Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Shewanella oneidensis

Shewanella oneidensis es una bacteria que destaca por su capacidad para reducir iones metálicos y vivir en ambientes con o sin oxígeno . Esta proteobacteria fue aislada por prim...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

Shewanella oneidensis es una bacteria que destaca por su capacidad para reducir iones metálicos y vivir en ambientes con o sin oxígeno . Esta proteobacteria fue aislada por primera vez del lago Oneida , Nueva York, en 1988, de ahí su nombre. [ 1 ]

Shewanella oneidensis es una bacteria facultativa , capaz de sobrevivir y proliferar tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas . El interés particular en S. oneidensis MR-1 radica en su comportamiento en un ambiente anaeróbico contaminado por metales pesados ​​como hierro , plomo y uranio . Los experimentos sugieren que puede reducir el mercurio iónico a mercurio elemental [ 2 ] y la plata iónica a plata elemental [ 3 ] . Sin embargo, la respiración celular de estas bacterias no se limita a los metales pesados; también pueden metabolizar sulfatos , nitratos y cromatos cuando se cultivan en condiciones anaeróbicas.

Nombre

Esta especie se denomina S. oneidensis MR-1, lo que indica su característica especial: "reductora de manganeso". Es un error común pensar que MR-1 se refiere a "reductora de metales" en lugar de la denominación original "reductora de manganeso", como observó Kenneth H. Nealson, quien aisló el organismo por primera vez. Si bien originalmente se la conocía como "reductora de manganeso", la abreviatura adicional "reductora de metales" también es válida, ya que S. oneidensis MR-1 reduce metales distintos del manganeso. [ 4 ]

Cualidades

Reducción de metales

Shewanella oneidensis MR-1 pertenece a una clase de bacterias conocidas como " bacterias reductoras de metales disimilatorias (DMRB)" debido a su capacidad para acoplar la reducción de metales a su metabolismo. El mecanismo de reducción de metales es objeto de particular controversia, ya que investigaciones mediante microscopía electrónica de barrido y microscopía electrónica de transmisión revelaron protuberancias estructurales anormales que se asemejan a filamentos bacterianos, los cuales se cree que participan en la reducción de los metales. Este proceso de producción de un filamento externo está completamente ausente en la respiración bacteriana convencional y es el centro de numerosos estudios actuales.

Los mecanismos subyacentes a la resistencia de esta bacteria a los iones de metales pesados ​​y su utilización están estrechamente ligados a su red de vías metabólicas . Se ha demostrado que los supuestos transportadores de eflujo de múltiples fármacos, las proteínas de desintoxicación, los factores sigma extracitoplasmáticos y los reguladores del dominio PAS presentan una mayor actividad de expresión en presencia de metales pesados. La proteína SO3300 de la clase citocromo c también presenta una transcripción elevada . [ 5 ] Por ejemplo, al reducir U(VI), se utilizan citocromos especiales como MtrC y OmcA para formar nanopartículas de UO₂ y asociarlas con biopolímeros. [ 6 ]

Modificación química

En 2017, investigadores utilizaron una molécula sintética llamada DSFO+ para modificar las membranas celulares de dos cepas mutantes de Shewanella. DSFO+ pudo reemplazar por completo las proteínas conductoras de corriente naturales, aumentando la energía que generaba el microorganismo. El proceso fue una modificación química que no alteró el genoma del organismo y se distribuyó entre la descendencia bacteriana, diluyendo su efecto. [ 7 ]

Formación de película

La película es una variedad de biopelícula que se forma entre el aire y el líquido en el que crecen las bacterias. [ 8 ] En una biopelícula, las células bacterianas interactúan entre sí para proteger su comunidad y cooperan metabólicamente ( comunidades microbianas ). [ 9 ] En S. oneidensis , la formación de la película es típica y está relacionada con el proceso de reducción de metales pesados. La formación de la película se investiga ampliamente en esta especie. La película generalmente se forma en tres etapas: las células se adhieren a la triple superficie del dispositivo de cultivo, aire y líquido, luego desarrollan una biopelícula de una sola capa a partir de las células iniciales y posteriormente maduran a una estructura tridimensional compleja. [ 10 ] En una película desarrollada, una serie de sustancias entre las células ( sustancias poliméricas extracelulares ) ayudan a mantener la matriz de la película. El proceso de formación de la película implica actividades microbianas significativas y sustancias relacionadas. Para las sustancias poliméricas extracelulares (EPS), se requieren muchas proteínas y otras biomacromoléculas .

