Pyrococcus furiosus - Pyrococcus furiosus

Pyrococcus furiosus
Pyrococcus furiosus.png
Pyrococcus furiosus
Ilmiy tasnif
Domen:
Arxeya
Qirollik:
Euryarchaeota
Filum:
Euryarchaeota
Sinf:
Termokokklar
Buyurtma:
Termokokkallar
Oila:
Thermococcaceae
Tur:
Pirokok
Turlar:
P. furiosus
Binomial ism
Pyrococcus furiosus
Erauso va boshq. 1993

Pyrococcus furiosus bu ekstremofil turlari Arxeya. Buni a deb tasniflash mumkin gipertermofil chunki u juda yuqori haroratlarda eng yaxshi rivojlanadi - a dan afzalroq bo'lganidan yuqori termofil. Bu eng yaxshi o'sish harorati 100 ° C (tirik organizmlarni yo'q qiladigan harorat) va egalik qiluvchi deb tanilgan oz sonli organizmlardan biri ekanligi bilan ajralib turadi. aldegid ferredoksin oksidoreduktaza o'z ichiga olgan fermentlar volfram, biologik molekulalarda kamdan-kam uchraydigan element.

Xususiyatlari

Turlar dengiz termal cho'kmalaridan olingan va uni laboratoriyada madaniy sharoitda etishtirish orqali o'rganilgan. Pyrococcus furiosus optimal sharoitda 37 minut tez ikki baravar ko'payishi bilan ajralib turadi, ya'ni har 37 daqiqada individual organizmlar soni 2 ga ko'paytirilib, o'sishning eksponensial egri chizig'i hosil bo'ladi. U asosan oddiy kokklar kabi ko'rinadi, ya'ni uning shakli sharsimondir - diametri 0,8 µ dan 1,5 µm gacha, monopolyar politrixli bayroq bilan. Har bir organizm glikoproteiddan tashkil topgan uyali konvert bilan o'ralgan bo'lib, an S-qavat.

U 70 yoshida o'sadi° C (158 ° F ) va 103 ° C (217 ° F), tegmaslik harorat 100 ° C (212 ° F) va pH 5 dan 9 gacha (pH 7 da tegmaslik bilan). U xamirturush ekstraktida yaxshi o'sadi, maltoza, selobiyoz, b-glyukanlar, kraxmal va oqsil manbalari (tripton, pepton, kazein va go'sht ekstraktlari). Bu boshqa arxeylar bilan taqqoslaganda nisbatan keng doiradir. Aminokislotalar, organik kislotalar, spirtli ichimliklar va uglevodlarning ko'pchiligida (shu jumladan, o'sish juda sekin yoki umuman yo'q) glyukoza, fruktoza, laktoza va galaktoza ). Ning metabolik mahsulotlari P. furiosus bor CO2 va H2. Vodorodning mavjudligi uning o'sishi va metabolizmini jiddiy ravishda inhibe qiladi; ammo bu ta'sirni chetlab o'tish mumkin oltingugurt organizm muhitiga kirib boradi. Ushbu holatda, H2S metabolik jarayonlar orqali ishlab chiqarilishi mumkin, garchi bu reaksiyalar ketma-ketligidan energiya olinmasa kerak. Shunisi e'tiborga loyiqki, boshqa ko'plab gipertermofillar o'sish uchun oltingugurtga bog'liq bo'lsa-da, P. furiosus emas.

P. furiosus protonlarni vodorod gaziga kamaytirish orqali energiya oladigan va shu energiyani hujayra membranasi bo'ylab elektrokimyoviy gradient hosil qilish uchun foydalanadigan va shu bilan haydab chiqaradigan g'ayrioddiy va qiziquvchan oddiy nafas olish tizimi bilan ham ajralib turadi. ATP sintezi. Bunday tizim bugungi kunda barcha yuqori organizmlarda nafas olish tizimlarining juda erta evolyutsion kashshofi bo'lishi mumkin.[1]

Foydalanadi

The fermentlar ning Pyrococcus furiosus juda termostabil. Natijada, DNK polimeraza dan P. furiosus (shuningdek, nomi bilan tanilgan Pfu DNK polimeraza ) da ishlatilishi mumkin polimeraza zanjiri reaktsiyasi (PCR) DNKni kuchaytirish jarayoni.

