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Haloferax volcanii

Haloferax volcanii es una especie de organismo del género Haloferax en Archaea .

Descripción y significado

H. volcanii es una arquea mesófila halófila que puede aislarse de ambientes hipersalinos como: el Mar Muerto, el Gran Lago Salado y ambientes oceánicos con altas concentraciones de cloruro de sodio. Haloferax volcanii es notable porque puede cultivarse sin mucha dificultad, algo raro para un extremófilo. H. volcanii es quimioorganotrófico, metabolizando azúcares como fuente de carbono. [2] Es principalmente aeróbico, pero es capaz de realizar respiración anaeróbica en condiciones anóxicas. [3] Recientemente, un aislado de esta especie fue estudiado por investigadores de la Universidad de California, Berkeley, como parte de un proyecto sobre la supervivencia de haloarchaea en Marte.

Estructura del genoma

El genoma de H. volcanii consta de un cromosoma grande (4 Mb ) y multicopia y varios megaplásmidos. El genoma completo de la cepa de tipo salvaje de H. volcanii (DS2) consta de unos 4130 genes. [4]

El genoma ha sido completamente secuenciado y en 2010 se publicó un artículo que lo analiza . [5] La biología molecular de H. volcanii ha sido estudiada en profundidad durante la última década con el fin de descubrir más sobre la replicación del ADN, la reparación del ADN y la síntesis del ARN. Las proteínas arqueales utilizadas en estos procesos son extremadamente similares a las proteínas eucariotas y, por lo tanto, se estudian principalmente como un sistema modelo para estos organismos. H. volcanii experimenta una prolífica transferencia horizontal de genes a través de un mecanismo de fusión celular de "apareamiento".

Estructura celular y metabolismo

La reproducción entre H. volcanii se produce de forma asexual por fisión binaria, una práctica similar a la de otras arqueas y, de hecho, a la de las bacterias.

Al igual que muchas arqueas, las células de H. volcanii no tienen pared celular y, por lo tanto, dependen de otros mecanismos, como su capa S y las proteínas del citoesqueleto, para su estructura. [6] Una arquea H. volcanii individual puede variar de 1 a 3 micrómetros de diámetro. [7] Son pleomórficas, generalmente en transición de formas de varillas alargadas y móviles a formas de discos estacionarios que generan biopelículas a medida que el cultivo envejece. [8] Además, las biopelículas generadas por H. volcanii son capaces de producir rápidamente patrones de panal cuando se exponen a cambios de humedad. [9] Las membranas de este organismo están hechas de los lípidos de membrana típicos unidos por éter que se encuentran únicamente en las arqueas y también contienen un alto nivel de carotenoides, incluido el licopeno, que les da su color rojo distintivo.

H. volcanii utiliza una sal como método para mantener la osmostasia, en lugar del método típico de solutos compatibles que se observa en las bacterias. Este método implica el mantenimiento de un alto grado de iones de potasio en la célula para equilibrar los iones de sodio en el exterior. Por este motivo, H. volcanii tiene un sistema complejo de regulación de iones.

H. volcanii crecerá óptimamente entre 42 y 45 °C en un medio nutritivo complejo y con una concentración de NaCl de 1,5 a 2,5 M. Seguirá creciendo a 37 °C, pero seguirá necesitando NaCl concentrado y un medio complejo. [4]

Debido a la sal presente en el método, las proteínas citoplasmáticas están estructuradas para plegarse en presencia de altas concentraciones iónicas. Como tal, suelen tener una gran cantidad de residuos cargados en la sección exterior de la proteína y residuos muy hidrofóbicos que forman un núcleo. Esta estructura aumenta considerablemente su estabilidad en entornos salinos e incluso de alta temperatura, pero conlleva cierta pérdida de procesividad en comparación con los homólogos bacterianos.

H. volcanii respira como su única fuente de ATP, a diferencia de varias otras halobateriacas, como Halobacterium salinarum, son incapaces de fotofosforilación ya que carecen de la bacteriorrodopsina necesaria .

