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Metanococcoides burtonii

Methanococcoides burtonii es una arqueona metanogénica metilotrófica aislada por primera vez en el lago Ace, en la Antártida. [1] Su cepa tipo es DSM 6242.

M. burtonii es un arqueón extremófilo de la familia Methanosarcinaceae , una familia de tres géneros de células con forma de coco. [2] Methanococcides burtonii se ha adaptado a la vida en la Antártida, donde reside en el lago Ace a temperaturas que permanecen permanentemente entre 1 y 2 °C. [2] M. burtonii fue descubierto por primera vez por un limnólogo austríaco llamado Harry Burton. [2] Se determinó que la temperatura óptima de crecimiento era de 23 °C. [2] M. burtonii puede crecer en sustratos metilados y tolera una amplia gama de temperaturas de crecimiento (<4° a 29 °C). [2] La adaptación al frío en M. burtonii implica cambios específicos en la insaturación de lípidos de membrana y proteínas flexibles. M. burtonii son cocos irregulares, que varían de 0 a 1,8 micrómetros de diámetro. [2] M. burtonii se presenta solo o en pares. [2] Durante la tinción de Gram , las células se lisan; También se lisan en soluciones hipotónicas . [2] M. burtonii son móviles con un solo flagelo y carecen de estructuras de almacenamiento y membranas internas en el citoplasma . [2] M. burtonii son arqueas formadoras de colonias, que suelen presentarse en colonias de <1 milímetro que son circulares y convexas. [2] Las células de M. burtonii emiten fluorescencia azul cuando se exponen a la iluminación UV. [2] El pH inicial óptimo para el crecimiento es 7,7. [2] Dos sustancias que estimulan el crecimiento son el extracto de levadura y el agar de soja tripticasa . [2] Se encontró que las células de M. burtonii eran resistentes a la penicilina, ampicilina, tetraciclina, vancomicina y eritromicina. [2] Aunque ha desarrollado la capacidad de mantenerse en lo que se considera entornos "extremofílicos" para las arqueas (1-2 °C), M. burtonii crece de forma óptima a 23 °C. M. burtonii es un metanógeno metilotrófico obligado capaz de utilizar metilaminas y metanol , pero no formato , H 2 CO 2 o acetato para su crecimiento. [2] El metano es un gas de efecto invernadero y los metanógenos desempeñan un papel fundamental en el calentamiento global y el ciclo global del carbono a través de la producción de metano.

Adaptación al frío

M. burtonii están regulados térmicamente, destacando así el papel que juegan las vías de generación de energía y biosíntesis en la adaptación al frío. [3] La investigación proteómica muestra que los niveles celulares de la subunidad E son más altos durante el crecimiento a bajas temperaturas. [3] Esto podría indicar posiblemente que la subunidad E está cumpliendo un papel específico en la regulación de la transcripción de genes involucrados en el crecimiento a baja temperatura o en la facilitación de la transcripción a baja temperatura en general. [3] M. burtonii tiene mecanismos reguladores similares a los encontrados en los genes de helicasa de ARN inducidos por choque frío de E. coli . Por lo tanto, estos mecanismos tienen similitud con los métodos bacterianos de adaptación al frío. [3] M. burtonii tiene niveles disminuidos de DnaK y niveles aumentados de PPIasa a 4 grados Celsius, posiblemente indicando que el plegamiento de proteínas es un proceso térmicamente sensible y puede contribuir a su adaptación al frío. [3] Varios genes involucrados en la metanogénesis están regulados térmicamente, y la regulación involucra la expresión de genes en operones , modificación de proteínas y la síntesis de TMA -MT que contiene pirrolisina . [3] A 4 °C se expresan niveles más altos de proteína y/o ARNm para genes involucrados en la metanogénesis que produce una fuerza motriz de protones que impulsa procesos celulares incluyendo la síntesis de ATP y vías desde acetil-CoA que conducen al metabolismo de aminoácidos . [3] M. burtonii tiene niveles aumentados de GDH y GAPDH (enzimas clave en el metabolismo del nitrógeno y el carbono) a 4 °C indicando que hay una regulación efectiva de procesos fundamentales del metabolismo del carbono y el nitrógeno consistente con la evolución del organismo para el crecimiento en el frío. [3]

Estructura de la membrana y proteínas flexibles

Se sabe que Archaea representa una gran proporción de la biomasa microbiana en ambientes “fríos”, es decir, Ace Lake donde se descubrió M. burtonii . [4] A medida que disminuye la temperatura ambiental, la bicapa lipídica se vuelve rígida en la mayoría de los organismos de tipo salvaje . [4] Sin embargo, se ha descubierto que aumentar la proporción de ácidos grasos insaturados en la membrana puede mantener un estado cristalino líquido. [4] Para lograr esto se utiliza una enzima desaturasa. [4] La síntesis de novo permite una adaptación permanente a ambientes fríos, como se observa en M. burtonii . [4] Se determinó que la presencia de lípidos diéter insaturados (UDL) proporciona un mecanismo de adaptación al frío en archaea. [4] Se han descubierto ciertos UDL en M. burtonii. [4] Estos UDL son sensibles a la temperatura, y cultivarlos a diferentes temperaturas afecta la tasa de insaturación en la membrana. [4] Por lo tanto, esto proporciona evidencia de que M. burtonii tiene la capacidad de controlar la fluidez de su membrana (con respecto a la temperatura). [4] Por lo tanto, esta capacidad proporciona una vía plausible para la adaptación al frío por parte de las arqueas. [4] Otras moléculas potencialmente responsables de la insaturación de la membrana y, por lo tanto, de la adaptación al frío, son las cadenas laterales de isoprenoides . [4] Se descubrió que dos enzimas específicas, la acetoacetil-CoA tiolasa y la HMG-CoA sintasa , participan en la vía del melavonato en M. burtonii . [4] Las cadenas de isoprenoides producidas de esta manera están completamente insaturadas. Se ha encontrado un mayor contenido de aminoácidos polares no cargados, particularmente Gln y Thr, y un menor contenido de aminoácidos hidrófobos, particularmente Leu , en M. burtonii . [5] El contenido de GC es el principal factor que influye en la estabilidad del ARNt en este organismo. [5] Un enfoque proteómico que utiliza cromatografía bidimensional - espectrometría de masas encontró que los principales fosfolípidos eran arqueol fosfatidilglicerol, arqueol fosfatidilinositol, hidroxiarqueol fosfatidilglicerol y hidroxiarqueol fosfatidilinositol. [4] Todas las clases de fosfolípidos contenían una serie de análogos insaturados, y el grado de insaturación dependía de la clase de fosfolípido. [4] La proporción de lípidos insaturados de las células cultivadas a 4 °C fue significativamente mayor que la de las células cultivadas a 23 °C. [4] La 3-hidroxi-3-metilglutaril coenzima A sintasa, la farnesil difosfato sintasa y la geranilgeranil difosfato sintasa se identificaron en el proteoma expresado, y la mayoría de los genes implicados en la vía del mevalonato y los procesos que conducen a la formación de fosfatidilinositol y fosfatidilglicerol se identificaron en la secuencia del genoma. [5]

Proteoma ICAT de M. burtonii : Los extractos proteicos de cultivos de M. burtonii cultivados a 4 °C y 23 °C se marcaron con el reactivo ICAT y se digirieron con tripsina. Los péptidos marcados con ICAT se aislaron mediante cromatografía de afinidad. Se identificaron 163 proteínas. [6]

Estructura y evolución del genoma

La secuenciación del genoma de M. burtonii reveló un único cromosoma circular que abarca 2.575.832 pares de bases. [7] El genoma de M. burtonii se caracteriza por un mayor nivel de secuencias aberrantes en la composición que cualquier otro archeon. [7] M. burtonii tiene la capacidad de acomodar un contenido de aminoácidos altamente sesgado mientras retiene el uso de codones . [7] Este ha sido un paso evolutivo importante en la adaptación al frío. En un estudio utilizando COG_scrambler, varios conjuntos de genes significativos en M. burtonii estaban sobrerrepresentados. [7] Significativamente, los COG sobrerrepresentados consistieron en histidina quinasas de transducción de señales , ATPasas de la superfamilia REC-A y reguladores de respuesta similares a Che-Y, junto con numerosas transposasas. [7] Además, en comparación con los conjuntos de genomas arqueológicos, el genoma de M. burtonii tiene conjuntos sobrerrepresentados de genes en los mecanismos de defensa y motilidad, mientras que está subrepresentado en las categorías de traducción de nucleótidos y metabolismo de nucleótidos. [7]

Transportadores ABC

M. burtonii tiene una clara falta de transportadores ABC identificables para péptidos . [7] Esta falta de permeasa de transportador ABC identificable para péptidos constituye una diferencia importante entre M. burtonii y otros miembros de su familia: Methanosarcineae . [7] Por lo tanto, esta falta de transporte de péptidos acompaña su incapacidad para utilizar péptidos para el crecimiento. [7]

Metabolismo

M. burtonii tiene la capacidad de realizar glucólisis y gluconeogénesis . [7] Produce acetil-CoA a partir de metil-tetrahidrosarcinapterina y dióxido de carbono. [7] La ​​enzima utilizada en esta vía es la monóxido de carbono deshidrogenasa /acetil-CoA sintasa. [7]

M. burtonii posee una ribulosa,1-5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa tipo III, sin embargo no se ha encontrado ningún gen identificable para la fosforibuloquinasa. [7] Por lo tanto, M. burtonii no puede lograr la fijación de carbono por RubisCO. [7] Además, M. burtonii tiene quinasas de azúcar dependientes de ADP que se utilizan en la glucólisis. [7] Cuando los niveles de energía son bajos y/o el ambiente es anaeróbico, M. burtonii utiliza ATP a través de esta vía dada la capacidad de síntesis de ATP a través de 3-PGA . [7]

Síntesis de aminoácidos

M. burtonii produce cisteína a través de la vía dependiente del ARNt y la vía de la O-acetilserina. [7] La ​​pirrolisina se produce utilizando la enzima pirrolisil-ARNt sintetasa. [7]

Metanogénesis

M. burtonii obtiene su energía de la oxidación de grupos metilo a dióxido de carbono y reducción a metano; por lo tanto, se le llama un "metanógeno metilotrófico obligatorio". Para los metanógenos, el crecimiento en presencia de hidrógeno requiere tres hidrogenasas independientes : ECh, Frh/Fre y Vho; M. burtonii no contiene ninguna de ellas. [7] M. burtonii no utiliza formato, H 2 :CO 2 o acetato para el crecimiento. [3]

Transducción de señales

El genoma de M. burtonii también incluye un mecanismo de quimiotaxis que consiste en una proteína de quimiotaxis, una histidina quinasa de quimiotaxis CheA y un regulador de la respuesta de quimiotaxis. [7] M. burtonii participa en la detección ambiental a través de una variedad de proteínas quinasas. [7] M. burtonii es un anaerobio estricto que posee quinasas intracelulares que se utilizan en el reconocimiento de oxígeno. Estas quinasas también reconocen otros elementos cruciales para su supervivencia. [7]

Referencias

  1. ^ Franzmann, PD; Springer, N.; Ludwig, W.; Conway De Macario, E.; Rohde, M. (1992). "Una arquea metanogénica del lago Ace, Antártida: Methanococcoides burtonii sp. nov". Microbiología sistemática y aplicada . 15 (4): 573–581. doi :10.1016/S0723-2020(11)80117-7. ISSN  0723-2020.
  2. ^ abcdefghijklmno Franzmann, PD; Springer, N.; Ludwig, W.; Conway de Macario, E.; et al. (1992). "Un arqueón metanogénico del lago Ace, Antártida: Methanococcoides burtonii sp. nov". Syst. Appl. Microbiol . 15 (4): 573–581. doi :10.1016/s0723-2020(11)80117-7.
  3. ^ abcdefghi Goodchild, Amber; Saunders, N.; Ertan, H.; Raftery, M.; Guilhaus, M.; Curmi, P.; Cavicchioli, R. (2004). "Una determinación proteómica de la adaptación al frío en el arqueón antártico, Methanococcoides burtonii". Microbiología molecular . 53 (1): 309–321. doi : 10.1111/j.1365-2958.2004.04130.x . PMID  15225324. S2CID  22384609.
  4. ^ abcdefghijklmno Nichols, David; Miller, M.; Davies, N.; Goodchild, A.; et al. (2004). "La adaptación al frío en la arqueona antártica Methanococcoides burtonii implica la insaturación lipídica de la membrana". Journal of Bacteriology . 186 (24): 8508–8515. doi :10.1128/JB.186.24.8508-8515.2004. PMC 532414 . PMID  15576801. 
  5. ^ abc Saunders, Neil; Thomas, T.; Curmi, PMG; Mattick, JS; et al. (2003). "Mecanismos de adaptación térmica revelados a partir de los genomas de las arqueas antárticas Methanogenium frigidum y Methanococcoides burtonii". Genome Research . 13 (7): 1580–1588. doi :10.1101/gr.1180903. PMC 403754 . PMID  12805271. 
  6. ^ Goodchild, Amber; Cavicchioli, Ricardo; Gilhaus, Michael; Raftery, Mark; et al. (2005). "Adaptación al frío de la arqueona antártica, Methanococcoides burtonii evaluada mediante proteómica utilizando ICAT". Journal of Proteome Research . 4 (2): 473–480. doi :10.1021/pr049760p. PMID  15822924.
  7. ^ abcdefghijklmnopqrstu v Allen, Michelle; Lauro, F.; Wiliams, T.; Burg, D.; et al. (2009). "La secuencia del genoma del arcaeon psicrofílico, Methanococcoides burtonii: el papel de la evolución del genoma en la adaptación al frío". ISME Journal . 3 (9): 1012–1035. doi : 10.1038/ismej.2009.45 . PMID  19404327.

Lectura adicional

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