Planctomycetes

Planctomycetes

Elektronmikrofotografier af Gemata obscuriglobus- celler . Et komplekst system af indre membraner er synligt
videnskabelig klassifikation
Domæne:bakterieType:Planctomycetes
Internationalt videnskabeligt navn
Planctomycetes Garrity og Holt 2001
Synonymer
  • Planctobacteria Cavalier-Smith 2002

Planctomycetes [1] [2] [3] [4] ( lat.  Planctomycetes ) er en type gram -negative bakterier , der er kendetegnet ved en unik cellulær struktur, nemlig tilstedeværelsen af ​​et komplekst system af lukkede membraner . Især i nogle repræsentanter er nukleoidet placeret i kernelegemet, omgivet af en dobbeltmembran. Nogle arter udfører anammox - processen med anaerob oxidation af ammoniak , hvorved der dannes elementært nitrogen ) [5] .

Cellebiologi

I lang tid troede man, at bakterier af typen Planctomycetes mangler peptidoglycan i cellevæggen , hvilket er karakteristisk for cellevæggene hos de fleste bakterier. I stedet mentes cellevæggen i Planctomycetes at være sammensat af et glycoprotein rig på glutamat . I øjeblikket findes peptidoglycan dog i cellevæggene i alle Planctomycetes [8] [9] . I membranen af ​​Planctomycetes har hopanoider ,  stoffer, der ligner steroider , vist sig at styrke plasmamembranen [10] .

Bakterieceller af typen Planctomycetes har en karakteristisk morfologi, nemlig de er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​membranbundne indre rum. I en Planctomycetes -celle skelnes pariphoplasma - et område uden ribosomer placeret direkte under cellemembranen, riboplasma eller pyrellus - et rum, der indeholder ribosomer, og nukleoider omgivet af en dobbeltmembran (rummet under den dobbelte membran, der omgiver nukleoiden, refererer også til riboplasma og helheden Nukleoiden og dens omgivende membran kaldes nogle gange kernelegemet ) [ 5] [11] [12] . Før opdagelsen af ​​Poribacteria blev Planctomycetes betragtet som de eneste bakterier med et komplekst system af indre membraner [13] . Rekonstruktion af den indre struktur af Gemmata obscuriglobus ved hjælp af tredimensionel elektrontomografi kunne ikke give en entydig fortolkning af strukturen af ​​disse membraner. Ifølge en undersøgelse fra 2013 er indre membranrum tætsiddende invaginationer af den samme membran, og derfor er to rum, der er karakteristiske for gramnegative bakterier, til stede i Planctomycetes- celler: cytoplasmaet og det periplasmatiske rum . Et overskud af invaginationer øger celleoverfladen med en faktor på tre i forhold til dens volumen, hvilket kan skyldes de særlige kendetegn ved sterolbiosyntese i Gemata [6] . En undersøgelse fra 2014 viste imidlertid, at membranrummene i Planctomycetes er lukkede, det vil sige, at de ikke er invaginationer [7] .

Der er bevis for, at Gemmata obscuriglobus er i stand til at opsluge store molekyler i en proces, der ligner eukaryotisk endocytose på en række måder [ 14 ] .

Ikke alle Planctomycetes har en nukleoid omgivet af en dobbeltmembran. Så arten Candidatus Brocadia anammoxidans har ikke et kernelegeme, men der er et anammoxosom - en speciel organel, hvori anammox forekommer , det vil sige anaerob oxidation af ammoniak med dannelse af nitrogen [5] .

Planctomycetes livscyklus består af en vekslen mellem et fastsiddende stadie, som hæfter sig til underlaget ved hjælp af en stilk, og et mobilt stadium, hvor stilken ikke er en fortsættelse af cellen, men et separat proteinvedhæng [ 16 ] [17] .

Genom

Sammenlignende analyse af nukleotidsekvenserne af 16S rRNA viser, at typen har et højt niveau af homologi med tre andre typer - Verrucomicrobia , Chlamydiae og Lentisphaerae , der danner en supertype [18] . Studiet af genomerne af repræsentanter for typen Planctomycetes gør det muligt at kaste lys over oprindelsen af ​​methanogenese og methylotrofi [19] . Et unikt træk ved genomerne af repræsentanter for Planctomycetes -typen er fraværet af operonstrukturen af ​​generne af nogle vigtige metaboliske veje [12] , hvilket heller ikke er typisk for prokaryoter . Sammenligning af nukleotidsekvenserne for nogle gener viser et højere niveau af homologi med dem for eukaryoter: for eksempel viser et gen fra Gemmata obscuriglobus et højt niveau af homologi med genet, der koder for alfa-V-integrinproteinet , som spiller en stor rolle i transmembran signalering i eukaryoter [20] .

