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Nitrososphaera

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Nitrososphaera es un género mesófilo de Crenarchaeota oxidantes de amoníaco. [ 1 ] [ 2 ] El primer organismo Nitrososphaera fue descubierto en suelos de jardín en la Universidad de Viena, lo que llevó a la categorización de un nuevo género, familia, orden y clase de Archaea. [ 3 ] Este género contiene tres especies distintas: N. viennensis , Ca. N. gargensis y Ca N. evergladensis . [ 1 ] Nitrososphaera son quimiolitoautótrofos y tienen importantes funciones biogeoquímicas como organismos nitrificantes. [ 4 ]

Filogenia

El género Nitrososphaera contiene una de las primeras arqueas oxidantes de amoníaco descubiertas ( N. viennensis) . Solo se han identificado tres especies distintas de este género. Tanto Ca. N. gargensis como Ca. N. evergladensis se conocen como Candidatus , las cuales han sido descubiertas y analizadas, pero aún no se han estudiado en cultivo puro en un laboratorio. La taxonomía actualmente aceptada se basa en la Lista de nombres procariotas con estatus en la nomenclatura (LPSN) [ 2 ] y el cladograma del Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) se tomó de la versión 07-RS207 de GTDB (8 de abril de 2022).

Estructura del genoma

El gen 16S rRNA de todas las especies de Nitrososphaera es casi idéntico, ya que se encuentran cerca dentro del árbol filogenético. N. viennensis tiene una divergencia del 3% con respecto a Ca. N. gargensis, mientras que Ca. N. evergladensis tiene una similitud del 97% con Ca. N. gargensis dentro del gen 16S rRNA. [ 5 ] Las especies de Nitrososphaera utilizan genes de amoníaco monooxigenasa ( amo A) para oxidar el amonio a nitrito. [ 6 ]

Morfología

Las tres especies contienen genes para ureasa , urea y amoníaco . [ 6 ] Nitrososphaera tienen una membrana celular compuesta de crenarqueol , su isómero y un glicerol dialquil glicerol tetraéter (GDGT), todos los cuales se utilizan para identificar arqueas oxidantes de amoníaco. [ 7 ] N. viennensis tiene un diámetro celular de 0,6–0,9 μm y es un coco  esférico irregular . [ 1 ] [ 6 ] Ca. N. gargensis no es patógeno, presenta un diámetro de aproximadamente 0,9 ± 0,3 μm con un coco relativamente pequeño. [ 8 ] Ca. N. evergladensis aún no ha sido analizado y descrito adecuadamente en cuanto a sus características morfológicas.  

Hábitats

Se han encontrado arqueas oxidantes de amoníaco en diversos entornos y hábitats alrededor del mundo. N. viennensis se descubrió por primera vez en suelos de jardín. [ 3 ] Las condiciones de crecimiento preferidas son 35  °C - 42  °C y un pH de 7,5. [ 1 ] Ca. N. gargensis se encontró en aguas termales y es común en hábitats que contienen metales pesados ​​con una temperatura de crecimiento de ~ 46  °C. [ 9 ] Ca. N. evergladensis se descubrió por primera vez en la región húmeda de los Everglades en Florida. Otros parientes de Nitrososphaera sp. también se han detectado en pantanos, tapetes microbianos, sedimentos de agua dulce, sedimentos marinos de aguas profundas y regiones con altos niveles de nitrógeno y fuentes de amoníaco para permitir el proceso de oxidación de los lípidos y nutrientes para la supervivencia óptima de estos microbios. [ 4 ]

Nitrificación e impacto ambiental

Ciclo microbiano del nitrógeno. Proceso mediante el cual el amoníaco se procesa a través de organismos microbianos para la producción de lípidos y proteínas.

