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Rhodobacter sphaeroides

Rhodobacter sphaeroides es una especie de bacteria púrpura ; un grupo de bacterias que pueden obtener energía a través de la fotosíntesis . Sus mejores condiciones de crecimiento son la fototrofia anaeróbica ( fotoheterotrófica y fotoautotrófica ) y la quimioheterotrófica aeróbica en ausencia de luz. [1] R. sphaeroides también es capaz de fijar nitrógeno . [2] Es notablemente diversa metabólicamente, ya que es capaz de crecer heterotróficamente a través de la fermentación y la respiración aeróbica y anaeróbica . Tal versatilidad metabólica ha motivado la investigación de R. sphaeroides como una fábrica de células microbianas para aplicaciones biotecnológicas. [3]

Se ha aislado Rhodobacter sphaeroides de lagos profundos y aguas estancadas. [2]

Rhodobacter sphaeroides es uno de los organismos más importantes en el estudio de la fotosíntesis bacteriana. No requiere condiciones inusuales para su crecimiento y es increíblemente eficiente . La regulación de su maquinaria fotosintética es de gran interés para los investigadores, ya que R. sphaeroides tiene un intrincado sistema para detectar las tensiones de O 2 . [4] Además, cuando se expone a una reducción en la presión parcial de oxígeno, R. sphaeroides desarrolla invaginaciones en su membrana celular. El aparato fotosintético se aloja en estas invaginaciones. [4] Estas invaginaciones también se conocen como cromatóforos.

El genoma de R. sphaeroides también es un tanto intrigante. Tiene dos cromosomas, uno de 3 Mb (CI) y otro de 900 Kb (CII), y cinco plásmidos naturales. Muchos genes están duplicados entre los dos cromosomas, pero parecen estar regulados de forma diferencial. Además, muchos de los marcos de lectura abiertos (ORF) en CII parecen codificar proteínas de función desconocida. Cuando se alteran los genes de función desconocida en CII, se producen muchos tipos de auxotrofia, lo que pone de relieve que CII no es simplemente una versión truncada de CI. [5]

ARN pequeño no codificante

Los ARN pequeños bacterianos se han identificado como componentes de muchas redes reguladoras. Se identificaron veinte ARN pequeños experimentalmente en Rhodobacter spheroides , y se demostró que los abundantes se veían afectados por la exposición al oxígeno singlete ( 1 O 2 ). [6] El 1 O 2 , que genera estrés fotooxidativo, es producido por la bacterioclorofila tras la exposición al oxígeno y la luz. Se demostró que uno de los ARN pequeños inducidos por 1 O 2 , SorY ( ARN Y de resistencia a 1 O 2 ), se inducía en varias condiciones de estrés y confería resistencia contra 1 O 2 al afectar a un transportador de metabolitos. [7] SorX es el segundo ARN pequeño inducido por 1 O 2 que contrarresta el estrés oxidativo al dirigirse al ARNm para un transportador. También tiene un impacto en la resistencia contra los hidroperóxidos orgánicos . [8] Se ha demostrado que un grupo de cuatro ARN pequeños homólogos llamados CcsR para el ARN inducido por estrés con motivo CCUCCUCCC conservado también desempeña un papel en la resistencia al estrés fotooxidativo. [9] PcrZ (ARN Z de control de la fotosíntesis) identificado en R. sphaeroides, es un ARN pequeño que actúa en trans y contrarresta la inducción dependiente de redox de los genes de la fotosíntesis, mediada por reguladores proteicos. [10]

Metabolismo

R. sphaeroides codifica varias oxidasas terminales que permiten la transferencia de electrones al oxígeno y otros aceptores de electrones (por ejemplo, DMSO o TMAO ). [11] Por lo tanto, este microorganismo puede respirar en condiciones óxicas, microóxicas y anóxicas tanto en condiciones de luz como de oscuridad. Además, es capaz de aceptar una variedad de sustratos de carbono, incluidas moléculas de C1 a C4, azúcares y ácidos grasos. [12] Varias vías para el catabolismo de la glucosa están presentes en su genoma, como la vía de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), la vía de Entner-Doudoroff (ED) y la vía de las pentosas fosfato (PP). [13] La vía ED es la vía glucolítica predominante en este microorganismo, [14] mientras que la vía EMP contribuye solo en menor medida. [15] La variación en la disponibilidad de nutrientes tiene efectos importantes en la fisiología de esta bacteria. Por ejemplo, la disminución de la tensión de oxígeno activa la síntesis de la maquinaria fotosintética (incluidos los fotosistemas, los complejos de antenas y los pigmentos). Además, la disminución del nitrógeno en el medio desencadena la acumulación intracelular de polihidroxibutirato , un polímero de reserva. [16]

Aplicaciones biotecnológicas

Existe un modelo metabólico a escala del genoma para este microorganismo [17], que puede utilizarse para predecir el efecto de las manipulaciones genéticas en sus flujos metabólicos. Para facilitar la edición del genoma en esta especie, se desarrolló y amplió una herramienta de edición del genoma CRISPR/Cas9 [18] [19] Además, se ha estudiado en detalle la partición de los flujos intracelulares , también con la ayuda de isotopómeros de 13 C-glucosa [15] [20] En conjunto, estas herramientas pueden emplearse para mejorar R. sphaeroides como fábrica de células para biotecnología industrial [3] .

El conocimiento de la fisiología de R. sphaeroides permitió el desarrollo de procesos biotecnológicos para la producción de algunos compuestos endógenos. Estos son hidrógeno , polihidroxibutirato e isoprenoides (por ejemplo, coenzima Q10 y carotenoides ). Además, este microorganismo también se utiliza para el tratamiento de aguas residuales . La evolución del hidrógeno se produce a través de la actividad de la enzima nitrogenasa , [21] mientras que los isoprenoides se sintetizan de forma natural a través de la vía endógena MEP . La vía nativa se ha optimizado mediante ingeniería genética para mejorar la síntesis de la coenzima Q10 . [22] Alternativamente, la mejora de la síntesis de isoprenoides se obtuvo mediante la introducción de una vía heteróloga del mevalonato . [23] [16] La ingeniería impulsada por biología sintética del metabolismo de R. sphaeroides , en combinación con el reemplazo funcional de la vía MEP con la vía del mevalonato , [24] permitió aumentar aún más la bioproducción de isoprenoides en esta especie. [25]

Nombre aceptado

Sinónimos


Reclasificación

En 2020 se recomendó que Rhodobacter sphaeroides se trasladara al género Cereibacter . [27] Este es el nombre utilizado actualmente por la base de datos de taxonomía del NCBI.

Referencias

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Bibliografía

Enlaces externos