DNKni kuchaytirishda

A DNK polimeraza yilda topilgan P. furiosus boshqa DNK polimerazalari bilan bog'liq emas deb o'ylar edilar, chunki uning ikkita oqsillari va boshqa ma'lum bo'lgan DNK polimerazalari o'rtasida muhim ketma-ketlik homologiyasi topilmadi. Ushbu DNK-polimeraza kuchli 3'-5 'ekzonukleolitik faollikka va replikativ DNK-polimeraza uchun xos bo'lgan shablon-primer imtiyoziga ega bo'lib, olimlar bu fermentning replikativ DNK polimerazasi bo'lishi mumkin deb ishonishadi. P. furiosus.[2] O'shandan beri u xuddi shu oilaga o'xshash polimerazalar B oilasiga joylashtirilgan DNK Polimeraza II. Polimeraza B uchun odatiy ko'rinadigan uning tuzilishi ham hal qilindi.[3][4]

Diol ishlab chiqarishda

Bitta amaliy dastur P. furiosus ning ishlab chiqarishida diollar turli xil sanoat jarayonlari uchun. Fermentlarini ishlatish mumkin bo'lishi mumkin P. furiosus oziq-ovqat, farmatsevtika va nozik kimyoviy moddalar kabi sohalarda qo'llanilishi uchun spirtli dehidrogenazalar enantio- va diastereomerik toza diollarni ishlab chiqarishda zarurdir. Kabi gipertermofillardan fermentlar P. furiosus laboratoriya jarayonlarida yaxshi ishlashi mumkin, chunki ular nisbatan chidamli: ular odatda yuqori harorat va yuqori bosimlarda, shuningdek kimyoviy moddalarning yuqori konsentratsiyasida yaxshi ishlaydi.

Tabiiy ravishda olingan fermentlarni laboratoriyada foydali qilish uchun ko'pincha ularning genetik tarkibini o'zgartirish zarur. Aks holda, tabiiy ravishda hosil bo'lgan fermentlar sun'iy ravishda qo'zg'atilgan protsedurada samarali bo'lmasligi mumkin. Fermentlari bo'lsa ham P. furiosus yuqori haroratda optimal ishlash, olimlar protsedurani 100 ° C (212 ° F) da amalga oshirishni istashlari shart emas. Binobarin, bu holda o'ziga xos ferment AdhA olingan P. furiosus va sun'iy jarayonlarda foydalanish uchun mos spirtli dehidrogenaza olish uchun laboratoriyada turli xil mutatsiyalarni o'tkazing. Bu olimlarga past haroratlarda samarali ishlashi va mahsuldorlikni saqlab turishi mumkin bo'lgan mutant fermentni olishiga imkon berdi.[5]

O'simliklarda

Ichida joylashgan ma'lum bir genning ifodasi P. furiosus o'simliklarda ularni issiqlikka bardoshliligini oshirish orqali ularni yanada mustahkamroq qilish mumkin. Issiqlikka ta'sir qilish kabi ekologik stresslarga javoban o'simliklar hosil bo'ladi reaktiv kislorod turlari bu hujayralar o'limiga olib kelishi mumkin. Agar ushbu erkin radikallar olib tashlansa, hujayralar o'limi kechiktirilishi mumkin. O'simliklar tarkibidagi fermentlar superoksid parchalanadi olib tashlash superoksid anion radikallari hujayralardan, ammo bu fermentlar miqdori va faolligini oshirish qiyin va o'simliklarning chidamliligini oshirishning eng samarali usuli emas.[6]

Bilan tanishtirish orqali superoksid reduktazalari ning P. furiosus o'simliklarga, O darajalari2 tez kamaytirilishi mumkin.[iqtibos kerak ] Olimlar ushbu usulni Arabidopsis talianasi o'simlik. Ushbu protsedura natijasida o'simliklarda hujayralar o'limi kamroq sodir bo'ladi, shuning uchun ekologik stressga javoblarning zo'ravonligi pasayadi. Bu o'simliklarning hayotini kuchaytiradi, ularni yorug'lik, kimyoviy va issiqlik ta'siriga chidamli qiladi.