El descubrimiento de Nitrososphaera , capaz de oxidar amoníaco, indicó que tanto las arqueas como las bacterias eran capaces de oxidar amoníaco . [ 10 ] Las arqueas oxidantes de amoníaco han sido comparables a las bacterias oxidantes de amoníaco . [ 2 ] No fue hasta descubrimientos y análisis recientes que los científicos creyeron que solo las bacterias oxidantes de amoníaco eran capaces de oxidar amoníaco en los suelos. Sin embargo, las arqueas y bacterias oxidantes de amoníaco trabajan juntas en el ciclo del nitrógeno. Las arqueas oxidantes de amoníaco, incluyendo Nitrososphaera, son abundantes en suelos cálidos y húmedos, junto con las bacterias oxidantes de amoníaco. Ambos microbios desempeñan un papel importante en la nitrificación de los suelos. [ 1 ] [ 2 ]

Las Nitrososphaera utilizan el amoníaco del ambiente para generar ATP mediante la oxidación del amoníaco (NH₃ ) a nitrito (NO₂⁻ ) . [ 11 ] La oxidación del amoníaco conduce a la desagregación de otros compuestos químicos, proporcionando nutrientes importantes para la supervivencia de las plantas. [ 1 ] Uno de los compuestos químicos que se forman a partir del ciclo del nitrógeno es el óxido nitroso (N₂O ) , un gas de efecto invernadero . [ 4 ] [ 6 ] El óxido nitroso tiene una eficiencia radiativa 216 veces mayor que el CO₂ . [ 12 ] Estas arqueas oxidantes de amoníaco son un componente clave en los suelos, que emiten más del 65% de las concentraciones atmosféricas de óxido nitroso de la Tierra. [ 13 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 Stieglmeier M, Klingl A, Alves RJ, Rittmann SK, Melcher M, Leisch N, Schleper C (agosto de 2014). "Nitrososphaera viennensis gen. nov., sp. nov., una arquea aeróbica y mesófila, oxidante de amoníaco del suelo y miembro del filo arqueal Thaumarchaeota" . International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology . 64 (Pt 8): 2738–2752 . doi : 10.1099/ijs.0.063172-0 . PMC 4129164. PMID 24907263 .  
  2. 1 2 3 4 Jung MY, Well R, Min D, Giesemann A, Park SJ, Kim JG, et al. (mayo de 2014). " Firmas isotópicas de N2O producido por arqueas oxidantes de amoníaco de suelos" . The ISME Journal . 8 (5): 1115– 1125. Bibcode : 2014ISMEJ...8.1115J . doi : 10.1038/ismej.2013.205 . PMC 3996685. PMID 24225887 .   
  3. ^ Whitman WB, Rainey F, Kämpfer P, Trujillo M , Chun J, DeVos P, Hedlund B, Dedysh S, eds. (17 de abril de 2015). Manual de sistemática de arqueas y bacterias de Bergey (1ª ed.). Wiley. doi : 10.1002/9781118960608.gbm01294 . ISBN  978-1-118-96060-8.
  4. 1 2 3 Walker CB, de la Torre JR, Klotz MG, Urakawa H, Pinel N, Arp DJ, et al. (mayo de 2010). "El genoma de Nitrosopumilus maritimus revela mecanismos únicos para la nitrificación y la autotrofia en crenarqueas marinas distribuidas globalmente" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 107 (19): 8818– 8823. Bibcode : 2010PNAS..107.8818W . doi : 10.1073 / pnas.0913533107 . OCLC 801270696. PMC 2889351. PMID 20421470 .    
  5. ↑ Zhalnina KV, Dias R, Leonard MT, Dorr de Quadros P, Camargo FA, Drew JC, et al. (2014-07-07). "La secuencia del genoma de Candidatus Nitrososphaera evergladensis del grupo I.1b enriquecido a partir del suelo de los Everglades revela características genómicas novedosas de la arquea oxidante de amoníaco" . PLOS ONE . 9 (7) e101648. Bibcode : 2014PLoSO...9j1648Z . doi : 10.1371/journal.pone.0101648 . PMC 4084955. PMID 24999826 .   
  6. 1 2 3 4 Hatzenpichler R (noviembre de 2012). "Diversidad, fisiología y diferenciación de nichos de arqueas oxidantes de amoníaco" . Microbiología Aplicada y Ambiental . 78 (21): 7501– 7510. Bibcode : 2012ApEnM..78.7501H . doi : 10.1128/AEM.01960-12 . PMC 3485721. PMID 22923400 .  
  7. ^ Lanzador A, Rychlik N, Hopmans EC, Spieck E, Rijpstra WI, Ossebaar J, et al. (Abril de 2010). "Crenarchaeol domina los lípidos de membrana de Candidatus Nitrososphaera gargensis, un Archaeon termófilo del grupo I.1b" . La Revista ISME . 4 (4): 542– 552. Bibcode : 2010ISMEJ...4..542P . doi : 10.1038/ismej.2009.138 . PMID 20033067 . S2CID 987235 .   
  8. ↑ Spang A, Poehlein A, Offre P, Zumbrägel S, Haider S, Rychlik N, et al. (diciembre de 2012). "El genoma de Candidatus Nitrososphaera gargensis, oxidante de amoníaco: perspectivas sobre la versatilidad metabólica y las adaptaciones ambientales". Environmental Microbiology . 14 (12): 3122– 3145. Bibcode : 2012EnvMi..14.3122S . doi : 10.1111/j.1462-2920.2012.02893.x . PMID 23057602 .  
  9. ↑ Hatzenpichler R, Lebedeva EV, Spieck E, Stoecker K, Richter A, Daims H, Wagner M (febrero de 2008). "Una crenarqueota oxidante de amoníaco moderadamente termófila de una fuente termal" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 105 (6): 2134– 2139. Bibcode : 2008PNAS..105.2134H . doi : 10.1073 /pnas.0708857105 . PMC 2538889. PMID 18250313 .  
  10. ↑ Lehtovirta-Morley LE (mayo de 2018). "Oxidación del amoníaco: ecología, fisiología, bioquímica y por qué deben ir de la mano" . FEMS Microbiology Letters . 365 (9). doi : 10.1093/femsle/fny058 . PMID 29668934 . 
  11. ^ Tourna M, Stieglmeier M, Spang A, Könneke M, Schintlmeister A, Urich T, et al. (mayo de 2011). "Nitrosophaera viennensis, una arqueona que oxida el amoníaco del suelo" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 108 (20): 8420– 8425. Código bibliográfico : 2011PNAS..108.8420T . doi : 10.1073/pnas.1013488108 . PMC 3100973 . PMID 21525411 .   
  12. ↑ Rahn T, Wahlen M (diciembre de 1997). "Enriquecimiento de isótopos estables en óxido nitroso estratosférico". Science . 278 (5344): 1776– 1778. Bibcode : 1997Sci...278.1776R . doi : 10.1126/science.278.5344.1776 . PMID 9388175 . 
  13. ↑ Seitzinger SP, Kroeze C, Styles RV (julio de 2000). "Distribución global de las emisiones de N2O de los sistemas acuáticos: emisiones naturales y efectos antropogénicos" . Chemosphere - Global Change Science . 2 ( 3–4 ): 267–279 . Bibcode : 2000ChGCS...2..267S . doi : 10.1016/s1465-9972(00)00015-5 . ISSN 1465-9972 . 

Lecturas adicionales

  • Zhalnina KV, Dias R, Leonard MT, Dorr de Quadros P, Camargo FA, Drew JC, et  al. (7 de julio de 2014). "La secuencia del genoma de Candidatus Nitrososphaera evergladensis del grupo I.1b enriquecido a partir del suelo de los Everglades revela características genómicas novedosas de la arquea oxidante de amoníaco" . PLOS ONE . 9 (7) e101648. Bibcode : 2014PLoSO...9j1648Z . doi : 10.1371/journal.pone.0101648 . PMC 4084955. PMID 24999826 .  
  • Zhalnina K, de Quadros PD, Gano KA, Davis-Richardson A, Fagen JR, Brown CT, et  al. (1 de mayo de 2013). " Ca. Nitrososphaera y Bradyrhizobium están inversamente correlacionados y relacionados con las prácticas agrícolas en experimentos de campo a largo plazo" . Frontiers in Microbiology . 4 : 104. doi : 10.3389/fmicb.2013.00104 . PMC 3640186. PMID 23641242 .