Planctomycetes

Planctomycetes

Elektronmikrofotografier av Gemata obscuriglobus- celler . Ett komplext system av inre membran är synligt
vetenskaplig klassificering
Domän:bakterieSorts:Planctomycetes
Internationellt vetenskapligt namn
Planctomycetes Garrity och Holt 2001
Synonymer
  • Planctobacteria Cavalier-Smith 2002

Planctomycetes [1] [2] [3] [4] ( lat.  Planctomycetes ) är en typ av gramnegativa bakterier som kännetecknas av en unik cellstruktur, nämligen närvaron av ett komplext system av slutna membran . I synnerhet i vissa representanter är nukleoiden belägen i kärnkroppen, omgiven av ett dubbelmembran. Vissa arter utför anammox - processen för anaerob oxidation av ammoniak , under vilken elementärt kväve bildas ) [5] .

Cellbiologi

Under lång tid trodde man att bakterier av typen Planctomycetes saknar peptidoglykan i cellväggen , vilket är karakteristiskt för cellväggarna hos de flesta bakterier. Istället troddes cellväggen hos Planctomycetes vara sammansatt av ett glykoprotein rikt på glutamat . För närvarande finns dock peptidoglykan i cellväggarna hos alla Planctomycetes [8] [9] . I membranet hos Planctomycetes har hopanoider ,  substanser som liknar steroider , visat sig stärka plasmamembranet [10] .

Bakterieceller av typen Planctomycetes har en karakteristisk morfologi, nämligen de kännetecknas av närvaron av membranbundna inre fack. I en Planctomycetes -cell särskiljs parifoplasma - en region som saknar ribosomer som ligger direkt under cellmembranet, riboplasma eller pyrellus - ett utrymme som innehåller ribosomer och nukleoider omgivna av ett dubbelmembran (utrymmet under det dubbla membranet som omger nukleoiden hänvisar också till riboplasma och helheten Nukleoiden och dess omgivande membran kallas ibland kärnkroppen ) [5] [11] [12] . Innan upptäckten av Poribacteria ansågs Planctomycetes vara de enda bakterierna med ett komplext system av inre membran [13] . Rekonstruktion av den inre strukturen hos Gemmata obscuriglobus med hjälp av tredimensionell elektrontomografi kunde inte ge en entydig tolkning av strukturen hos dessa membran. Enligt en studie från 2013 är inre membranavdelningar tätt placerade invaginationer av samma membran, och därför finns två utrymmen som är karakteristiska för gramnegativa bakterier i Planctomycetes- celler: cytoplasman och det periplasmatiska utrymmet . Ett överskott av invaginationer ökar cellytan med en faktor tre i förhållande till dess volym, vilket kan bero på särdragen med sterolbiosyntesen i Gemata [6] . En studie från 2014 visade dock att membranavdelningarna hos Planctomycetes är stängda, det vill säga att de inte är invaginationer [7] .

Det finns bevis för att Gemmata obscuriglobus kan uppsluka stora molekyler i en process som liknar eukaryot endocytos på ett antal sätt [ 14 ] .

Inte alla Planctomycetes har en nukleoid omgiven av ett dubbelt membran. Så arten Candidatus Brocadia anammoxidans har ingen kärnkropp, men det finns en anammoxosom - en speciell organell där anammox förekommer , det vill säga anaerob oxidation av ammoniak med bildning av kväve [5] .

Livscykeln för Planctomycetes består av en växling av ett fastsittande stadium, som fäster till substratet med hjälp av en stjälk, och ett rörligt stadium, där stjälken inte är en fortsättning på cellen, utan ett separat proteinbihang [ 16 ] [17] .

Genom

Jämförande analys av nukleotidsekvenserna av 16S rRNA visar att typen har en hög nivå av homologi med tre andra typer - Verrucomicrobia , Chlamydiae och Lentisphaerae , som bildar en supertyp [18] . Studiet av genomen från representanter för typen Planctomycetes gör det möjligt att belysa ursprunget till metanogenes och metylotrofi [19] . En unik egenskap hos genomen hos representanter för Planctomycetes- typen är frånvaron av operonstrukturen hos generna för några viktiga metabola vägar [12] , vilket inte heller är typiskt för prokaryoter . Jämförelse av nukleotidsekvenserna för vissa gener visar en högre nivå av homologi med de för eukaryoter: till exempel visar en gen av Gemmata obscuriglobus en hög nivå av homologi med genen som kodar för alfa-V-integrinproteinet , som spelar en stor roll i transmembransignalering i eukaryoter [20] .

Ekologi

Representanter för Planctomycetes lever i sötvatten och saltvatten [21] [22] och är viktiga medlemmar i markmikrobiella samhällen [23] . Dessutom finns de i sphagnum -torvmossar [ 24] och lever även i anaeroba källor rika på svavelföreningar [25] .

Fylogeni

Nedan är ett kladogram av Planctomycetes som använder nomenklaturen som rekommenderas av Lista över prokaryota namn med stående i nomenklaturen (LSPN) [26] . Fylogenetiska samband bestämdes baserat på analysen av 16S rRNA presenterad i den 111:e utgåvan (2013) av The All-Species Living Tree [27] .

Legend:
♠ Stammar tillgängliga i National Center for Biotechnology Information (NCBI)-databasen men inte i LSPN-databasen
♪ Prokaryoter för vilka rena kulturer inte existerar, det vill säga stammar som inte är odlade eller stammar vars kulturer inte är resistenta.

Anteckningar

  1. ↑ Kulichevskaya I. S., Pankratov T. A., Dedysh S. N. Identifiering av Planctomycetes- representanter i sphagnummossar med hjälp av molekylära och kulturella tillvägagångssätt // Mikrobiologi. - 2006. - T. 75 , nr 3 . - S. 389-396 .
  2. ↑ Anyusheva M. G., Kalyuzhny S. V. Anaerob oxidation av ammonium: mikrobiologiska, biokemiska och bioteknologiska aspekter // Framgångar med modern biologi. - 2007. - T. 127 , nr 1 . - S. 34-43 .
  3. ↑ Shatalkin A.I. Om boken "Installation of the Tree of Life" // Journal of General Biology. - 2006. - T. 67 , nr 3 . - S. 227-236 .
  4. ↑ Zavarzin G. A. Proteobacteria: en ekologisk princip i prokaryoternas systematik  // Nature . - Science , 1990. - Nr 5 . - S. 11 .
  5. ↑ 1 2 3 Willey et al., 2009 , sid. 429.
  6. ↑ 1 2 Santarella-Mellwig R. , Pruggnaller S. , Roos N. , Mattaj IW , Devos DP Tredimensionell rekonstruktion av bakterier med ett komplext endomembransystem.  (engelska)  // Public Library of Science Biology. - 2013. - Vol. 11, nr. 5 . — P. e1001565. - doi : 10.1371/journal.pbio.1001565 . — PMID 23700385 .
  7. ↑ 1 2 Sagulenko E. , Morgan GP , ​​Webb RI , Yee B. , Lee KC , Fuerst JA Strukturella studier av planctomycete Gemmata obscuriglobus stödjer cellkompartmentalisering i en bakterie.  (engelska)  // Public Library of Science ONE. - 2014. - Vol. 9, nr. 3 . - P. e91344. - doi : 10.1371/journal.pone.0091344 . — PMID 24632833 .
  8. ↑ Jeske O. , Schüler M. , Schumann P. , Schneider A. , ​​Boedeker C. , Jogler M. , Bollschweiler D. , Rohde M. , Mayer C. , Engelhardt H. , Spring S. , Jogler C. Planctomycetes do har en peptidoglykancellvägg.  (engelska)  // Naturkommunikation. - 2015. - Vol. 6. - P. 7116. - doi : 10.1038/ncomms8116 . — PMID 25964217 .
  9. ↑ van Teeseling MCF, Mesman RJ, Kuru E., Espaillat A., Cava F., Brun YV, VanNieuwenhze MS, Kartal B & van Niftrik L. Anammox Planctomycetes have a peptidoglycan cell wall  //  Nature communications : journal . - 2015. - Vol. 6 . doi : 10.1038 / ncomms7878 .
  10. ↑ Jaap S. Sinninghe Damstéa, W. Irene C. Rijpstraa, Stefan Schoutena, John A. Fuerstb, Mike SM Jettenc, Marc Strousc. Förekomsten av hopanoider i planctomycetes: implikationer för sedimentära biomarkörer  // Organisk geokemi. - 2004. - Vol. 35, nr 5 . - s. 561-566. - doi : 10.1016/j.orggeochem.2004.01.013 .
  11. ↑ Lindsay MR , Webb RI , Strous M. , Jetten MS , Butler MK , Forde RJ , Fuerst JA Cellkompartmentalisering i planctomycetes: nya typer av strukturell organisation för bakteriecellen.  (engelska)  // Archives of microbiology. - 2001. - Vol. 175, nr. 6 . - s. 413-429. — PMID 11491082 .
  12. ↑ 1 2 Glöckner FO , Kube M. , Bauer M. , Teeling H. , Lombardot T. , Ludwig W. , Gade D. , Beck A. , Borzym K. , Heitmann K. , Rabus R. , Schlesner H. , Amann R. , Reinhardt R. Komplett genomsekvens av den marina planctomyceten Pirellula sp. stam 1.  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2003. - Vol. 100, nej. 14 . - P. 8298-8303. - doi : 10.1073/pnas.1431443100 . — PMID 12835416 .
  13. ↑ Fieseler L. , Horn M. , Wagner M. , Hentschel U. Upptäckt av den nya kandidatfilumen "Poribacteria" i marina svampar.  (engelska)  // Tillämpad och miljömikrobiologi. - 2004. - Vol. 70, nej. 6 . - P. 3724-3732. - doi : 10.1128/AEM.70.6.3724-3732.2004 . — PMID 15184179 .
  14. ↑ Lonhienne TG , Sagulenko E. , Webb RI , Lee KC , Franke J. , Devos DP , Nouwens A. , Carroll BJ , Fuerst JA Endocytosliknande proteinupptag i bakterien Gemmata obscuriglobus.  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2010. - Vol. 107, nr. 29 . - P. 12883-12888. - doi : 10.1073/pnas.1001085107 . — PMID 20566852 .
  15. ↑ Lee KC , Webb RI , Fuerst JA Cellcykeln för planctomycete Gemmata obscuriglobus med avseende på cellkompartmentalisering.  (engelska)  // BMC cellbiologi. - 2009. - Vol. 10. - P. 4. - doi : 10.1186/1471-2121-10-4 . — PMID 19144151 .
  16. ↑ Colin Munn. marin mikrobiologi. - Andra upplagan. - Garland Science, 2011. - S. 117. - 320 sid. - ISBN 978-0-8153-6517-4 .
  17. ↑ Fuerst JA , Sagulenko E. Bortom bakterien: planctomycetes utmanar våra begrepp om mikrobiell struktur och funktion.  (engelska)  // Naturrecensioner. mikrobiologi. - 2011. - Vol. 9, nr. 6 . - s. 403-413. - doi : 10.1038/nrmicro2578 . — PMID 21572457 .
  18. ↑ Wagner M. , Horn M. Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae och syster phyla utgör en superphylum med bioteknologisk och medicinsk relevans.  (engelska)  // Aktuell åsikt inom bioteknik. - 2006. - Vol. 17, nr. 3 . - S. 241-249. - doi : 10.1016/j.copbio.2006.05.005 . — PMID 16704931 .
  19. ↑ Chistoserdova L. , Jenkins C. , Kalyuzhnaya MG , Marx CJ , Lapidus A. , Vorholt JA , Staley JT , Lidstrom ME .  (engelska)  // Molecular biology and evolution. - 2004. - Vol. 21, nr. 7 . - P. 1234-1241. - doi : 10.1093/molbev/msh113 . — PMID 15014146 .
  20. ↑ Jenkins C. , Kedar V. , Fuerst JA Genupptäckt inom planctomycete-delningen av domänen Bakterier med hjälp av sekvenstaggar från genomiska DNA-bibliotek.  (engelska)  // Genombiologi. - 2002. - Vol. 3, nr. 6 . - P. 0031. - PMID 12093378 .
  21. ↑ Woebken D. , Teeling H. , Wecker P. , Dumitriu A. , Kostadinov I. , Delong EF , Amann R. , Glöckner F.O. Fosmider av nya marina Planctomycetes från de namibiska och Oregons kustuppväxtsystem och deras korsjämförelse med planctomycete genom.  (engelska)  // ISME-tidskriften. - 2007. - Vol. 1, nr. 5 . - s. 419-435. - doi : 10.1038/ismej.2007.63 . — PMID 18043661 .
  22. ↑ Neef A. , Amann R. , Schlesner H. , Schleifer KH Övervakning av en utbredd bakteriegrupp: in situ-detektion av planctomycetes med 16S rRNA-riktade prober.  (engelska)  // Mikrobiologi (Reading, England). - 1998. - Vol. 144 (Pt 12). - P. 3257-3266. - doi : 10.1099/00221287-144-12-3257 . — PMID 9884217 .
  23. ↑ Buckley DH , Huangyutitham V. , Nelson TA , Rumberger A. , ​​Thies JE Mångfald av Planctomycetes i jord i förhållande till jordhistoria och miljömässig heterogenitet.  (engelska)  // Tillämpad och miljömikrobiologi. - 2006. - Vol. 72, nr. 7 . - P. 4522-4531. - doi : 10.1128/AEM.00149-06 . — PMID 16820439 .
  24. ↑ Kulichevskaia IS , Pankratov TA , Dedysh SN Detektion av representanter för Planctomycetes i Sphagnum-torvmossar genom molekylära och odlingsmetoder  // Mikrobiologiia. - 2006. - Vol. 75, nr 3 . - s. 389-396. — PMID 16871807 .
  25. ↑ Elshahed MS , Youssef NH , Luo Q. , Najar FZ , Roe BA , Sisk TM , Bühring SI , Hinrichs KU , Krumholz LR Fylogenetisk och metabolisk mångfald av Planctomycetes från anaerob, sulfid- och svavelrik Spring-rich Zodleton, Oklahoma.  (engelska)  // Tillämpad och miljömikrobiologi. - 2007. - Vol. 73, nr. 15 . - P. 4707-4716. - doi : 10.1128/AEM.00591-07 . — PMID 17545322 .
  26. ↑ Planctomycetes . Hämtad 20 mars 2013. Arkiverad från originalet 27 januari 2013.
  27. ↑ 16S rRNA-baserad LTP-frisättning 111 (fullt träd) . Silva Comprehensive Ribosomal RNA Database. Hämtad 20 mars 2013. Arkiverad från originalet 23 september 2015.

Litteratur