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Articulo de referencia

Metanococcoides burtonii

Methanococcoides burtonii es una arquea metanogénica metilotrófica aislada por primera vez del lago Ace, Antártida. [ 1 ] Su cepa tipo es DSM 6242. M. burtonii es una arquea ext...

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Methanococcoides burtonii es una arquea metanogénica metilotrófica aislada por primera vez del lago Ace, Antártida. [ 1 ] Su cepa tipo es DSM 6242.

M. burtonii es una arquea extremófila de la familia Methanosarcinaceae , una familia de tres géneros de células con forma de coco. [ 2 ] Methanococcides burtonii se ha adaptado a la vida en la Antártida, donde reside en el lago Ace a temperaturas que se mantienen permanentemente entre 1 y 2 °C. [ 2 ] M. burtonii fue descubierta por primera vez por un limnólogo austriaco llamado Harry Burton. [ 2 ] Se determinó que la temperatura óptima de crecimiento era de 23 °C. [ 2 ] M. burtonii es capaz de crecer en sustratos metilados y tolera un amplio rango de temperaturas de crecimiento (< 4° a 29 °C). [ 2 ] La adaptación al frío en M. burtonii implica cambios específicos en la insaturación de los lípidos de la membrana y proteínas flexibles. M. burtonii son cocos irregulares, que varían de 0 a 1,8 micrómetros de diámetro. [ 2 ] M. burtonii se presenta individualmente o en pares. [ 2 ] Durante la tinción de Gram , las células se lisan; también se lisan en soluciones hipotónicas . [ 2 ] M. burtonii son móviles con un solo flagelo y carecen de estructuras de almacenamiento y membranas internas en el citoplasma . [ 2 ] M. burtonii son arqueas formadoras de colonias, que generalmente aparecen en colonias de <1 milímetro que son circulares y convexas. [ 2 ] Las células de M. burtonii fluorescen en azul cuando se exponen a la iluminación UV. [ 2 ] El pH inicial óptimo para el crecimiento es 7.7. [ 2 ] Se ha descubierto que dos sustancias estimulan el crecimiento son el extracto de levadura y el agar tripticasa de soja . [ 2 ] Se ha descubierto que las células de M. burtonii son resistentes a la penicilina, ampicilina, tetraciclina, vancomicina y eritromicina. [ 2 ] Aunque ha desarrollado la capacidad de mantenerse en ambientes considerados "extremófilos" para las arqueas (1-2 °C), M. burtonii crece de forma óptima a 23 °C. M. burtonii es un metanógeno metilotrófico obligado capaz de utilizar metilaminas y metanol , pero no formiato , H     2 CO 2 , o acetato para el crecimiento. [ 2 ] El metano es un gas de efecto invernadero , y los metanógenos desempeñan un papel fundamental en el calentamiento global y el ciclo global del carbono a través de la producción de metano.

Adaptación al frío

M. burtonii están regulados térmicamente, lo que resalta el papel que juegan las vías de generación de energía y biosíntesis en la adaptación al frío. [ 3 ] La investigación proteómica muestra que los niveles celulares de la subunidad E son más altos durante el crecimiento a bajas temperaturas. [ 3 ] Esto posiblemente podría indicar que la subunidad E está cumpliendo un papel específico en la regulación de la transcripción de genes involucrados en el crecimiento a baja temperatura o en facilitar la transcripción a baja temperatura en general. [ 3 ] M. burtonii tiene mecanismos reguladores que se asemejan a los encontrados en los genes de ARN helicasa inducidos por choque de frío de E. coli . Por lo tanto, estos mecanismos tienen similitud con los métodos bacterianos de adaptación al frío. [ 3 ] M. burtonii tiene niveles disminuidos de DnaK y niveles aumentados de PPIasa a 4 grados Celsius posiblemente indicando que el plegamiento de proteínas es un proceso termosensible y puede contribuir a su adaptación al frío. [ 3 ] Varios genes involucrados en la metanogénesis están regulados térmicamente, y la regulación implica la expresión de genes en operones , la modificación de proteínas y la síntesis de TMA -MT que contiene pirrolisina . [ 3 ] A 4 °C se expresan niveles más altos de proteína y/o ARNm para genes involucrados en la metanogénesis que produce una fuerza protón-motriz que impulsa procesos celulares incluyendo la síntesis de ATP y vías desde acetil-CoA que conducen al metabolismo de aminoácidos . [ 3 ] M. burtonii tiene niveles aumentados de GDH y GAPDH (enzimas clave en el metabolismo del nitrógeno y del carbono) a 4 °C indica que hay una regulación efectiva de procesos fundamentales del metabolismo del carbono y del nitrógeno consistente con la evolución del organismo para crecer en el frío. [ 3 ]  

Estructura de la membrana y proteínas flexibles

Se sabe que las arqueas representan una gran proporción de la biomasa microbiana en ambientes "fríos", es decir, Ace Lake, donde se descubrió M. burtonii . [ 4 ] A medida que disminuye la temperatura ambiental, la bicapa lipídica se vuelve rígida en la mayoría de los organismos de tipo silvestre . [ 4 ] Sin embargo, se ha descubierto que aumentar la proporción de ácidos grasos insaturados en la membrana puede mantener un estado cristalino líquido. [ 4 ] Para lograr esto se utiliza una enzima desaturasa. [ 4 ] La síntesis de novo permite una adaptación permanente a ambientes fríos, como se observa en M. burtonii . [ 4 ] Se determinó que la presencia de lípidos dietéricos insaturados (UDL) proporciona un mecanismo de adaptación al frío en las arqueas. [ 4 ] Se han descubierto ciertos UDL en M. burtonii. [ 4 ] Estos UDL son sensibles a la temperatura, y su crecimiento a diferentes temperaturas afecta la tasa de insaturación en la membrana. [ 4 ] Por lo tanto, esto proporciona evidencia de que M. burtonii tiene la capacidad de controlar la fluidez de su membrana (con respecto a la temperatura). [ 4 ] Esta capacidad proporciona, por lo tanto, una vía plausible para la adaptación al frío por parte de las arqueas. [ 4 ] Otras moléculas potencialmente responsables de la insaturación de la membrana y, por lo tanto, de la adaptación al frío, son las cadenas laterales de isoprenoides . [ 4 ] Se descubrió que dos enzimas específicas, la acetoacetil-CoA tiolasa y la HMG-CoA sintasa, participan en la vía del melavonato en M. burtonii . [ 4 ] Las cadenas de isoprenoides producidas de esta manera están completamente insaturadas. Se ha encontrado un mayor contenido de aminoácidos polares no cargados, particularmente Gln y Thr , y un menor contenido de aminoácidos hidrofóbicos, particularmente Leu , en M. burtonii . [ 5 ] El contenido de GC es el factor principal que influye en la estabilidad del ARNt en este organismo. [ 5 ] Un enfoque proteómico utilizandoLa cromatografía bidimensional acoplada a espectrometría de masas reveló que los principales fosfolípidos eran el fosfatidilglicerol arqueol, el fosfatidilinositol arqueol, el fosfatidilglicerol hidroxiarqueol y el fosfatidilinositol hidroxiarqueol. [ 4 ] Todas las clases de fosfolípidos contenían una serie de análogos insaturados, cuyo grado de insaturación dependía de la clase de fosfolípido. [ 4 ] La proporción de lípidos insaturados en las células cultivadas a 4  °C fue significativamente mayor que en las cultivadas a 23  °C. [ 4 ] La 3-hidroxi-3-metilglutaril coenzima A sintasa, la farnesil difosfato sintasa y la geranilgeranil difosfato sintasa se identificaron en el proteoma expresado, y la mayoría de los genes involucrados en la vía del mevalonato y los procesos que conducen a la formación de fosfatidilinositol y fosfatidilglicerol se identificaron en la secuencia del genoma. [ 5 ]

Proteoma ICAT de M. burtonii : Los extractos proteicos de cultivos de M. burtonii cultivados a 4  °C y 23  °C se marcaron con el reactivo ICAT y se digirieron con tripsina. Los péptidos marcados con ICAT se aislaron mediante cromatografía de afinidad. Se identificaron 163 proteínas. [ 6 ]

Estructura y evolución del genoma

La secuenciación del genoma de M. burtonii reveló un único cromosoma circular que abarca 2.575.832 pares de bases. [ 7 ] El genoma de M. burtonii se caracteriza por un nivel más alto de secuencias aberrantes en composición que cualquier otra arquea. [ 7 ] M. burtonii tiene la capacidad de acomodar un contenido de aminoácidos altamente sesgado mientras mantiene el uso de codones . [ 7 ] Este ha sido un paso evolutivo importante en la adaptación al frío. En un estudio que utilizó COG_scrambler, una serie de conjuntos de genes significativos en M. burtonii estaban sobrerrepresentados. [ 7 ] Significativamente, los COG sobrerrepresentados consistían en quinasas de histidina de transducción de señales , ATPasas de la superfamilia REC-A y reguladores de respuesta tipo Che-Y, junto con numerosas transposasas. [ 7 ] Además, en comparación con los conjuntos de genomas de arqueas, el genoma de M. burtonii tiene conjuntos de genes sobrerrepresentados en mecanismos de defensa y motilidad, mientras que están subrepresentados en categorías de traducción de nucleótidos y metabolismo de nucleótidos. [ 7 ]

Transportistas ABC

M. burtonii presenta una marcada ausencia de transportadores ABC identificables para péptidos . [ 7 ] Esta ausencia de permeasa transportadora ABC identificable para péptidos constituye una diferencia importante entre M. burtonii y otros miembros de su familia: Methanosarcineae . [ 7 ] Por lo tanto, esta falta de transporte de péptidos conlleva su incapacidad para utilizarlos para el crecimiento. [ 7 ]

Metabolismo

M. burtonii tiene capacidad para la glucólisis y la gluconeogénesis . [ 7 ] Produce acetil-CoA a partir de metil-tetrahidrosarcinapterina y dióxido de carbono. [ 7 ] La enzima utilizada en esta vía es la monóxido de carbono deshidrogenasa /acetil-CoA sintasa. [ 7 ]

M. burtonii posee una ribulosa, 1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa de tipo III; sin embargo, no se ha encontrado ningún gen identificable para la fosforribuloquinasa. [ 7 ] Por lo tanto, M. burtonii no puede realizar la fijación de carbono mediante RubisCO. [ 7 ] Además, M. burtonii tiene quinasas de azúcares dependientes de ADP utilizadas en la glucólisis. [ 7 ] Cuando los niveles de energía son bajos y/o el ambiente es anaeróbico, M. burtonii utiliza ATP a través de esta vía dada la capacidad de síntesis de ATP a través de 3-PGA . [ 7 ]

Síntesis de aminoácidos

M. burtonii produce cisteína a través de la vía dependiente de ARNt y la vía de la O-acetilserina. [ 7 ] La pirrolisina se produce utilizando la enzima pirrolisil-ARNt sintetasa. [ 7 ]

Metanogénesis

M. burtonii obtiene su energía de la oxidación de grupos metilo a dióxido de carbono y su reducción a metano; por lo tanto, se le denomina "metanógeno metilotrófico obligado". Para los metanógenos, el crecimiento en presencia de hidrógeno requiere tres hidrogenasas distintas : ECh, Frh/Fre y Vho; M. burtonii no contiene ninguna de ellas. [ 7 ] M. burtonii no utiliza formiato, H₂ : CO₂ ni acetato para su crecimiento. [ 3 ]

Transducción de señales

El genoma de M. burtonii también incluye un mecanismo de quimiotaxis que consta de una proteína de quimiotaxis, una histidina quinasa de quimiotaxis CheA y un regulador de respuesta de quimiotaxis. [ 7 ] M. burtonii participa en la detección ambiental a través de diversas proteínas quinasas. [ 7 ] M. burtonii es un anaerobio estricto que posee quinasas intracelulares que se utilizan para el reconocimiento de oxígeno. Estas quinasas también reconocen otros elementos cruciales para su supervivencia. [ 7 ]

Referencias

  1. ↑ Franzmann, PD; Springer, N.; Ludwig, W.; Conway De Macario, E.; Rohde, M. (1992). "Una arquea metanogénica del lago Ace, Antártida: Methanococcoides burtonii sp. nov". Systematic and Applied Microbiology . 15 (4): 573– 581. doi : 10.1016/S0723-2020(11)80117-7 . ISSN 0723-2020 . 
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Franzmann, PD; Springer, N.; Ludwig, W.; Conway de Macario, E.; et al . (1992). "Una arquea metanogénica del lago Ace, Antártida: Methanococcoides burtonii sp. nov". Syst. Appl. Microbiol . 15 (4): 573– 581. doi : 10.1016/s0723-2020(11)80117-7 . 
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Goodchild, Amber; Saunders, N.; Ertan, H.; Raftery, M.; Guilhaus, M.; Curmi, P.; Cavicchioli, R. (2004). "Una determinación proteómica de la adaptación al frío en la arquea antártica, Methanococcoides burtonii" . Molecular Microbiology . 53 (1): 309– 321. doi : 10.1111/j.1365-2958.2004.04130.x . PMID 15225324. S2CID 22384609 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Nichols, David; Miller, M.; Davies, N.; Goodchild, A.; et al . (2004). "La adaptación al frío en la arquea antártica Methanococcoides burtonii implica la insaturación de los lípidos de la membrana" . Journal of Bacteriology . 186 (24): 8508– 8515. doi : 10.1128/JB.186.24.8508-8515.2004 . PMC 532414. PMID 15576801 .   
  5. 1 2 3 Saunders, Neil; Thomas, T.; Curmi, PMG; Mattick, JS; et al. (2003). " Mecanismos de adaptación térmica revelados a partir de los genomas de las arqueas antárticas Methanogenium frigidum y Methanococcoides burtonii" . Genome Research . 13 (7): 1580– 1588. doi : 10.1101/gr.1180903 . PMC 403754. PMID 12805271 .   
  6. ↑ Goodchild, Amber; Cavicchioli, Ricardo; Gilhaus, Michael; Raftery, Mark; et al. (2005). "Adaptación al frío de la arquea antártica Methanococcoides burtonii evaluada mediante proteómica con ICAT". Journal of Proteome Research . 4 (2): 473– 480. doi : 10.1021/pr049760p . PMID 15822924 .  
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Allen , Michelle; Lauro, F.; Williams, T.; Burg, D.; et al. (2009). "La secuencia del genoma del arqueón psicrófilo, Methanococcoides burtonii: el papel de la evolución del genoma en la adaptación al frío" . ISME Journal . 3 (9): 1012– 1035. doi : 10.1038/ismej.2009.45 . PMID 19404327 .  

Lecturas adicionales

  • Noon, KR; Guymon, R.; Crain, PF; McCloskey, JA; Thomm, M.; Lim, J.; Cavicchioli, R. (2003). "Influencia de la temperatura en la modificación del ARNt en arqueas: Methanococcoides burtonii (temperatura óptima de crecimiento [ Topt ] , ​​23 °C) y Stetteria hydrogenophila (Topt, 95 °C)" . Journal of Bacteriology . 185 (18): 5483– 5490. doi : 10.1128/JB.185.18.5483-5490.2003 . ISSN 0021-9193 . PMC 193749. PMID 12949100 .   
  • Goodchild A; Raftery M; Saunders NF; Guilhaus M; et  al. (2004). "Biología de la arquea adaptada al frío, Methanococcoides burtonii determinada por proteómica utilizando cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem". Journal of Proteome Research . 3 (6): 1164– 76. doi : 10.1021/pr0498988 . PMID 15595725 . 
  • Allen MA; Lauro FM; Williams TJ; et  al. (septiembre de 2009). "La secuencia del genoma de la arquea psicrófila Methanococcoides burtonii: el papel de la evolución del genoma en la adaptación al frío" . The ISME Journal . 3 (9): 1012–35 . doi : 10.1038/ismej.2009.45 . PMID 19404327 . 
  • Goodchild A; Saunders NF; Ertan H; et  al. (julio de 2004). "Determinación proteómica de la adaptación al frío en la arquea antártica Methanococcoides burtonii" . Molecular Microbiology . 53 (1): 309–21 . doi : 10.1111/j.1365-2958.2004.04130.x . PMID 15225324. S2CID 22384609 .  
  • Dhaunta, Neeraj; Arora, Kanika; Chandrayan, Sanjeev K.; Guptasarma, Pumananda (junio de 2013). "La introducción de una red de pares iónicos de origen termófilo en la cuarta unidad beta/alfa de una triosafosfato isomerasa derivada de psicófilos de Methanococcoides burtonii aumenta significativamente su estabilidad térmica cinética" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics . 1834 (6): 1023– 1033. doi : 10.1016/j.bbapap.2013.01.001 . PMID 23328412. Recuperado el 11 de noviembre de 2014 . 
  • " Methanococcoides burtonii " . La Enciclopedia de la Vida .
  • LPSN
  • Cepa tipo de Methanococcoides burtonii en Bac Dive - la base de datos de metadatos de diversidad bacteriana