Alcanivorax borkumensis es una bacteria marina quedegrada los alcanos yque se propaga naturalmente y se vuelve predominante en el agua de mar que contiene petróleo crudo cuandose suplementan los nutrientes de nitrógeno y fósforo . [2] [3]
Alcanivorax | |
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clasificación cientifica | |
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Familia: | |
Género: | Alcanivorax Yakimov y col. 1998 |
Especie tipo | |
Alcanivorax borkumensis | |
Especies | |
Alcanivorax balearicus |
Descripción
A. borkumensis es una bacteria en forma de bastón sin flagelos que obtiene su energía principalmente del consumo de alcanos (un tipo de hidrocarburo ). Es aeróbico , lo que significa que usa oxígeno para obtener energía, y es halófilo , lo que significa que tiende a vivir en ambientes que contienen sal, como el agua salada del océano. También es Gram-negativo , lo que esencialmente significa que tiene una pared celular relativamente delgada. También es inmóvil; sin embargo, otros organismos que parecen pertenecer al mismo género son móviles a través de los flagelos . [4] [5]
Genoma
El genoma de A. borkumensis es un cromosoma circular único que contiene 3,120,143 pares de bases. Está altamente adaptado a la degradación del aceite de petróleo . Por ejemplo, una determinada secuencia en el genoma codifica la degradación de un cierto rango de alcanos. El genoma de A. borkumensis tiene muchas secuencias que cada una codifica para un tipo diferente de alcano, lo que le permite ser altamente adaptable y versátil. Su genoma también contiene instrucciones para la formación de biotensioactivos que ayudan en el proceso de degradación. Para hacer frente a las amenazas externas, el genoma de A. borkumensis también codifica varios mecanismos defensivos. Hacer frente a altas concentraciones de iones de sodio (es decir, en el agua del océano) y protegerse contra la radiación ultravioleta experimentada en la superficie de la tierra son importantes para la bacteria A. borkumensis , y su genoma contiene formas de resolver ambos problemas. [6]
Ecología
A. borkumensis se encuentra naturalmente en ambientes de agua de mar. Es más común en áreas oceánicas que contienen petróleo (ya sea de derrames, campos naturales u otras fuentes), aunque se puede encontrar en pequeñas cantidades en agua no contaminada. Se ha encontrado en todo el mundo en varios lugares, tanto en entornos costeros como oceánicos. También puede florecer en áreas con fuertes mareas y otras corrientes / flujos relacionados con el mar. Se encuentra solo en o cerca de la superficie del agua. A. borkumensis puede vivir en salinidades que oscilan entre 1,0 y 12,5% y en temperaturas que oscilan entre 4 y 35 ° C. [5] La abundancia de A. borkumensis en entornos afectados por el petróleo se debe a que las bacterias utilizan los compuestos del aceite como fuente de energía, por lo que las poblaciones de A. borkumensis florecen naturalmente en derrames de petróleo u otros lugares similares. A. borkumensis supera a otras especies del género Alcanivorax , probablemente debido a su ADN y metabolismo altamente flexibles . A. borkumensis también supera a otros organismos degradadores de alcanos como Acinetobacter venetianus . Después de un cierto período de tiempo, un ambiente aceitoso y salino que contiene A. borkumensis y Acinetobacter venetianus eventualmente sería dominado por A. borkumensis porque A. borkumensis puede consumir una variedad más amplia de alcanos que otras especies conocidas. [7]
Metabolismo
A. borkumensis utiliza principalmente alcanos como fuente de energía / carbono, pero puede utilizar algunos otros compuestos orgánicos . A diferencia de la mayoría de las otras células, no puede consumir sustancias más comunes como azúcares o aminoácidos como fuente de energía. Esto se debe a la falta de genes que codifiquen los transportadores de carbohidratos activos o pasivos, de ahí la incapacidad de consumir azúcares monoméricos. [8]
En A. borkumensis , varias enzimas diferentes se encargan de oxidar moléculas de alcanos . El metabolismo aeróbico de los alcanos se lleva a cabo a través de la vía de oxidación de los alcanos terminales, donde las monooxigenasas inician la oxidación de los carbonos terminales. Esta ruta secuencial produce primero alcoholes, luego alcohol y aldehído deshidrogenasas, y finalmente aldehídos y ácidos grasos, respectivamente. [9]
Después de un derrame de petróleo, se pueden observar grandes desequilibrios en las relaciones carbono / nitrógeno y carbono / fósforo. Para ello, A. borkumensis tiene una gran cantidad de proteínas de transporte que permiten una rápida absorción de nutrientes clave que son limitantes en el medio ambiente. [8] Para aumentar la tasa de crecimiento de una población de bacterias A. borkumensis , se pueden agregar fósforo y compuestos nitrogenados al medio ambiente. Estas sustancias actúan como fertilizante para las bacterias y las ayudan a crecer a un ritmo mayor.
