Paracoccus denitrificans , es una bacteria cocoide conocida por sus propiedades reductoras de nitratos, su capacidad de replicarse en condiciones de hipergravedad y por ser pariente de la mitocondria eucariota ( teoría endosimbiótica ).
Paracoccus denitrificans es una bacteria gramnegativa , coco, inmóvil, desnitrificante (reductora de nitratos). Por lo general, es una bacteria con forma de bastón, pero asume formas esféricas durante la fase estacionaria. [1] Como todas las bacterias gramnegativas, tiene una membrana doble con una pared celular. Anteriormente conocida como Micrococcus denitrificans , fue aislada por primera vez en 1910 por Martinus Beijerinck , un microbiólogo holandés . [2] La bacteria fue reclasificada en 1969 a Paracoccus denitrificans por DH Davis. [3] El genoma de P. denitrificans fue secuenciado en 2004. [4]
Metabólicamente, Paracoccus denitrificans es muy flexible y se ha registrado en el suelo tanto en ambientes aeróbicos como anaeróbicos. El microbio también tiene la capacidad de vivir en muchos tipos diferentes de medios y entornos y se sabe que es un extremófilo . Las bacterias pueden obtener energía tanto de compuestos orgánicos, como metanol y metilamina , como de compuestos inorgánicos, como hidrógeno y azufre . La capacidad de metabolizar compuestos de hidrógeno y azufre, como el tiosulfato, ha llevado a que el microbio se explote como un organismo modelo para el estudio de transformaciones de compuestos de azufre poco caracterizados. [1]
Las propiedades desnitrificantes de Paracoccus denitrificans son una causa importante de la pérdida de fertilizantes nitrogenados en el suelo agrícola. Esto se debe posiblemente al proceso químico denominado "desnitrificación", en el que el nitrógeno se convierte en dinitrógeno para producir óxido nítrico y óxido nitroso que causan daños a la atmósfera. [1] Aunque los mecanismos enzimáticos de este proceso de desnitrificación están bien caracterizados, los controles moleculares exactos aún no se han descrito por completo. [5] Por ello, Paracoccus denitrificans ha surgido como un organismo modelo importante para la caracterización del proceso de desnitrificación completo con el fin de reducir potencialmente la liberación excesiva de óxido nitroso de los suelos fertilizados con nitrógeno. [6] [7]
Metabólicamente, Paracoccus denitrificans es un quimiolitoautótrofo conocido : se han aislado varias cepas del microbio que crecen de forma quimiolitoautótrofa utilizando disulfuro de carbono o sulfuro de carbonilo como fuentes de energía. No se conoce que sea un patógeno humano . [1]
Paracoccus es un género bioquímicamente versátil, que posee una variedad de metabolismos a través de los cuales se puede degradar una amplia gama de compuestos diversos. En consecuencia, tiene potencial para una amplia variedad de capacidades y aplicaciones en biorremediación . [1]
La propiedad desnitrificante del Paracoccus denitrificans se ha utilizado para crear un biorreactor, en este caso un gel tubular que contiene dos bacterias, para la eliminación de nitrógeno de las aguas residuales. El Paracoccus denitrificans reduce el nitrito a gas nitrógeno mientras que Nitrosomonas europaea oxida el amoniaco a nitrito, alimentando así el metabolismo del primero. Este sistema simplifica el proceso de eliminación de nitrógeno de las aguas residuales. [8]
Algunas cepas del microbio pueden utilizar el tiocianato como fuente de energía, una capacidad que podría ayudar a limpiar las aguas residuales contaminadas con tiocianato de las fábricas de hornos de coque. Se han descubierto otras cepas que pueden degradar halobenzoatos en condiciones de desnitrificación anaeróbica y que pueden degradar sulfonatos en condiciones de crecimiento anaeróbico. [1]
Se han aislado cepas de Paracoccus denitrificans de lodos activados que degradan una variedad de aminas metiladas en condiciones tanto aeróbicas como anaeróbicas; otra cepa es quimiolitoautotróficamente capaz de degradar compuestos de carbono cuaternario como el dimetilmalonato en condiciones desnitrificantes. [1]
Algunas cepas son capaces de realizar una " desnitrificación aeróbica ", es decir, la desintegración completa del nitrato en dinitrógeno (u óxido nitroso) en condiciones de crecimiento aeróbico. El microbio también puede oxidar el amoníaco en nitrito mientras crece con fuentes de energía orgánicas, un proceso conocido como " nitrificación heterotrófica ". Junto con la desnitrificación, la nitrificación heterotrófica permite la transformación completa del amoníaco en dinitrógeno por parte de un solo organismo. [1]
Las primeras investigaciones indicaron que Paracoccus denitrificans se parecía especialmente a las mitocondrias . La bacteria encierra en sí misma la bioquímica de la cadena respiratoria mitocondrial y la fosforilación oxidativa. Si bien estas características se encuentran distribuidas aleatoriamente en otras especies de bacterias aeróbicas, hasta la fecha todas ellas solo se encuentran en Paracoccus denitrificans . [ cita requerida ] Además, se ha sugerido un mecanismo factible para la evolución de una mitocondria eucariota, desde la membrana plasmática de una bacteria aeróbica ancestral parecida a P. denitrificans hasta la membrana mitocondrial interna. [9] Sin embargo, un análisis filogenético más reciente sitúa a otras bacterias más estrechamente relacionadas con las mitocondrias: [10] consulte Proto-mitocondria .
Una investigación reciente sobre extremófilos realizada en Japón involucró una variedad de bacterias, incluyendo Paracoccus denitrificans, que fueron sometidas a condiciones de extrema gravedad. Las bacterias fueron cultivadas mientras rotaban en una ultracentrífuga a altas velocidades correspondientes a 403.627 veces g (la aceleración normal resultante de la gravedad en la superficie de la Tierra). Paracoccus denitrificans mostró no solo supervivencia sino también un crecimiento celular robusto bajo estas condiciones de hiperaceleración que generalmente se encuentran solo en entornos cósmicos, como en estrellas muy masivas o en las ondas de choque de las supernovas . El análisis mostró que el pequeño tamaño de las células procariotas es esencial para un crecimiento exitoso en hipergravedad . La investigación tiene implicaciones sobre la viabilidad de la existencia de exobacterias y panspermia . [11] [12]
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