Ushbu tadqiqot potentsial ravishda Mars kabi boshqa sayyoralarda ekstremal iqlim sharoitida omon qoladigan o'simliklarni yaratish uchun boshlang'ich nuqta sifatida ishlatilishi mumkin. Kabi ekstremofillardan ko'proq fermentlarni kiritish orqali P. furiosus o'simliklarning boshqa turlarida nihoyatda chidamli turlarni yaratish mumkin bo'lishi mumkin.[7]

Aminokislotalarni tadqiq qilishda

Taqqoslash orqali P. furiosus tegishli arxey turlari bilan, Pyrococcus abyssi, olimlar ma'lum aminokislotalar o'rtasidagi bog'liqlikni va turli xil turlardagi ba'zi bosimlarga yaqinligini aniqlashga harakat qilishdi. P. furiosus emas barofil, esa P. abyssi ya'ni, bu juda yuqori bosimlarda optimal ishlashini anglatadi. Arxeyaning ikkita gipertermofil turidan foydalanish atrof-muhit harorati bilan bog'liq og'ish ehtimolini kamaytiradi va eksperimental dizayndagi o'zgaruvchanlikni kamaytiradi.[8]

Eksperiment ba'zi aminokislotalarning barofilligi haqida ma'lumot berishdan tashqari, genetik kodning kelib chiqishi va uning tashkiliy ta'siri to'g'risida ham qimmatli ma'lumot berdi. Barofillikni aniqlaydigan aminokislotalarning aksariyati genetik kodni tashkil qilishda ham muhim ahamiyatga ega ekanligi aniqlandi. Ko'proq qutbli aminokislotalar va kichikroq aminokislotalar barofil bo'lish ehtimoli ko'proq ekanligi aniqlandi. Ushbu ikkita arxeyni taqqoslash orqali genetik kod katta gidrostatik bosim ostida tuzilgan bo'lishi mumkin degan xulosaga kelishdi va gidrostatik bosim haroratga qaraganda genetik kodni aniqlashda ko'proq ta'sirchan omil bo'lgan.[8]

Kashfiyot

Pyrococcus furiosus dastlab izolyatsiya qilingan edi anaerob Porto Levante plyajida to'plangan 90 ° C (194 ° F) va 100 ° C (212 ° F) gacha bo'lgan geotermik isitiladigan dengiz cho'kmalaridan, Vulkan oroli, Italiya. Bu birinchi tomonidan tasvirlangan Karl Stetter ning Regensburg universiteti Germaniyada va hamkasbi Gerxard Fiala. Pyrococcus furiosus haqiqatan ham 1986 yilda nisbatan yaqinda kashf etilganligi bilan arxeylarning yangi turini vujudga keltirdi.[9]

Genom

To'liq ketma-ketlik genom ning Pyrococcus furiosus da olimlar tomonidan 2001 yilda qurib bitkazilgan Merilend universiteti biotexnologiya instituti. Merilend jamoasi ushbu genomda 1 ming 908 kilobaza borligini aniqladi, ularning tarkibida 2065 oqsil mavjud.[10]

Ilmiy nomi

Ism Pirokok "otashin" degan ma'noni anglatadi Yunoncha, ekstremofilning dumaloq shakli va Selsiy bo'yicha 100 daraja haroratda o'sish qobiliyatiga murojaat qilish. Turlarning nomi furiosus "shoshilish" degan ma'noni anglatadi Lotin, va ekstremofilning ikki barobar ko'payishi va tez suzishni anglatadi.[9][11]