A. borkumensis y biosurfactantes
Cuando la bacteria A. borkumensis usa alcanos o piruvato como fuente de energía, cada célula forma un biosurfactante . Un biosurfactante es una capa adicional de material que se forma a lo largo de la membrana celular. Las sustancias que componen el biosurfactante de A. borkumensis pueden reducir la tensión superficial del agua, lo que ayuda con la degradación del aceite. También son emulsionantes , que además sirven para crear la emulsión de aceite / agua, haciendo que el aceite sea más soluble. A. borkumensis forma una biopelícula alrededor de una gota de aceite en el agua de mar y procede a utilizar biosurfactantes y metabolismo para degradar el aceite en una sustancia soluble en agua. [10]
Aplicaciones biotecnológicas
Papel en la biodegradación del aceite
El aceite de petróleo es tóxico para la mayoría de las formas de vida y la contaminación del medio ambiente por el aceite causa importantes problemas ecológicos. Una cantidad considerable de petróleo que ingresa al mar es eliminada por las actividades de biodegradación microbiana de las comunidades microbianas. Como hidrocarbonoclástico recientemente descubierto, A. borkumensis es capaz de degradar el petróleo en ambientes de agua de mar. El hidrocarbonoclástico tiene la raíz "clástica", lo que significa que puede dividir algo en partes (en este caso, hidrocarburos ). El petróleo crudo, o petróleo, está compuesto predominantemente por hidrocarburos, un producto que consiste en una larga cadena de átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno. Mientras que la mayoría de los organismos utilizan azúcares o aminoácidos como fuente de carbono / energía, A. borkumensis utiliza alcanos, un tipo de hidrocarburo, en su proceso metabólico. Esta dieta permite que A. borkumensis prospere en ambientes marinos que han sido afectados por derrames de petróleo . A través de su metabolismo, A. borkumensis puede descomponer el aceite en compuestos inofensivos. Esta capacidad convierte a esta especie en particular en una fuente potencial importante para la biorremediación de ambientes marinos contaminados por petróleo.
Potencial como agente anti-derrame de hidrocarburos
Los derrames de petróleo pueden ocurrir durante el transporte de petróleo o durante la extracción . Dichos derrames pueden arrojar cantidades significativas de petróleo al océano y contaminar el medio ambiente, afectando ecosistemas cercanos y lejanos.
Normalmente, se necesitan muchos años para que un ecosistema se recupere completamente (si es que lo hace) de un derrame de petróleo, por lo que los científicos han estado buscando formas de acelerar la limpieza de las áreas afectadas por un derrame de petróleo. La mayoría de los esfuerzos hasta ahora utilizan la participación / mano de obra humana directa para eliminar físicamente el aceite del medio ambiente. Sin embargo, A. borkumensis presenta una posible alternativa. Dado que A. borkumensis degrada naturalmente las moléculas de petróleo a un estado no contaminante, ayudaría a los ecosistemas a recuperarse rápidamente de un desastre de derrame de petróleo. Los organismos también crecen naturalmente en agua de mar contaminada con petróleo, por lo que son una especie nativa. Si el proceso que usa A. borkumensis para descomponer el petróleo pudiera acelerarse o hacerse más eficiente, esto ayudaría a recuperar los ecosistemas. Algunos ejemplos incluyen estimular el crecimiento de A. borkumensis (a través de la fertilización con fósforo y nitrógeno) para que más de ellos descompongan el aceite o fomenten el metabolismo de A. borkumensis para que se metabolicen más rápido y más. [11]
Potencial en la producción de biopolímeros
Al alterar un gen de tioesterasa de acil-coenzima A (CoA), Sabirova y sus colegas pudieron mutar el organismo para hiperproducir polihidroxialcanoatos (PHA). Luego pudieron recuperar las grandes cantidades de PHA que fueron liberadas por el mutante Alcanivorax de los medios de cultivo con relativa facilidad. [9] Antes, se tenían que usar solventes costosos y ambientalmente peligrosos para recuperar PHA de los gránulos intracelulares. Esto permite la producción de polímeros ecológicos en fábricas que utilizan Alcanivorax mutante. [8]
Referencias
- ^ a b c d Parte, AC "Alcanivorax" . LPSN .