Muchos cationes metálicos también son necesarios en el proceso. El control con EDTA y las extensas pruebas de presencia/ausencia de cationes muestran que Ca(II), Mn(II), Cu(II) y Zn(II) son esenciales en este proceso, probablemente funcionando como parte de una coenzima o grupo prostético. Mg(II) tiene un efecto parcial, mientras que Fe(II) y Fe(III) son inhibidores en cierto grado. Se considera que los flagelos contribuyen a la formación de la película. El biofilm necesita que las células bacterianas se muevan de cierta manera, mientras que los flagelos son los orgánulos que proporcionan la locomoción. [ 11 ] Las cepas mutantes que carecen de flagelos aún pueden formar película, aunque mucho menos rápidamente.

Aplicaciones

Nanotecnología

Shewanella oneidensis MR-1 puede cambiar el estado de oxidación de los metales. Estos procesos microbianos permiten explorar nuevas aplicaciones, por ejemplo, la biosíntesis de nanomateriales metálicos . [ 3 ] A diferencia de los métodos químicos y físicos, los procesos microbianos para sintetizar nanomateriales se pueden lograr en fase acuosa bajo condiciones suaves y ambientalmente benignas. Muchos organismos se pueden utilizar para sintetizar nanomateriales metálicos. S. oneidensis es capaz de reducir una amplia gama de iones metálicos extracelularmente , y esta producción extracelular facilita enormemente la extracción de nanomateriales. Las cadenas de transporte de electrones extracelulares responsables de transferir electrones a través de las membranas celulares están relativamente bien caracterizadas, en particular los citocromos de tipo c de la membrana externa MtrC y OmcA. [ 12 ] Un estudio de 2013 sugirió que es posible alterar el tamaño de partícula y la actividad de las nanopartículas biogénicas extracelulares a través de la expresión controlada de los genes que codifican las proteínas de superficie. Un ejemplo importante es la síntesis de nanopartículas de plata por S. oneidensis , donde su actividad antibacteriana puede verse influenciada por la expresión de citocromos de tipo c de la membrana externa. Las nanopartículas de plata se consideran una nueva generación de agentes antimicrobianos , ya que exhiben actividad biocida contra una amplia gama de bacterias y están ganando importancia a medida que aumenta la resistencia a los antibióticos entre las bacterias patógenas. [ 3 ] Se ha observado en entornos de laboratorio que Shewanella biorreduce una cantidad sustancial de paladio y declora cerca del 70% de los bifenilos policlorados (PCB). [ 13 ] La producción de nanopartículas por S. oneidensis MR-1 está estrechamente asociada a la vía MTR [ 3 ] (por ejemplo, nanopartículas de plata) o a la vía de la hidrogenasa [ 14 ] (por ejemplo, nanopartículas de paladio).

Tratamiento de aguas residuales

La capacidad de Shewanella oneidensis para reducir y absorber metales pesados ​​la convierte en una candidata para su uso en el tratamiento de aguas residuales . [ 7 ]

DSFO+ podría permitir que las bacterias se comuniquen eléctricamente con un electrodo y generen electricidad en una aplicación de aguas residuales. [ 7 ]

genoma

Tabla que muestra las anotaciones del gen S. oneidensis MR-1 .

Como anaerobio facultativo con una vía de transporte de electrones ramificada , S. oneidensis se considera un organismo modelo en microbiología . En 2002, se publicó su secuencia genómica. Posee un cromosoma circular de 4,9 Mb que se predice que codifica 4758 marcos de lectura abiertos de proteínas . Tiene un plásmido de 161 kb con 173 marcos de lectura abiertos. [ 15 ] En 2003 se realizó una reanotación. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

Referencias

  1. ↑ Venkateswaran, K.; Moser, DP; Dollhopf, ME; Lies, DP; Saffarini, DA; MacGregor, BJ; Ringelberg, DB; White, DC; Nishijima, M.; Sano, H.; Burghardt, J.; Stackebrandt, E.; Nealson, KH (1999). "Taxonomía polifásica del género Shewanella y descripción de Shewanella oneidensis sp. nov." . International Journal of Systematic Bacteriology . 49 (2): 705– 724. doi : 10.1099/00207713-49-2-705 . ISSN 0020-7713 . PMID 10319494 .  
  2. ↑ Wiatrowski HA; Ward PM; Barkay T. (2006). "Nueva reducción de mercurio (II) por bacterias reductoras de metales disimilatorias sensibles al mercurio". Environmental Science and Technology . 40 (21): 6690– 6696. Bibcode : 2006EnST...40.6690W . doi : 10.1021/es061046g . PMID 17144297 . 
  3. 1 2 3 4 Ng CK, Sivakumar K, Liu X, Madhaiyan M, Ji L, Yang L, Tang C, Song H, Kjelleberg S, Cao B (2013). "Influencia de los citocromos de tipo c de la membrana externa en el tamaño de partícula y la actividad de nanopartículas extracelulares producidas por Shewanella oneidensis". Biotechnol . Bioeng . 110 (7): 1831– 1837. doi : 10.1002/bit.24856 . PMID 23381725. S2CID 5903382 .  
  4. ↑ Nealson, Kenneth H.; Cox, B. Lea (junio de 2002). "Reducción microbiana de iones metálicos y Marte: ¿expectativas extraterrestres?". Current Opinion in Microbiology . 5 (3): 296– 300. doi : 10.1016/S1369-5274(02)00326-0 .
  5. ↑ Beliaev, AS; Klingeman, DM; Klappenbach, JA; Wu, L.; Romine, MF; Tiedje, JM; Nealson, KH; Fredrickson, JK; Zhou, J. (2005). "Análisis global del transcriptoma de Shewanella oneidensis MR-1 expuesta a diferentes aceptores terminales de electrones" . Journal of Bacteriology . 187 (20): 7138– 7145. doi : 10.1128/JB.187.20.7138-7145.2005 . ISSN 0021-9193 . PMC 1251602. PMID 16199584 .   
  6. ↑ Ward, Naomi; Marshall, Matthew J; Beliaev, Alexander S; Dohnalkova, Alice C; Kennedy, David W; Shi, Liang; et al. (2006). "Formación de nanopartículas de U(IV) dependiente del citocromo de tipo c por Shewanella oneidensis" . PLOS Biology . 4 (8): e268. doi : 10.1371/journal.pbio.0040268 . ISSN 1545-7885 . PMC 1526764. PMID 16875436 .    
  7. 1 2 3 Irving, Michael (13 de febrero de 2017). "Aprovechamiento de bacterias generadoras de electricidad para limpiar el agua potable" . newatlas.com . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
  8. ^ Liang, Yili; Gao, Haichun; Chen, Jingrong; Dong, Yangyang; Wu, Lin; Él, Zhili; Liu, Xueduan; Qiu, Guanzhou; Zhou, Jizhong (2010). "Formación de películas en Shewanella oneidensis" . Microbiología BMC . 10 (1): 291. doi : 10.1186/1471-2180-10-291 . ISSN 1471-2180 . PMC 2995470 . PMID 21080927 .   
  9. ↑ Kolter, Roberto; Greenberg, E. Peter (2006). "Ciencias microbianas: La vida superficial de los microbios" . Nature . 441 (7091): 300–302 . Bibcode : 2006Natur.441..300K . doi : 10.1038 / 441300a . ISSN 0028-0836 . PMID 16710410. S2CID 4430171 .   
  10. ↑ Lemon, KP; Earl, AM; Vlamakis, HC; Aguilar, C; Kolter, R (2008). "Desarrollo de biopelículas con énfasis en Bacillus subtilis ". En Tony Romeo (ed.). Biopelículas bacterianas . Temas actuales en microbiología e inmunología. Vol. 322. pp. 1–16 . doi : 10.1007/978-3-540-75418-3_1 . ISBN   978-3-540-75417-6. PMC 2397442 . PMID 18453269 .  
  11. ↑ Pratt, Leslie A.; Kolter, Roberto (1998). "Análisis genético de la formación de biopelículas de Escherichia coli: funciones de los flagelos, la motilidad, la quimiotaxis y los pili de tipo I". Molecular Microbiology . 30 (2): 285– 293. doi : 10.1046/j.1365-2958.1998.01061.x . ISSN 0950-382X . PMID 9791174 . S2CID 26631504 .   
  12. ↑ Shi, Liang; Richardson, David J.; Wang, Zheming; Kerisit, Sebastien N.; Rosso, Kevin M.; Zachara, John M.; Fredrickson, James K. (agosto de 2009). "Los roles de los citocromos de la membrana externa de Shewanella y Geobacter en la transferencia extracelular de electrones". Environmental Microbiology Reports . 1 (4): 220– 227. Bibcode : 2009EnvMR...1..220S . doi : 10.1111/j.1758-2229.2009.00035.x . PMID 23765850 . 
  13. ↑ De Windt W; Aelterman P; Verstraete W. (2005). "Deposición biorreductiva de nanopartículas de paladio (0) en Shewanella oneidensis con actividad catalítica hacia la decloración reductiva de bifenilos policlorados". Environmental Microbiology . 7 (3): 314– 325. Bibcode : 2005EnvMi...7..314W . doi : 10.1111/j.1462-2920.2005.00696.x . PMID 15683392 . 
  14. ↑ Ng, Chun Kiat; Cai Tan, Tian Kou; Song, Hao; Cao, Bin (2013). "Formación reductiva de nanopartículas de paladio por Shewanella oneidensis: papel de los citocromos de la membrana externa y las hidrogenasas". RSC Advances . 3 (44): 22498. Bibcode : 2013RSCAd...322498N . doi : 10.1039/c3ra44143a . hdl : 10220/17358 . ISSN 2046-2069 . 
  15. ↑ Heidelberg, John F.; Paulsen, Ian T .; Nelson, Karen E.; Gaidos, Eric J.; Nelson, William C.; Read, Timothy D.; et al. (2002). "Secuencia del genoma de la bacteria reductora de iones metálicos disimilatoria Shewanella oneidensis" . Nature Biotechnology . 20 (11): 1118– 1123. doi : 10.1038/nbt749 . ISSN 1087-0156 . PMID 12368813 .   
  16. ↑ Daraselia, N.; Dernovoy, D.; Tian, ​​Y.; Borodovsky, M.; Tatusov, R.; Tatusova, T. (2003). "Reanotación del genoma de Shewanella oneidensis". OMICS: A Journal of Integrative Biology . 7 (2): 171– 175. doi : 10.1089/153623103322246566 . ISSN 1536-2310 . PMID 14506846 .  
  17. ↑ Página del genoma de Shewanella oneidensis MR-1
  18. ↑ Genoma completo de Shewanella oneidensis
  • Un nuevo comportamiento bacteriano observado en un estudio de PNAS documenta el desconcertante movimiento de bacterias productoras de electricidad cerca de fuentes de energía; resumen disponible en Eurekalert.
  • Bacterias que "respiran rocas" podrían generar electricidad y limpiar derrames de petróleo, ScienceDaily (15 de diciembre de 2009)
  • ¿Bacterias capaces de formar circuitos eléctricos?
  • Cepa tipo de Shewanella oneidensis en Bac Dive – la base de datos de metadatos de diversidad bacteriana