Methanopyrus es un género de metanógenos , [1] con una sola especie descrita, Methanopyrus kandleri . Es un hipertermófilo en forma de bastón , descubierto en la pared de una fumarola 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 fumadora 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 el crecimiento y la actividad celular. [3] Debido a la alta resiliencia de la especie y al entorno extremo, M. kandleri también se clasifica como un extremófilo . [3] Vive en un entorno rico en hidrógeno y dióxido de carbono , y como otros metanógenos reduce este último a metano . Se coloca entre Euryarchaeota , en su propia clase.
Methanopyrus kandleri es un metanógeno en 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 consta de lípidos terpenoides , que se cree que son uno de los lípidos más primitivos y un predecesor de los fitanil diéteres 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 una estructura de soporte en eucariotas y bacterias . [4] M. kandleri es móvil a través de mechones de flagelos polares. [5]
Methanopyrus kandleri tiene una alta concentración de 2,3-difosfoglicerato cíclico. [3] Este compuesto se encuentra a menudo en hipertermófilos , lo que ayuda a prevenir la desnaturalización de las proteínas a altas temperaturas. [6] La mayor concentración de 2,3-difosfoglicerato cíclico protege al metanógeno, ayudándolo a sobrevivir en un entorno en el que muchos otros organismos no podrían. Más allá de este compuesto para ayudar 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 la actividad de las enzimas a temperaturas más altas. [7]
Como metanógeno, M. kandleri utiliza hidrógeno como fuente de electrones y reduce el dióxido de carbono del ambiente a metano, un proceso conocido como metanogénesis . [3] M. kandleri es un anaerobio obligado, quimiolitoautotrófico y no utiliza oxígeno como aceptor final de electrones. [3] [7]
Se han aislado cultivos de M. kandleri de varios respiraderos hidrotermales submarinos de lugares del Golfo de California, la Cordillera Central de la India, la Cordillera Mesoatlántica e Islandia. [5] La especie fue descubierta por primera vez en la pared de una fumarola negra del Golfo de California a una profundidad de 2000 m, a temperaturas de 84 a 110 °C. M. kandleri puede sobrevivir hasta temperaturas de 122 °C, aunque se ha determinado que el crecimiento óptimo es a 98 °C. [3] [2] Se requieren altas concentraciones internas de iones celulares (>1 M) para el crecimiento y la actividad celular. [5] Debido a la extremidad del entorno en el que reside M. kandleri , se plantea la hipótesis de que se ha producido un mayor aislamiento filogenético debido a la exclusividad del nicho de la especie. [2]
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% es guanina o citosina . [3] El cromosoma circular único posee 1.691 genes codificadores de proteínas y 39 genes de ARN. [3] La especie también posee una gran cantidad de genes huérfanos, posiblemente a través de la transferencia de genes virales. [8]
Methanopyrus kandleri es también la única especie conocida que tiene topoisomerasa V. La topoisomerasa V permite a M. kandleri sobrevivir en temperaturas tan altas y ayuda a relajar tanto el ADN superenrollado 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 uno del otro 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 tengan 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 la transferencia de genes virales y la cantidad inusual de genes huérfanos en la especie proporciona evidencia de 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 resilientes para fines industriales. [5]