Войти
| Pyrococcus furiosus | |
|---|---|
 | |
| Pyrococcus furiosus | |
| Научная классификация | |
| Домен: | Археи |
| Царство: | Euryarchaeota |
| Тип: | Euryarchaeota |
| Класс: | Thermococci |
| Порядок: | Thermococcales |
| Семейство: | Thermococcaceae |
| Род: | Pyrococcus |
| Виды: | P. furiosus |
| Биномиальное название | |
| Pyrococcus furiosus . Erauso et al. 1993 | |
Pyrococcus furiosus - экстремофильный вид архей. Его можно классифицировать как гипертермофил, потому что он лучше всего растет при чрезвычайно высоких температурах - более высоких, чем те, которые предпочитают термофил. Он примечателен тем, что имеет оптимальную температуру роста 100 ° C (температура, которая уничтожит большинство живых организмов), и является одним из немногих организмов, идентифицированных как обладающие ферментами ферредоксин оксидоредуктаза, содержащими вольфрам., элемент, редко встречающийся в биологических молекулах.
Вид был взят из термальных морских отложений и изучен путем выращивания в культуре в лаборатории. Pyrococcus furiosus отличается быстрым удвоением времени в 37 минут при оптимальных условиях, а это означает, что каждые 37 минут количество отдельных организмов умножается на 2, что дает кривую экспоненциального роста. Он выглядит как в основном правильные кокки - что означает, что он имеет приблизительно сферическую форму - диаметром от 0,8 до 1,5 мкм с монополярным политрихозным жгутиком. Каждый организм окружен клеточной оболочкой, состоящей из гликопротеина, называемой S-слоем.
. Он растет от 70 ° C (158 ° F ) до 103 ° C. (217 ° F), с оптимальной температурой 100 ° C (212 ° F) и между pH 5 и 9 (с оптимумом при pH 7). Он хорошо растет на дрожжевом экстракте, мальтозе, целлобиозе, β-глюканах, крахмале и источниках белка (триптоне, пептоне, казеине и мясных экстрактах). Это относительно широкий диапазон по сравнению с другими археями. Рост очень медленный или отсутствует у аминокислот, органических кислот, спиртов и большинства углеводов (включая глюкозу, фруктозу, лактозу и галактоза ). Продуктами метаболизма P. furiosus являются CO2 и H2. Присутствие водорода серьезно тормозит его рост и метаболизм; Однако этот эффект можно обойти, введя серу в окружающую среду организма. В этом случае H2S может быть произведен посредством его метаболических процессов, хотя эта серия реакций, похоже, не дает энергии. Интересно отметить, что, хотя рост многих других гипертермофилов зависит от серы, P. furiosus - нет.
стр. furiosus также примечателен необычной и интригующе простой дыхательной системой, которая получает энергию за счет восстановления протонов до газообразного водорода и использует эту энергию для создания электрохимического градиента через клеточную мембрану, тем самым стимулируя синтез АТФ. Такая система могла бы быть очень ранним эволюционным предшественником дыхательных систем у всех современных высших организмов.
ферменты Pyrococcus furiosus чрезвычайно термостабильны. Как следствие, ДНК-полимераза из P. furiosus (также известная как ДНК-полимераза Pfu ) может быть использована в полимеразной цепной реакции (ПЦР) амплификации ДНК. процесс.
A ДНК-полимераза была обнаружена у P. furiosus, которая, как считалось, не связана с другими известными ДНК-полимеразами, поскольку не было обнаружено значительной гомологии последовательностей между двумя его белками и белками других известные ДНК-полимеразы. Эта ДНК-полимераза обладает сильной 3'-5'-экзонуклеолитической активностью и предпочтением матрица-праймер, что характерно для репликативной ДНК-полимеразы, что заставляет ученых полагать, что этот фермент может быть репликативной ДНК-полимеразой P. furiosus. С тех пор он был помещен в семейство полимераз B, то же самое, что и. Его структура, которая кажется довольно типичной для полимеразы B, также была решена.
Одним из практических применений P. furiosus является производство диолов для различных промышленных процессов. Ферменты P. furiosus можно использовать в таких отраслях, как пищевая, фармацевтическая и тонкая химия, в которых алкогольдегидрогеназы необходимы для производства энантио- и диастереомерно чистых диолов. Ферменты гипертермофилов, таких как P. furiosus, могут хорошо работать в лабораторных условиях, поскольку они относительно устойчивы: они обычно хорошо работают при высоких температурах и высоких давлениях, а также при высоких концентрациях химических веществ.
