Geothrix fermentans es una bacteria anaeróbica con forma de varilla. Tiene un diámetro de aproximadamente 0,1 µm y una longitud de entre 2 y 3 µm. [1] La disposición de las células se produce individualmente y en cadenas. Geothrix fermentans normalmente se puede encontrar en sedimentos acuáticos como en los acuíferos. Como quimioorganotrofo anaeróbico, este organismo es mejor conocido por su capacidad para utilizar aceptores de electrones Fe (III), así como otros metales de alto potencial. También utiliza una amplia gama de sustratos como donantes de electrones. La investigación sobre la reducción de metales por G. fermentans ha contribuido a comprender más sobre el ciclo geoquímico de los metales en el medio ambiente. [2]
Geothrix fermentans | |
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clasificación cientifica | |
Dominio: | |
Filo: | |
Clase: | Holofagas |
Pedido: | |
Familia: | Holophagaceae |
Género: | Geothrix |
Especies: | G. fermentans |
Nombre binomial | |
Geothrix fermentans John D. Coates y col. (1999) |
Historia de la taxonomía
Geothrix fermentans fue aislado de aguas contaminadas con metales de un acuífero en 1999 por John D. Coates de la Universidad del Sur de Illinois y otros de la Universidad de Massachusetts . La nueva cepa se denominó originalmente "Cepa H-5 T ". [3] Después de clasificar el metabolismo y confirmar la presencia y el número de citocromos de tipo c, Coates et al. propuso que el nuevo organismo pertenece al recientemente reconocidofilo Halophoga - Acidobacterium (1991). Coates et al. También propuso un nuevo nombre para el organismo: " Geothrix " - en griego, una célula similar a un cabello que proviene de la Tierra y " fermentans " - en latín, "fermentando". [3]
Filogenia
Los enfoques basados en la comparación de secuencias de genes de ARNr 16s han permitido análisis detallados de las afiliaciones de muchos grupos bacterianos. La afiliación filogenética de Geothrix fermentans y otras bacterias del suelo como Acidobacterium capsulatum y Holophoga foetida no se había establecido en el momento de su aislamiento inicial. [4] Los datos de la secuencia de ARNr de 16s de análisis más recientes mostraron una similitud moderada entre estos tres géneros, lo que respalda la probabilidad de que se hayan diferenciado de un ancestro común. [4]
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Biología
Geothrix fermentans es un anaerobio estricto en forma de varilla [3] que se puede encontrar en suelos acuáticos en la zona de reducción de Fe (III). [5] Como anaerobio estricto, G. fermentans no puede crecer en presencia de oxígeno atmosférico que puede estar presente en el nicho ecológico del que fue aislado. Geothrix fermentans no forma esporas y no es móvil. [1] [3] Este organismo es una de las pocas bacterias cultivables de agua dulce que exhiben respiración de metales usando óxido de Fe (III). [2] [3] La temperatura óptima para el crecimiento es 35 ° C con un rango de 25 ° C a 40 ° C. [1] [3] Esta bacteria utiliza preferentemente el acetato de ácido orgánico como donante de electrones, pero puede utilizar varios otros ácidos orgánicos para el crecimiento, como el propionato y el lactato. Además de los ácidos orgánicos, G. fermentans puede utilizar ácidos grasos como el palmitato utilizando Fe (III) como único aceptor de electrones. [3] G. fermentans también puede crecer utilizando otras formas de hierro y metales como el manganeso, pero muestra preferencia por el hierro o sus derivados. La utilización de aceptores de electrones alternativos por parte de este organismo depende del donante de electrones presente. [3] Por ejemplo, utilizará nitrato (NO 3 ) y Mn (IV) como aceptores de electrones alternativos cuando se utilice lactato como donante de electrones. [3]
G. fermentans , aunque comparte procesos de reducción similares a los otros DIRB, muestra características metabólicas que lo distinguen de otros reductores de hierro. En el proceso de respiración, este organismo es capaz de oxidar completamente los ácidos orgánicos antes mencionados a CO 2 usando Fe (III), mientras que otras especies reductoras de hierro de las familias Shewanella o Ferrimonas , por ejemplo, oxidan los mismos ácidos orgánicos. incompletamente al acetato. [3] También en contraste con la mayoría de los otros DIRB, G. fermentans no puede utilizar azufre elemental como aceptor de electrones, una característica que comparte con el DIRB del género Geobacter . [3]
Geothrix fermentans también puede emplear la fermentación , como su nombre lo indica, para oxidar sustratos para la producción de energía. Este organismo exhibió una capacidad para crecer fermentativamente en ácidos orgánicos como fumarato y citrato produciendo acetato y succinato como productos de fermentación. [3]
Respiración de metales
La respiración de metales es un término general en microbiología que describe la capacidad de ciertas bacterias para utilizar moléculas que contienen metales como hierro, manganeso u otros como aceptores de electrones en la cadena de transporte de electrones para producir trifosfato de adenosina (ATP). La bacteria G. fermentans realiza un cierto tipo de respiración de metales llamada reducción disimilatoria de óxido de Fe (III) (óxido de hierro). Este organismo, así como las especies de las familias Shewanella y Geobacteraceae , que incluyen géneros como Geovibrio y Desulfuromonas, se denominan comúnmente en microbiología "Bacterias Reductoras de Hierro Disimilatorias" o "DIRB". [3] Aunque estas familias y G. fermentans son filogenéticamente separadas y distintas, a menudo pueden agruparse en función de este mecanismo compartido de reducción de Fe (III).
Para integrar Fe (III) en su respiración, ciertos DIRB deben poder solubilizar el óxido de Fe (III), una molécula que es en gran parte insoluble en cualquier otra cosa que no sean ácidos minerales. [6] Hay dos mecanismos propuestos a través de los cuales esto puede ser logrado por las bacterias que necesitan óxido de Fe (III) insoluble. El primer mecanismo es la disolución por contacto directo con la célula bacteriana que se emplea en la mayoría de las formas de metabolismo bacteriano. El segundo mecanismo implica el uso de compuestos (compuestos transportadores de electrones) excretados de la célula bacteriana que, a su vez, transportan electrones desde la célula a la molécula de óxido de Fe (III) provocando su disolución. [5] El uso de compuestos de transporte de electrones no es inusual en el mundo microbiano, pero G. fermentans es el primer DIRB en el que los compuestos que solubilizan el óxido de Fe (III) eran endógenos y no derivados del medio ambiente. [5] Aunque este organismo es el primer ejemplo de tal metabolismo sin contacto del óxido de Fe (III) por las bacterias reductoras de hierro, es poco probable, a la espera de más investigaciones, que sea el único ejemplo cuando se toma la gran cantidad de bacterias desconocidas aún por descubrir.
La producción de electricidad
G. fermentans produce pequeñas cantidades de electricidad durante la respiración a través del flujo de electrones facilitado por compuestos endógenos de transporte de electrones. La electricidad se puede generar en "celdas de combustible microbianas" que aprovechan este flujo de electrones desde la celda bacteriana a un ánodo. [7] La ventaja que tiene G. fermentans al poder reducir el Fe (III) a distancia en un entorno natural no se traduce en una ventaja en las pilas de combustible microbianas. Una vez que los electrones se han transferido desde el compuesto transportador al ánodo, el compuesto está libre para difundirse de regreso a la celda, pero grandes distancias pueden hacer que el compuesto se pierda en el medio ambiente. [7] La posibilidad de pérdida de compuestos junto con la gran cantidad de energía necesaria para producir estos compuestos no se suma a un rendimiento eléctrico eficiente en comparación con aquellos DIRB que requieren contacto directo con el aceptor de electrones. [7] Las bacterias como Geobacter sulfurreducens que están en contacto directo con los electrodos mostraron salidas de potencia total más altas en varios estudios, pero G. fermentans tiene un mecanismo que tiene el potencial de cubrir el terreno perdido. [7] [8] Al secretar cantidades de la lanzadera de electrones no identificada alrededor de la célula, la acumulación del compuesto con el tiempo en el ambiente mejora la transferencia de electrones y ayuda a prevenir la pérdida de compuestos y electrones. [8]
Referencias
- ↑ a b c Kyrpides, Nikos (23 de septiembre de 2011). " Geothrix fermentans DSM 14018" . Instituto Conjunto del Genoma Doe . Consultado el 26 de octubre de 2012 .
- ^ a b Liu, Joanne K .; Mehta-Kolte, Misha; Bond, Daniel R. "Expresión y purificación de GxcA, un citocromo de tipo c involucrado en la respiración de metales por la bacteria Geothrix fermentans " (PDF) . Universidad de Minnesota. Archivado desde el original (PDF) el 21 de septiembre de 2013 . Consultado el 25 de octubre de 2012 .
- ^ a b c d e f g h yo j k l m Coates, John D .; Ellis, Debra; Gaw, Catherine; Lovely, Derek (octubre de 1999). " Geothrix fermentans gen. Nov., Sp. Nov., Una nueva bacteria reductora de Fe (III) de un acuífero contaminado con hidrocarburos" . Revista Internacional de Microbiología Sistemática y Evolutiva . 49 (4): 1615-1622. doi : 10.1099 / 00207713-49-4-1615 . PMID 10555343 .
- ^ a b Ludwig, W .; Bauer, SH; Bauer, M .; Held, I .; Kirchhof, G .; Schulze, R .; Huber, I .; Muelles.; Hartmann, A. y Schleifer, KH (agosto de 1997). "Detección e identificación in situ de representantes de un nuevo filo bacteriano ampliamente distribuido" . Cartas de Microbiología FEMS . 153 (1): 181-190. doi : 10.1111 / j.1574-6968.1997.tb10480.x . PMID 9252585 .
- ^ a b c Encantador, DR; Nevin, KP (mayo de 2002). "Mecanismos para acceder al óxido de Fe (III) insoluble durante la reducción disimilatoria de Fe (III) por Geothrix fermentans " . Microbiología aplicada y ambiental . 68 (5): 2294–2299. doi : 10.1128 / AEM.68.5.2294-2299.2002 . PMC 127553 . PMID 11976100 .
- ^ Comité de Expertos FAO / OMS en Aditivos Alimentarios (2008). "Monografías 5 del JECFA de la FAO: Compendio combinado de especificaciones de aditivos alimentarios" (PDF) . Óxidos de hierro . Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación . Consultado el 23 de noviembre de 2012 .
- ^ a b c d Encantador, DR; Nevin, KP (2008). "Producción de electricidad con Electricigens" (PDF) . Bioenergía . Prensa ASM. págs. 295-306 . Consultado el 11 de abril de 2018 .
- ^ a b Bond, DR; Lovely, DR (abril de 2005). "Evidencia de la participación de un transbordador de electrones en la producción de electricidad por Geothrix fermentans" . Microbiología aplicada y ambiental . 71 (4): 2186–2189. doi : 10.1128 / AEM.71.4.2186-2189.2005 . PMC 1082548 . PMID 15812057 .
enlaces externos
- Tipo de cepa de fermentadores Geothrix en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana