Fervidicoccus

Fervidicoccus fontis es una arquea extremófila con forma de coco , conocida por prosperar en ambientes de alta temperatura. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Fue descubierta en la caldera de Uzon, en Rusia , y exhibe un metabolismo organotrófico anaeróbico , fermentando principalmentecompuestos orgánicos como péptidos y extracto de levadura . ^{[ 7 ] [ 8 ]} F. fontis es genéticamente distinta, compartiendo no más del 89% de su material genético con sus parientes más cercanos. ^{[ 6 ]} Es la única especie dentro del orden Fervidicoccales y el género Fervidicoccus , aunque la investigación en curso sugiere posibles nuevas especies. ^{[ 9 ] [ 7 ]} Juega un papel importante en aplicaciones biotecnológicas debido a sus capacidades de hidrólisis de lípidos , contribuyendo a industrias que van desde el tratamiento de aguas residuales hasta la farmacéutica . ^{[ 9 ]}

El descubrimiento de F. fontis se inició a través de un medio basal anaeróbico preparado , destinado a fomentar el crecimiento de microorganismos en ambientes extremos. ^{[ 7 ]} Se recolectaron muestras de manantiales termales dentro de la caldera de Uzon en Rusia. ^{[ 7 ]} El medio en el que se obtuvieron las muestras tenía un pH ajustado a 6,0-6,5 e incluía 1  mg de resazurina , 1 ml de soluciones de oligoelementos y vitaminas , y 0,2 g de extracto de levadura. ^{[ 7 ]} Esto luego se transfirió a tubos que se sellaron con tapones de caucho butílico para mantener un ambiente anaeróbico de 80 % N ₂ y 20 % CO ₂ . ^{[ 7 ]} El método para aislar las cepas Kam940 ^T y Kam 1507b implicó la incubación de un inóculo del 10 % , proveniente de una mezcla de sedimento y agua a 70 °C (158 °F) . ^{[ 7 ]} Esta incubación también incluyó la adición de quitina o β-queratina como sustratos poliméricos a una concentración de 2 g l ⁻¹ . ^{[ 7 ]} Kam940 ^T se aisló en un medio basal con peptona con 1,5 % de agar , mientras que Kam1507b se obtuvo mediante dilución en serie en un medio enriquecido con peptona. ^{[ 7 ]} En 3-5 días, este enfoque aisló con éxito organismos con células cocoides, marcando el descubrimiento de cepas únicas de Fervidicoccus : Kam940 ^T y Kam1507b. ^{[ 7 ]} La pureza de estas cepas aisladas se confirmó mediante microscopía de contraste de fases , que reveló que las cepas consistían enteramente en células cocoides individuales, demostrando finalmente un aislamiento efectivo y el descubrimiento de una nueva especie. ^{[ 7 ]}  

F. fontis se caracteriza por su morfología celular en forma de coco y la falta de motilidad debido a la ausencia de flagelo . ^{[ 6 ]} Su envoltura celular consiste en una membrana celular formada por una capa de subunidades proteicas. ^{[ 6 ]} Las dimensiones de estas células pueden variar, con longitudes y anchuras que oscilan entre 1 y 3 μm. ^{[ 6 ]}

F. fontis , un organótrofo anaeróbico obligado , obtiene su energía principalmente de la fermentación de varios compuestos orgánicos . ^{[ 8 ]} Utiliza metabolitos como extracto de carne , peptona y extracto de levadura para fines de fermentación, creciendo a densidades mayores de 10 ⁷ células mL ⁻¹ . ^{[ 6 ]} F. fontis muestra un crecimiento óptimo cuando se cultiva con péptidos y 20  mg/L de extracto de levadura entre 65  °C y 70  °C y un pH de 5,5-6,0. ^{[ 6 ]} Además, F. fontis es capaz de reducir azufre a H ₂ S. ^{[ 7 ]} El genoma de F. fontis codifica 45 peptidasas que facilitan la hidrólisis de proteínas y péptidos, así como el catabolismo de aminoácidos , que son procesos esenciales para el transporte de oligopéptidos y aminoácidos libres a las células. ^{[ 8 ] [ 12 ]} También se supone que el catabolismo del piruvato está presente como un producto intermedio del metabolismo de la alanina . ^{[ 8 ]} La piruvato-ferredoxina oxidorreductasa facilita la producción de acetil-CoA , CO ₂ y ferredoxina reducida . ^{[ 8 ]} Posteriormente, el acetil-CoA se transforma en acetato , generando ATP en una reacción llevada a cabo por las acetil-CoA sintetasas . ^{[ 8 ]} A pesar de su versatilidad metabólica, F. fontis carece de vías completas para el catabolismo de carbohidratos . ^{[ 8 ]} Esto se evidencia por la falta de genes que se encuentran típicamente en organismos capaces de degradar carbohidratos, como las glicósido hidrolasas , las polisacárido liasas o las carbohidrato esterasas . ^{[ 8 ]}

El cromosoma de F. fontis es circular , según lo determinado mediante secuenciación y análisis completos del genoma , y ​​confirmado por verificación mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR) de regiones con elementos de secuencia de inserción . ^{[ 8 ]} Consta de 1.319.216 pares de bases con un contenido promedio de G y C del 37,5 %. ^{[ 8 ]} Su genoma incluye una duplicación del operón de ARNr 16S-23S, así como un gen de ARNr 5S distinto . ^{[ 8 ]} A lo largo del genoma, hay 42 genes de ARNt , nueve de los cuales incluyen intrones . ^{[ 8 ]} Mediante búsquedas de similitud y predicciones de potencial de codificación, se identificaron 1.385 genes potenciales codificantes de proteínas , con una longitud promedio de 829 nucleótidos por gen. ^{[ 8 ]} Esto resultó finalmente en una cobertura de genes codificantes de proteínas del 87,1 % de todo el genoma de F. fontis . ^{[ 8 ]}

Las cepas F. fontis Kam940 ^T y Kam1507b se derivaron de áreas con temperaturas que oscilan entre 75 y 80 °C (167 y 176 °F) y niveles de pH de 6,5 y 6,3, respectivamente. ^{[ 7 ]} Un análisis posterior utilizando electroforesis en gel con gradiente desnaturalizante (DGGE) identificó Fervidicoccaceae en cultivos de enriquecimiento de la Caldera de Uzon, demostrando su capacidad para crecer a altas temperaturas ( 68–77 °C (154–171 °F) ) y un rango de pH de 6,4–7,0 en varios sustratos poliméricos . ^{[ 7 ]} El muestreo de ADN ambiental reveló la presencia de Fervidicoccaceae en varias fuentes termales alrededor del mundo. ^{[ 7 ]} Estos hallazgos muestran que las secuencias de ARN ribosomal 16S de estos organismos comparten una similitud del 94-95% con la de F. fontis , lo que indica la amplia distribución y adaptabilidad ecológica de F. fontis . ^{[ 7 ]}    

La demanda de nuevas lipasas y microorganismos consumidores de lípidos está creciendo, lo que representa un desafío para la biotecnología y la microbiología . ^{[ 9 ]} F. fontis tiene la capacidad de hidrolizar sustratos lipídicos; por lo tanto, encuentra aplicación en varias industrias como el tratamiento de aguas residuales, la creación de productos refinados como productos farmacéuticos, ésteres y aminoácidos, así como en la fabricación de biodiesel , biopolímeros , productos de limpieza , cosméticos , papel , cuero y productos alimenticios . ^{[ 9 ]} La dificultad para aislar y mantener cultivos arqueales puros ha limitado el conocimiento científico de estos microorganismos, ya que anteriormente, solo Thermococcus sibiricus era reconocido por sus capacidades de crecimiento de lípidos. ^{[ 9 ]} Por lo tanto, este nuevo hallazgo amplía la comprensión de las capacidades ecológicas del género Fervidicoccus . ^{[ 9 ]} F. fontis , con su pequeño tamaño de genoma comparado con muchos otros termófilos de vida libre, puede compartir nichos ecológicos con otras bacterias termófilas y superarlas en la competencia, lo que sugiere que puede ser ventajoso en entornos competitivos. ^{[ 8 ] [ 13 ]} F. fontis también puede tener capacidades antioxidantes debido a la presencia de superóxido reductasa , que puede reducir el daño oxidativo y potencialmente disminuir el riesgo de enfermedad, lo que resalta su importancia médica. ^{[ 8 ]} La presencia de un gen de superóxido reductasa en F. fontis resalta su función en la desintoxicación de superóxido , contribuyendo aún más a los mecanismos de defensa antioxidante . ^{[ 8 ]}