Чтобы сделать ферменты природного происхождения полезными в лаборатории, часто необходимо изменить их генетический состав. В противном случае естественные ферменты могут оказаться неэффективными в искусственно вызванной процедуре. Хотя ферменты P. furiosus оптимально функционируют при высокой температуре, ученые не обязательно хотят проводить процедуру при 100 ° C (212 ° F). Следовательно, в этом случае специфический фермент AdhA был взят из P. furiosus и подвергнут различным мутациям в лаборатории, чтобы получить подходящую алкогольдегидрогеназу для использования в искусственных процессах. Это позволило ученым получить мутантный фермент, который мог бы эффективно функционировать при более низких температурах и поддерживать продуктивность.
Экспрессия определенного гена, обнаруженного у P. furiosus в растениях, также может вызывать их более долговечны за счет повышения их устойчивости к теплу. В ответ на стрессы окружающей среды, такие как тепловое воздействие, растения производят активные формы кислорода, которые могут привести к гибели клеток. Если эти свободные радикалы удалить, гибель клеток может быть отложена. Ферменты в растениях, называемые супероксиддисмутазами, удаляют супероксид-анион-радикалы из клеток, но увеличение количества и активности этих ферментов - сложный и не самый эффективный способ улучшить жизнеспособность растений..
Путем введения супероксидредуктазы P. furiosus в растения можно быстро снизить уровни O 2. Ученые опробовали этот метод на растении Arabidopsis thaliana. В результате этой процедуры гибель клеток у растений происходит реже, что приводит к снижению выраженности реакции на стресс окружающей среды. Это увеличивает выживаемость растений, делая их более устойчивыми к световому, химическому и тепловому стрессу.
Это исследование потенциально может быть использовано в качестве отправной точки для создания растений, способных выжить в более суровых климатических условиях на других планетах, таких как Марс. Путем введения большего количества ферментов экстремофилов, таких как P. furiosus, в другие виды растений, можно создать невероятно устойчивые виды.
Сравнивая P. furiosus с родственными вида архей, Pyrococcus abyssi, ученые пытались определить корреляцию между определенными аминокислотами и сродством к определенному давлению у разных видов. P. furiosus не барофилен, в то время как P. abyssi - это значит, что он оптимально функционирует при очень высоких давлениях. Использование двух гипертермофильных видов архей снижает возможность отклонений, связанных с температурой окружающей среды, существенно сокращая переменные в дизайне эксперимента.
Помимо получения информации о барофильности определенных аминокислот, эксперимент также предоставил ценное понимание происхождения генетического кода и его организационных влияний. Было обнаружено, что большинство аминокислот, определяющих барофильность, также играют важную роль в организации генетического кода. Также было обнаружено, что более полярные аминокислоты и более мелкие аминокислоты с большей вероятностью будут барофильными. Путем сравнения этих двух архей был сделан вывод, что генетический код, вероятно, был структурирован под высоким гидростатическим давлением, и что гидростатическое давление было более влиятельным фактором при определении генетического кода, чем температура.
Pyrococcus furiosus был первоначально изолирован анаэробно из геотермально нагретых морских отложений с температурами от 90 ° C (194 ° F) до 100 ° C (212 ° F), собранных на пляже Порто Леванте, Остров Вулкано, Италия. Впервые он был описан Карлом Стеттером из Регенсбургского университета в Германии и его коллегой Герхардом Фиала. Pyrococcus furiosus фактически явился источником нового рода архей с его относительно недавним открытием в 1986 году.
Секвенирование полного генома Pyrococcus furiosus было завершено в 2001 году. ученые из Института биотехнологии Мэрилендского университета. Команда из Мэриленда обнаружила, что в геноме 1 908 килобаз, кодирующих около 2065 белков.
Название Pyrococcus означает «огненный шар» на греческом, чтобы обозначить круглая форма экстремофила и способность расти при температуре около 100 градусов по Цельсию. Название вида furiosus означает «стремительное движение» на латинском и относится к времени удвоения экстремофила и быстрому плаванию.
