbé reaktív mint az eredeti gyök, és valószínűleg reagál egy másik gyökkel.[15][16]

Genom[szerkesztés]

Eddig két törzsének a genomját szekvenálták teljesen: az NRC-1-et[3] és az R1-et.[17] Az NRC-1 genomja 2 571 010 bázispár hosszú, és egy nagy, valamint két mini kromoszómából áll. A genom valószínűleg 2360 fehérjét kódol. A nagy kromoszóma nagyon gazdag G-C párokban (68%).[18] A magas G-C tartalma növeli a genom stabilitását extrém környezetekben.

Legrégebbi DNS[szerkesztés]

Megtalálták a Halobacterium salinarum közeli genetikai rokonának sóba zárt DNS fragmentumait amiknek a korát 121 millió évesre becsülték.[19]

Új-Mexikóban 250 millió évesre becsült DNS-t is felfedeztek.[20]

Források[szerkesztés]

  1. Peck, R.F., DasSarma, S., Krebs, M.P., Homologous gene knockout in the archaeon Halobacterium salinarum with ura3 as a counterselectable marker, Mol Microbiol, 2000, 35(3):667–676.
  2. Brijesh, Rajanandam K.S.*, Siva Kiran, R.R., Optimization of hydrogen production by Halobacterium salinarium coupled with E. coli using milk plasma as fermentative substrate, J Biochem Tech, 2011, 3(2):242–244.
  3. ^ a b Ng, W.V., et al., Genome sequence of Halobacterium species NRC-1, Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97(22):12176–12181.
  4. Mescher, M.F., Strominger, J.L., Purification and characterization of a prokaryotic glucoprotein from the cell envelope of Halobacterium salinarium, J Biol Chem, 1976, 251(7):2005–2014.
  5. Sara, M., Sleytr, U.B., S-layer proteins. J Bacteriol. 2000, 182(4):859–68.
  6. Pérez-Fillol, M., Rodrguez-Valera, F., Potassium ion accumulation in cells of different halobacteria, Microbiologia, 1986, 2(2):73–80.
  7. Bioenergetics 2, 2nd, San Diego: Academic Press (1992. július 16.). ISBN 9780125181242 
  8. Stryer, Lubert. Biochemistry, fourth, New York – Basingstoke: W. H. Freeman and Company (1995. július 16.). ISBN 978-0716720096 
  9. Oesterhelt, D., Functions of a new photoreceptor membrane, Proc Natl Acad Sci USA, 1973, 70(10):2853.
  10. ^ a b Andersson, M., Structural dynamics of light-driven proton pumps, Structure, 2009, 17(9):1265.
  11. Oren, A., Ecology of extremely halophilic microorganisms, Vreeland, R.H., Hochstein, L.I., editors, The Biology of Halophilic Bacteria, CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, 1993, p. 25–54.
  12. Walsby, A.E., Gas vesicles, Microbiol Mol Biol Rev, 1994, 58(1):94.
  13. Larsen, H., Omang, S., Steensland, H., On the gas vacuoles of the halobacteria, Archiv für Mikrobiologie, 1967, 59(1):197–203.
  14. Shammohammadi, H.R., Protective roles of bacterioruberin and intracellular KCl in the resistance of Halobacterium salinarium against DNA-damaging agents, J Radiat Res, 1998, 39(4):251.
  15. Saito, T., Miyabe, Y., Ide, H., Yamamoto, O., Hydroxyl radical scavenging ability of bacterioruberin, Radiat Phys Chem, 1997, 50(3):267–9.
  16. Ide, H., Takeshi, S., Hiroaki, T., Studies on the antioxidation activity of bacterioruberin, Urakami Found Mem, 1998, 6:127–33.
  17. Pfeiffer, F., Schuster, S.C., Broicher, A., Falb, M., Palm, P., Rodewald, K., et al., Evolution in the laboratory: The genome of Halobacterium salinarum strain R1 compared to that of strain NRC-1, Genomics, 2008, 91(4):335–346.
  18. Joshia, J.G., Guilda, W.R., Handlera, P., The presence of two species of DNA in some halobacteria, J Mol Biol, 1963, 6(1):34–38.
  19. Reilly, Michael, The Discovery Channel: World's oldest known DNA discovered. (Hozzáférés: 2010. szeptember 3.)
  20. Vreeland, H; Rosenzweig, W D; Lowenstein, T; Satterfield, C; Ventosa, A (2006. december 1.). „Fatty acid and DNA analyses of Permian bacteria isolated from ancient salt crystals reveal differences with their modern relatives”. Extremophiles 10 (1), 71–8. o. DOI:10.1007/s00792-005-0474-z. PMID 16133658.  

További információk[szerkesztés]

  • (2014. július 16.) „A transcription factor links growth rate and metabolism in the hypersaline adapted archaeon Halobacterium salinarum”. Molecular Microbiology 93 (6), 1172–1182. o. DOI:10.1111/mmi.12726.  
  • (2014. július 16.) „High Overexpression and Purification of Optimized Bacterio-Opsin from Halobacterium Salinarum R1 in E-coli”. Applied Biochemistry and Biotechnology 174 (4), 1558–1571. o. DOI:10.1007/s12010-014-1137-2. PMID 25123363.