Økologi

Repræsentanter for Planctomycetes lever i ferskvand og saltvand [21] [22] og er vigtige medlemmer af jordens mikrobielle samfund [23] . Derudover findes de i sphagnum tørvemoser [ 24] og lever også i anaerobe kilder rige på svovlforbindelser [25] .

Fylogeni

Nedenfor er et kladogram af Planctomycetes, der bruger nomenklaturen anbefalet af listen over prokaryote navne med stående i nomenklaturen (LSPN) [26] . Fylogenetiske forhold blev bestemt baseret på analysen af ​​16S rRNA præsenteret i den 111. udgivelse (2013) af The All-Species Living Tree [27] .

Forklaring:
♠ Stammer tilgængelige i National Center for Biotechnology Information (NCBI), men ikke i LSPN-databasen
♪ Prokaryoter, for hvilke der ikke findes rene kulturer, dvs. stammer, der ikke er dyrket, eller stammer, hvis kulturer ikke er resistente.

Noter

  1. ↑ Kulichevskaya I. S., Pankratov T. A., Dedysh S. N. Identifikation af Planctomycetes- repræsentanter i sphagnummoser ved hjælp af molekylære og kulturelle tilgange // Mikrobiologi. - 2006. - T. 75 , nr. 3 . - S. 389-396 .
  2. ↑ Anyusheva M. G., Kalyuzhny S. V. Anaerob oxidation af ammonium: mikrobiologiske, biokemiske og bioteknologiske aspekter // Moderne biologis succeser. - 2007. - T. 127 , nr. 1 . - S. 34-43 .
  3. ↑ Shatalkin A.I. Om bogen "Installation of the Tree of Life" // Journal of General Biology. - 2006. - T. 67 , nr. 3 . - S. 227-236 .
  4. ↑ Zavarzin G. A. Proteobacteria: et økologisk princip i prokaryoternes systematik  // Nature . - Videnskab , 1990. - Nr. 5 . - S. 11 .
  5. ↑ 1 2 3 Willey et al., 2009 , s. 429.
  6. ↑ 1 2 Santarella-Mellwig R. , Pruggnaller S. , Roos N. , Mattaj IW , Devos DP Tredimensionel rekonstruktion af bakterier med et komplekst endomembransystem.  (engelsk)  // Public Library of Science Biology. - 2013. - Bd. 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 Strukturelle undersøgelser af planctomycete Gemmata obscuriglobus understøtter cellekompartmentalisering i en bakterie.  (engelsk)  // Public Library of Science ONE. - 2014. - Bd. 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 har en peptidoglycan cellevæg.  (engelsk)  // Naturkommunikation. - 2015. - Bd. 6. - S. 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 have a peptidoglycan cell wall  //  Nature communications : journal . - 2015. - Bd. 6 . doi : 10.1038 / ncomms7878 .
  10. ↑ Jaap S. Sinninghe Damstéa, W. Irene C. Rijpstraa, Stefan Schoutena, John A. Fuerstb, Mike SM Jettenc, Marc Strousc. Forekomsten af ​​hopanoider i planctomycetes: implikationer for sedimentære biomarkører  // Organisk geokemi. - 2004. - Bd. 35, nr. 5 . - S. 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 Cell compartmentalization in planctomycetes: novel types of structural organisation for the bacterial cell.  (engelsk)  // Archives of microbiology. - 2001. - Bd. 175, nr. 6 . - s. 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. Komplet genomsekvens af den marine planctomycete Pirellula sp. stamme 1.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2003. - Bd. 100, nej. 14 . - P. 8298-8303. - doi : 10.1073/pnas.1431443100 . — PMID 12835416 .
  13. ↑ Fieseler L. , Horn M. , Wagner M. , Hentschel U. Opdagelse af den nye kandidatfilum "Poribacteria" i marine svampe.  (engelsk)  // Anvendt og miljømæssig mikrobiologi. - 2004. - Bd. 70, nr. 6 . - s. 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 Endocytose-lignende proteinoptagelse i bakterien Gemmata obscuriglobus.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2010. - Bd. 107, nr. 29 . - P. 12883-12888. - doi : 10.1073/pnas.1001085107 . — PMID 20566852 .
  15. ↑ Lee KC , Webb RI , Fuerst JA Cellecyklussen af ​​planctomycete Gemmata obscuriglobus med hensyn til cellekompartmentalisering.  (engelsk)  // BMC cellebiologi. - 2009. - Bd. 10. - S. 4. - doi : 10.1186/1471-2121-10-4 . — PMID 19144151 .
  16. ↑ Colin Munn. marin mikrobiologi. - Anden version. - Garland Science, 2011. - S. 117. - 320 s. - ISBN 978-0-8153-6517-4 .
  17. ↑ Fuerst JA , Sagulenko E. Beyond the bakterie: planctomycetes udfordrer vores begreber om mikrobiel struktur og funktion.  (engelsk)  // Naturanmeldelser. mikrobiologi. - 2011. - Bd. 9, nr. 6 . - S. 403-413. - doi : 10.1038/nrmicro2578 . — PMID 21572457 .
  18. ↑ Wagner M. , Horn M. Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae og søster phyla omfatter et superfylum med bioteknologisk og medicinsk relevans.  (engelsk)  // Aktuel mening i bioteknologi. - 2006. - Bd. 17, nr. 3 . - S. 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 . De gådefulde planctomycetes kan have en nøgle til oprindelsen af ​​methanogenese og methylotrofi.  (engelsk)  // Molekylær biologi og evolution. - 2004. - Bd. 21, nr. 7 . - S. 1234-1241. - doi : 10.1093/molbev/msh113 . — PMID 15014146 .
  20. ↑ Jenkins C. , Kedar V. , Fuerst JA Genopdagelse inden for planctomycete-delingen af ​​domænet Bakterier ved hjælp af sekvensmærker fra genomiske DNA-biblioteker.  (engelsk)  // Genombiologi. - 2002. - Bd. 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. Fosmider af nye marine Planctomycetes fra de namibiske og Oregon-kystopwellingssystemer og deres krydssammenligning med planctomycetes genomer.  (engelsk)  // ISME-tidsskriftet. - 2007. - Bd. 1, nr. 5 . - S. 419-435. - doi : 10.1038/ismej.2007.63 . — PMID 18043661 .
  22. ↑ Neef A. , Amann R. , Schlesner H. , Schleifer KH Overvågning af en udbredt bakteriegruppe: in situ påvisning af planctomycetes med 16S rRNA-målrettede prober.  (engelsk)  // Mikrobiologi (Reading, England). - 1998. - Bd. 144 (Pt. 12). - s. 3257-3266. - doi : 10.1099/00221287-144-12-3257 . — PMID 9884217 .
  23. ↑ Buckley DH , Huangyutitham V. , Nelson TA , Rumberger A. , ​​Thies JE Diversity of Planctomycetes in soil i relation til jordhistorie og miljømæssig heterogenitet.  (engelsk)  // Anvendt og miljømæssig mikrobiologi. - 2006. - Bd. 72, nr. 7 . - P. 4522-4531. - doi : 10.1128/AEM.00149-06 . — PMID 16820439 .
  24. ↑ Kulichevskaia IS , Pankratov TA , Dedysh SN Påvisning af repræsentanter for Planctomycetes i Sphagnum tørvemoser ved molekylære og dyrkningsmetoder  // Mikrobiologiia. - 2006. - Bd. 75, nr. 3 . - s. 389-396. — PMID 16871807 .
  25. ↑ Elshahed MS , Youssef NH , Luo Q. , Najar FZ , Roe BA , Sisk TM , Bühring SI , Hinrichs KU , Krumholz LR .  (engelsk)  // Anvendt og miljømæssig mikrobiologi. - 2007. - Bd. 73, nr. 15 . - P. 4707-4716. - doi : 10.1128/AEM.00591-07 . — PMID 17545322 .
  26. ↑ Planctomycetes . Hentet 20. marts 2013. Arkiveret fra originalen 27. januar 2013.
  27. ↑ 16S rRNA-baseret LTP-frigivelse 111 (fuldt træ) . Silva Comprehensive Ribosomal RNA Database. Hentet 20. marts 2013. Arkiveret fra originalen 23. september 2015.

Litteratur