Ecología

Los aislados de H. volcanii se encuentran comúnmente en ambientes acuáticos de alta salinidad, como el Mar Muerto. Su papel preciso en el ecosistema es incierto, pero los carbohidratos contenidos en estos organismos potencialmente sirven para muchos propósitos prácticos. Debido a su capacidad para mantener la homeostasis a pesar de la sal que los rodea, H. volcanii podría ser un actor importante en los avances de la biotecnología. Como es probable que H. volcanii y especies comparables se encuentren entre los organismos vivos más antiguos, también brindan información relacionada con la genética y la evolución. [10]

Mar Muerto

El Mar Muerto contiene una concentración muy alta de sales de sodio, magnesio y calcio. Esta combinación hace que el mar sea un entorno ideal para extremófilos como H. volcanii . [11] El Mar Muerto tiene una comunidad diversa de microorganismos, aunque las pruebas de campo realizadas por Kaplan y Friedman informaron que H. volcanii tenía la mayor presencia numérica dentro de la comunidad. [12] Es común encontrar mayores cantidades del halófilo durante el verano, ya que el Mar Muerto es mucho más cálido, con un promedio de alrededor de 37 grados Celsius, y por lo tanto más propicio para las floraciones bacterianas. [13] Desafortunadamente, el Mar Muerto se está volviendo menos hospitalario para extremófilos como H. volcanii debido al aumento de la salinidad, atribuido tanto a factores naturales como a actividades humanas. Como entorno predominante para Haloferax volcanii , el cambio en la salinidad pone a la especie en riesgo.

Daños y reparación del ADN

En los procariotas, el genoma del ADN está organizado en una estructura dinámica, el nucleoide, que está incrustado en el citoplasma. La exposición de Haloferax volcanii a tensiones que dañan el ADN provoca la compactación y reorganización del nucleoide. [14] La compactación depende del complejo proteico Mre11-Rad50 que se emplea en la reparación recombinacional homóloga de las roturas de doble cadena del ADN. Delmas et al. [14] propusieron que la compactación del nucleoide es parte de una respuesta al daño del ADN que acelera la recuperación celular al ayudar a las proteínas de reparación del ADN a localizar objetivos y al facilitar la búsqueda de secuencias de ADN intactas durante la recombinación homóloga.

Intercambio genético

Se ha demostrado que H. volcanii puede experimentar un proceso de intercambio genético mediante la mezcla de células en una membrana sólida de nitrocelulosa. Se descartó el proceso de transducción y transformación, dejando la conjugación como un mecanismo de transferencia potencial. Se piensa que este mecanismo es nuevo con respecto a otras formas conocidas, ya que el intercambio genético no parece ser unidireccional como en las formas clásicas de conjugación de otros sistemas procariotas. [15]

Se requiere un contacto prolongado entre las células, ya que las células cultivadas en medios líquidos, mientras se agitan, no muestran transferencia genética. [15] Los experimentos de microscopía electrónica han capturado imágenes de células de H. volcanii unidas entre sí a través de múltiples estructuras similares a puentes citoplasmáticos [16] y se cree que este es el método aparente de intercambio genético. La maquinaria proteica directamente involucrada en la formación de estos puentes y la transferencia de ADN aún está por descubrir, aunque un estudio que publica datos de RNAseq sugiere varias proteínas involucradas. [17] Otros también han demostrado que la manipulación de las concentraciones de sal ambiental, [18] la glicosilación global [18] y la lipidación de la superficie celular [19] alteran la tasa de transferencia genética.

Se ha demostrado que este sistema de conjugación de ADN arqueológico funciona incluso de manera interespecífica, ya que H. volcanii y la especie estrechamente relacionada H. mediterranei pueden intercambiar información genética mediante este proceso a un nivel similar al intercambio intraespecífico. [20] A menos que se seleccione la necesidad de recombinar los cromosomas intercambiados, la recombinación no es necesaria para la supervivencia de las células intercambiadas. Esto puede conducir a la formación de células híbridas que contienen dos cromosomas distintos. [20]

CRISPR también puede desempeñar un papel en la regulación de esta transferencia genética, ya que se ha demostrado que las células adquieren nuevos espaciadores en sus matrices CRISPR durante este proceso. [21]

Astrobiología

Las condiciones en las que sobrevive Haloferax volcanii (alta salinidad y alta radiación) son muy similares a las que se encuentran en la superficie de Marte. Por ello, actualmente se está utilizando este organismo para probar la capacidad de supervivencia de los extremófilos terrestres en Marte. Los avances en este campo podrían conducir a una mayor comprensión de la posibilidad y el desarrollo de la vida extraterrestre. [22]

Véase también

Referencias

  1. ^ "LPSN - Lista de nombres procariotas destacados en la nomenclatura". Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen . Consultado el 14 de julio de 2022 .
  2. ^ Oren, A. (2014). "El orden Halanaerobiales y las familias Halanaerobiaceae y Halobacteroidaceae". En Rosenberg, E.; DeLong, EF; Lory, S.; Stackebrandt, E.; Thompson, F. (eds.). Firmicutes y Tenericutes . Los procariotas (4.ª ed.). Springer. págs. 153–177. doi :10.1007/978-3-642-30120-9_218. ISBN 978-3-642-30120-9.
  3. ^ Zaigler A, Schuster SC, Soppa J (mayo de 2003). "Construcción y uso de un microarreglo de ADN shotgun de cobertura única para caracterizar el metabolismo de la arqueona Haloferax volcanii". Mol Microbiol . 48 (4): 1089–105. doi :10.1046/j.1365-2958.2003.03497.x. PMID  12753198.
  4. ^ ab "UCSC Genome Browser Gateway". archaea.ucsc.edu . Consultado el 20 de abril de 2017 .
  5. ^ Hartman, AL; Norais, C; Badger, JH; Delmas, S; Haldenby, S; Madupu, R; Robinson, J; Khouri, H; Ren, Q; Lowe, TM; Maupin-Furlow, J; Pohlschroder, M; Daniels, C; Pfeiffer, F; Allers, T; Eisen, JA (2010). "La secuencia completa del genoma de Haloferax volcanii DS2, un modelo arqueológico". PLOS ONE . ​​5 (3): e9605. Bibcode :2010PLoSO...5.9605H. doi : 10.1371/journal.pone.0009605 . PMC 2841640 . PMID  20333302. 
  6. ^ Duggin y otros, 2014
  7. ^ Garrity, GM, Castenholz, RW y Boone, DR (Eds.) Manual de bacteriología sistémica de Bergey, volumen uno: las arqueas y las bacterias fototróficas y de ramificación profunda. 2.ª ed. Nueva York: Springer. 2001. pág. 316.
  8. ^ Walsh y otros, 2019
  9. ^ Schiller, Heather; Schulze, Stefan; Mutan, Zuha; de Vaulx, Charlotte; Runcie, Catalina; Schwartz, Jessica; Rados, Theopi; Bisson Filho, Alexandre W.; Pohlschroder, Mechthild (enero de 2020). " Las biopelículas líquidas sumergidas de Haloferax Volcanii se desarrollan independientemente de las maquinarias de biopelícula conocidas y exhiben una rápida formación de patrones de panal". bioRxiv 10.1101/2020.07.18.206797 . 
  10. ^ Véase la página web del NCBI sobre Haloferax. Datos extraídos de los "Recursos de taxonomía del NCBI". Centro Nacional de Información Biotecnológica . Consultado el 19 de marzo de 2007 .
  11. ^ Oren, A. (1983). "Dinámica poblacional de halobacterias en la columna de agua del Mar Muerto". Limnología y Oceanografía . 28 (6): 1094–1103. Bibcode :1983LimOc..28.1094O. doi :10.4319/lo.1983.28.6.1094.
  12. ^ Mullakhanbhai MF, Larsen H (agosto de 1975). " Halobacterium volcanii spec. nov., una halobacteria del Mar Muerto con un requerimiento moderado de sal". Arch Microbiol . 104 (3): 207–14. Bibcode :1975ArMic.104..207M. doi :10.1007/BF00447326. PMID  1190944.
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Fuentes

Lectura adicional

Libros científicos

Enlaces externos