Adabiyotlar

  1. ^ Sapra, R; Bagramyan, K; Adams, M. W. W (2003). "Oddiy energiya tejaydigan tizim: protonni kamaytirish va proton translokatsiyasiga". Milliy fanlar akademiyasi materiallari. 100 (13): 7545–50. Bibcode:2003PNAS..100.7545S. doi:10.1073 / pnas.1331436100. PMC  164623. PMID  12792025.
  2. ^ Uemori, Takashi; Sato, Yoshimi; Kato, Ikunoshin; Doi, Xirofumi; Ishino, Yoshizumi (1997). "Gipertermofil arxeondagi yangi DNK-polimeraza, Pyrococcus furiosus: genlarni klonlash, ekspressioni va tavsifi". Hujayralar uchun genlar. 2 (8): 499–512. doi:10.1046 / j.1365-2443.1997.1380336.x. PMID  9348040.
  3. ^ Ishino, S; Ishino, Y (2014). "DNK-polimerazlar biotexnologiya uchun foydali reaktivlar sifatida - sohadagi rivojlanish tadqiqotlari tarixi". Mikrobiologiyadagi chegara. 5: 465. doi:10.3389 / fmicb.2014.00465. PMC  4148896. PMID  25221550.
  4. ^ Kim, Suhng Vuk; Kim, Dong-Uk; Kim, Jin Kvan; Kang, Lin-Vu; Cho, Xyon-Su (may, 2008). "Pfu-ning kristalli tuzilishi, Pyrococcus furiosus-dan yuqori aniqlikdagi DNK-polimeraza". Xalqaro biologik makromolekulalar jurnali. 42 (4): 356–361. doi:10.1016 / j.ijbiomac.2008.01.010. PMID  18355915.
  5. ^ Machielsen, Ronni; Leferink, Nikol G. H; Xendriks, Annemari; Brouns, Sten J. J; Xenemann, Xans-Georg; Daumann, Tomas; Van Der Oost, Jon (2008). "O'rtacha haroratda (2S, 5S) -heksandiol ishlab chiqarishni yaxshilash uchun Pyrococcus furiosus spirtli dehidrogenazning laboratoriya evolyutsiyasi". Ekstremofillar. 12 (4): 587–94. doi:10.1007 / s00792-008-0164-8. PMC  2467505. PMID  18452026.
  6. ^ Im, Y. J; Dji, M; Li, A; Killens, R; Grunden, A. M; Boss, W. F (2009). "Arabidopsisda Pyrococcus furiosus superoksid reduktaza ta'sirining ifodasi issiqqa chidamliligini oshiradi". O'simliklar fiziologiyasi. 151 (2): 893–904. doi:10.1104 / p.109.145409. PMC  2754621. PMID  19684226.
  7. ^ Karen Miller (2005 yil 5-avgust). "O'simliklar uchun Prozak". Milliy kosmik fanlarning ma'lumotlar markazi. NASA.
  8. ^ a b Di Julio, Massimo (2005). "Pyrococcus furiosus va Pyrococcus abyssi oqsillarini taqqoslash: aminokislotalarning fizik-kimyoviy xossalarida va genetik kodda barofiliya". Gen. 346: 1–6. doi:10.1016 / j.gene.2004.10.008. PMID  15716096.
  9. ^ a b Fiala, Gerxard; Stetter, Karl O (1986). "Pyrococcus furiosus sp. nov 100 ° C darajasida optimal ravishda o'sib boradigan dengiz heterotrofik arxebakteriyalarining yangi turini anglatadi ". Mikrobiologiya arxivi. 145 (1): 56–61. doi:10.1007 / BF00413027.
  10. ^ Robb, Frank T; Maeder, Dennis L; Braun, Jeyms R; Diruggiero, Jozelin; Stump, Mark D; Ha, Raymond K; Vayss, Robert B; Dunn, Dianne M (2001). "Gipertermofilning genomik ketma-ketligi, Pyrococcus furiosus: fiziologiya va enzimologiya uchun ta'siri". Gipertermofil fermentlar A qism. Enzimologiyadagi usullar. 330. 134-57 betlar. doi:10.1016 / S0076-6879 (01) 30372-5. ISBN  978-0-12-182231-6.
  11. ^ Zaramela, Liviya S; Vensio, Rikardo Z. N; O'n-Katen, Felipe; Baliga, Nitin S; Koide, Tie (2014). "Transkripsiya boshlanadigan sayt bilan bog'liq RNK (TSSaRNA) hayotning barcha sohalarida keng tarqalgan". PLOS ONE. 9 (9): e107680. doi:10.1371 / journal.pone.0107680. PMC  4169567. PMID  25238539.

Qo'shimcha o'qish

Tashqi havolalar