- ^ Martins VAP; et al. (2008). "Conocimientos genómicos sobre la biodegradación del aceite en sistemas marinos" . Biodegradación microbiana: Genómica y Biología Molecular . Prensa Académica Caister. ISBN 978-1-904455-17-2.
- ^ Kasai Yuki (2002). "Crecimiento predominante de cepas de Alcanivorax en agua de mar contaminada con aceite y suplementada con nutrientes". Microbiología ambiental . 4 (3): 141-147. doi : 10.1046 / j.1462-2920.2002.00275.x . PMID 12000314 .
- ^ "Fernandez-Martinez, Javier, et al." Descripción de Alcanivorax venustensis sp. nov. y reclasificación de Fundibacter jadensis DSM 12178T (Bruns y Berthe-Corti 1999) como Alcanivorax jadensis comb. nov., miembros del género enmendado Alcanivorax . "Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva 53 (2003): 331–338" . Archivado desde el original el 21 de agosto de 2009 . Consultado el 27 de abril de 2011 .
- ^ a b Yakimov, Michail M .; et al. (1998). "Alcanivorax Borkumensis gen. Nov., Sp. Nov., Una nueva bacteria marina productora de tensioactivos y degradantes de hidrocarburos" (PDF) . Revista Internacional de Bacteriología Sistemática . 48 (2): 339–348. doi : 10.1099 / 00207713-48-2-339 . PMID 9731272 .
- ^ [1] , Schneiker, Susanne, et al. "Secuencia del genoma de la omnipresente bacteria marina Alcanivorax Borkumensis, que degrada los hidrocarburos". Nature Biotechnology 24.8 (2006): 997-1004.
- ^ Hara Akihiro (2003). "Alcanivorax, que prevalece en agua de mar contaminada con petróleo, muestra una amplia especificidad de sustrato para la degradación de alcanos". Microbiología ambiental . 5 (9): 746–753. doi : 10.1046 / j.1468-2920.2003.00468.x . PMID 12919410 .
- ^ a b c Yakimov, Michail M; Timmis, Kenneth N; Golyshin, Peter N (junio de 2007). "Bacterias marinas que degradan el aceite obligatorio". Opinión Actual en Biotecnología . 18 (3): 257–266. CiteSeerX 10.1.1.475.3300 . doi : 10.1016 / j.copbio.2007.04.006 . PMID 17493798 .
- ^ a b Sabirova, Julia S .; Ferrer, Manuel; Lünsdorf, Heinrich; Wray, Víctor; Kalscheuer, Rainer; Steinbüchel, Alexander; Timmis, Kenneth N .; Golyshin, Peter N. (15 de diciembre de 2006). "Mutación en un gen de tioesterasa específico de hidroxiacil-coenzima A" similar a tesB "causa hiperproducción de polihidroxialcanoatos extracelulares por Alcanivorax borkumensis SK2" . Revista de bacteriología . 188 (24): 8452–8459. doi : 10.1128 / jb.01321-06 . ISSN 0021-9193 . PMC 1698222 . PMID 16997960 .
- ^ Abbasi, Akram; Bothun, Geoffrey D .; Bose, Arijit (16 de abril de 2018). "Fijación de Alcanivorax borkumensis a gotas de emulsión de agua de mar de hexadecano en artificial". Langmuir . 34 (18): 5352–5357. doi : 10.1021 / acs.langmuir.8b00082 . ISSN 0743-7463 . PMID 29656641 .
- ^ Yakimov, Michail M .; Golyshin, Peter N .; Lang, Siegmund; Moore, Edward RB; Abraham, Wolf-Rainer; Lünsdorf, Heinrich; Timmis, Kenneth N. (1998). "Alcanivorax borkumensis gen. Nov., Sp. Nov., Una nueva bacteria marina productora de tensioactivos y degradantes de hidrocarburos" . Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva . 48 (2): 339–348. doi : 10.1099 / 00207713-48-2-339 . PMID 9731272 .
enlaces externos
- Tipo de cepa de Alcanivorax borkumensis en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana