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Metanopyrus

Methanopyrus es un género de metanógenos , [ 1 ] con una sola especie descrita, Methanopyrus kandleri (cepa tipo AV19). Es un hipertermófilo con forma de bastón , descubierto en...

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Methanopyrus es un género de metanógenos , [ 1 ] con una sola especie descrita, Methanopyrus kandleri (cepa tipo AV19). Es un hipertermófilo con forma de bastón , descubierto en la pared de una chimenea hidrotermal negra del Golfo de California a una profundidad de 2000 m, a temperaturas de 84–110 °C. La cepa 116 fue descubierta en el fluido de la chimenea hidrotermal negra del campo hidrotermal de Kairei ; puede sobrevivir y reproducirse a 122 °C. [ 2 ] M. kandleri también requiere una alta concentración iónica (>1 M ) para su crecimiento y actividad celular. [ 3 ] Debido a la alta resistencia de la especie y al ambiente extremo, M. kandleri también se clasifica como extremófilo . [ 3 ] Vive en un ambiente rico en hidrógeno y dióxido de carbono , y como otros metanógenos reduce este último a metano . Se ubica dentro del filo Methanobacteriota formando su propia clase.

Características microbiológicas

Morfología

Methanopyrus kandleri es un metanógeno con forma de varilla , con una longitud aproximada de 2–14  μm y un diámetro de 0,5  μm. [ 3 ] La membrana celular de M. kandleri es única, ya que está compuesta de lípidos terpenoides , considerados uno de los lípidos más primitivos y un precursor de los dietéteres de fitanilo encontrados en arqueas posteriores. [ 3 ] Los lípidos terpenoides son un grupo de lípidos que contienen colesterol , hopanoides , carotenoides , fitano y bisfitano . [ 4 ] Aunque los terpenoides son el componente principal de la membrana en M. kandleri , son más bien una estructura de soporte en eucariotas y bacterias . [ 4 ] M. kandleri es móvil mediante mechones de flagelos polares. [ 5 ]

Methanopyrus kandleri tiene una alta concentración de 2,3-difosfoglicerato cíclico. [ 3 ] Este compuesto se encuentra frecuentemente en hipertermófilos , ayudando a prevenir la desnaturalización de proteínas a altas temperaturas. [ 6 ] La mayor concentración de 2,3-difosfoglicerato cíclico protege al metanógeno, ayudándolo a sobrevivir en un entorno que muchos otros organismos no podrían. Además de este compuesto que ayuda a proteger las proteínas, M. kandleri también tiene una alta concentración de sal dentro de su membrana. [ 3 ] Esta mayor concentración de sal ayuda a la estabilidad de las enzimas y promueve su actividad a temperaturas más altas. [ 7 ]

Metabolismo

Como metanógeno, M. kandleri utiliza hidrógeno como fuente de electrones y reduce el dióxido de carbono del ambiente en metano, un proceso conocido como metanogénesis . [ 3 ] M. kandleri es un quimiolitoautótrofo, anaerobio obligado , es decir, nunca utiliza oxígeno como aceptor final de electrones [ 3 ] [ 7 ] y no puede tolerar su presencia.

Hábitat

Se han aislado cultivos de M. kandleri de diversas chimeneas hidrotermales submarinas en ubicaciones del Golfo de California, la Dorsal del Índico Central, la Dorsal Mesoatlántica e Islandia. [ 5 ] La especie fue descubierta por primera vez en la pared de una chimenea negra del Golfo de California a una profundidad de 2000 m, a temperaturas de 84–110  °C. M. kandleri puede sobrevivir hasta temperaturas de 122  °C, aunque se ha determinado que su crecimiento óptimo se produce a 98  °C. [ 3 ] [ 2 ] Se requieren altas concentraciones iónicas internas celulares (>1 M) para el crecimiento y la actividad celular. [ 5 ] Debido a la extrema naturaleza del entorno en el que reside M. kandleri , se hipotetiza que se ha producido un mayor aislamiento filogenético debido a la exclusividad del nicho de la especie. [ 2 ]

Propiedades genómicas

El genoma completo de Methanopyrus kandleri fue secuenciado por investigadores de Fidelity Systems. Se determinó que es un genoma rico en GC que contiene 1.694.969 nucleótidos , de los cuales aproximadamente el 62,1% son guanina o citosina . [ 3 ] El único cromosoma circular posee 1.691 genes codificadores de proteínas y 39 genes de ARN. [ 3 ] La especie también posee un gran número de genes huérfanos, posiblemente debido a la transferencia de genes virales. [ 8 ]

Investigación futura

Methanopyrus kandleri es también la única especie conocida que posee topoisomerasa V. La topoisomerasa V permite a M. kandleri sobrevivir a temperaturas tan elevadas y ayuda a relajar el ADN superenrollado tanto positiva como negativamente . [ 8 ] La topoisomerasa V es una enzima única porque posee actividades tanto de topoisomerasa como de reparación del ADN, específicamente múltiples sitios de reparación del ADN que pueden actuar independientemente entre sí incluso si hay daño en uno de los sitios del ADN. [ 9 ] Aunque la topoisomerasa V es útil en este caso, encontrar otros hipertermófilos que posean topoisomerasa V ha resultado difícil. Esta falta de topoisomerasa V en otras arqueas ha llevado a los investigadores a creer que el origen de la enzima en M. kandleri es el resultado de una transferencia génica viral y la cantidad inusual de genes huérfanos en la especie proporciona evidencia para esta teoría. [ 8 ] Además, las respuestas celulares evolucionadas en M. kandleri debido a su entorno extremo han sido otro tema de investigación, ya que los científicos buscan aplicar los procesos enzimáticos resistentes para fines industriales. [ 5 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Véase la página web del NCBI sobre Methanopyrus . Datos extraídos de los "recursos taxonómicos del NCBI" . Centro Nacional de Información Biotecnológica . Consultado el 19 de marzo de 2007 .
  2. 1 2 3 Takai K, Nakamura K, Toki T, Tsunogai U, Miyazaki M, Miyazaki J, et al. (agosto de 2008). "Proliferación celular a 122 grados C y producción de CH4 isotópicamente pesado por un metanógeno hipertermófilo bajo cultivo a alta presión" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 105 (31): 10949– 54. Bibcode : 2008PNAS..10510949T . doi : 10.1073/pnas.0712334105 . PMC 2490668. PMID 18664583 .   
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Slesarev AI, Mezhevaya KV, Makarova KS, Polushin NN, Shcherbinina OV, Shakhova VV, et al. (abril de 2002). "El genoma completo del hipertermófilo Methanopyrus kandleri AV19 y la monofilia de los metanógenos arqueales" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 99 (7): 4644– 9. Bibcode : 2002PNAS...99.4644S . doi : 10.1073/pnas.032671499 . PMC 123701. PMID 11930014 .   
  4. 1 2 Nakatani Y, Ribeiro N, Streiff S, Gotoh M, Pozzi G, Désaubry L, Milon A (septiembre de 2014). "Búsqueda de las membranas más 'primitivas' y sus reforzadores: una revisión de la teoría de los fosfatos de poliprenilo" . Orígenes de la vida y evolución de la biosfera . 44 (3): 197– 208. Bibcode : 2014OLEB...44..197N . doi : 10.1007/s11084-014-9365-6 . PMC 4669544. PMID 25351682 .  
  5. 1 2 3 4 Oren, Aharon (2014), "La familia Methanopyraceae" , en Rosenberg, Eugene; DeLong, Edward F.; Lory, Stephen; Stackebrandt, Erko (eds.), Los procariotas , Berlín, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp. 247–252 , doi : 10.1007/978-3-642-38954-2_328 , ISBN  978-3-642-38953-5, consultado el 11 de octubre de 2021
  6. ↑ "InterPro" . www.ebi.ac.uk. Consultado el 23 de abril de 2021 .
  7. 1 2 Breitung J, Börner G, Scholz S, Linder D, Stetter KO, Thauer RK (diciembre de 1992). "Dependencia de la sal, propiedades cinéticas y mecanismo catalítico de la N-formilmetanofurano:tetrahidrometanopterina formiltransferasa del termófilo extremo Methanopyrus kandleri " . European Journal of Biochemistry . 210 (3): 971–81 . doi : 10.1111/j.1432-1033.1992.tb17502.x . PMID 1483480 . 
  8. 1 2 3 Forterre, Patrick (junio de 2006). "Topoisomerasa V del ADN: un nuevo pliegue de origen misterioso" . Trends in Biotechnology . 24 (6): 245– 247. doi : 10.1016/j.tibtech.2006.04.006 . PMID 16650908 . 
  9. ↑ Rajan, Rakhi; Osterman, Amy; Mondragón, Alfonso (2016-04-20). " La topoisomerasa V de Methanopyrus kandleri contiene tres sitios activos de AP liasa distintos además del sitio activo de la topoisomerasa" . Nucleic Acids Research . 44 (7): 3464– 3474. doi : 10.1093 / nar/gkw122 . ISSN 0305-1048 . PMC 4838376. PMID 26908655 .   

Lecturas adicionales

  • Schacherl M, Waltersperger S, Baumann U (diciembre de 2013). "Caracterización estructural de la quinasa MK0840 de la superfamilia ASKHA tipo ribonucleasa H de Methanopyrus kandleri" . Acta Crystallographica. Sección D, Cristalografía biológica . 69 (Pt 12): 2440–50 . doi : 10.1107/S0907444913022683 . PMID 24311585 . 
  • Su AA, Tripp V, Randau L (julio de 2013). "Los análisis de RNA-Seq revelan el orden de los eventos de procesamiento de tRNA y la maduración de los ARN de caja C/D y CRISPR en el hipertermófilo Methanopyrus kandleri" . Nucleic Acids Research . 41 (12). Oxford University Press : 6250–8 . doi : 10.1093/nar/gkt317 . PMC 3695527. PMID 23620296 .  
  • Kurr M, Huber R, König H, Jannasch HW, Fricke H, Trincone A, Kristjansson JK, Stetter KO (septiembre de 1991). "Methanopyrus kandleri, gen. y sp. nov. representa un nuevo grupo de metanógenos hipertermófilos, que crecen a 110 °C". Archives of Microbiology . 156 (4): 239– 247. Bibcode : 1991ArMic.156..239K . doi : 10.1007/BF00262992 . S2CID 20254769 . 
  • Huber R; Stetter KO (2001). "Familia I. Methanopyralceae fam. nov." . En DR Boone; RW Castenholz (eds.). Bergey's Manual of Systematic Bacteriology Volumen 1: Las arqueas y las bacterias fototróficas y de ramificación profunda (2.ª  ed.). Nueva York: Springer Verlag . pág . 169. ISBN  978-0-387-98771-2.
  • Cepa tipo de Methanopyrus kandleri en Bac Dive - la base de datos de metadatos de diversidad bacteriana
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