Halobacterium

Género de arqueas

Este artículo trata sobre el género. "Halobacterium" es también la forma singular de la clase " Halobacteria ".

Halobacterium
Halobacterium sp. cepa NRC-1, cada celda de aproximadamente 5 μm de longitud
clasificación cientifica
Dominio:	Arqueas
Filo:	Euryarchaeota
Clase:	Halobacterias
Pedido:	Halobacteriales
Familia:	Halobacteriaceae
Género:	Halobacterium Elazari-Volcani 1957
Especies
H. jilantaiense H. noricense H. salinarum H. piscisalsi
Sinónimos
Flavobacterium (subgen. Halobacterium) Elazari-Volcani 1940 Halobacter Anderson 1954 Halobacter no "Halobacterium" Schoop 1935 (nomen nudum)

Halobacterium es un género de la familia Halobacteriaceae . ^[1]

El género Halobacterium ("sal" o "bacteria del océano") consta de varias especies de Archaea con un metabolismo aeróbico que requiere un ambiente con una alta concentración de sal ; muchas de sus proteínas no funcionarán en ambientes con bajo contenido de sal. Crecen en aminoácidos en sus condiciones aeróbicas. Sus paredes celulares también son bastante diferentes a las de las bacterias , ya que las membranas de lipoproteínas comunes fallan en concentraciones elevadas de sal. En forma, pueden ser varillas o cocos , y en color, rojo o morado. Se reproducen usando fisión binaria (por constricción) y son móviles . Halobacterium crece mejor en un ambiente de 42 ° C. El genoma de una especie de Halobacterium no especificada , secuenciada por Shiladitya DasSarma , comprende 2.571.010 pb (pares de bases) de ADN compilados en tres cadenas circulares: un cromosoma grande con 2.014.239 pb y dos más pequeños con 191.346 y 365.425 pb. Esta especie, llamada Halobacterium sp. NRC-1, se ha utilizado ampliamente para el análisis posgenómico. Las especies de Halobacterium se pueden encontrar en el Gran Lago Salado , el Mar Muerto , el Lago Magadi y cualquier otra agua con alta concentración de sal. PúrpuraLas especies de Halobacterium deben su color a la bacteriorrodopsina , una proteína sensible a la luz que proporciona energía química a la célula mediante el uso de la luz solar para bombear protones fuera de la célula. El gradiente de protones resultante a través de la membrana celular se utiliza para impulsar la síntesis del portador de energía ATP . Por lo tanto, cuando estos protones regresan, se utilizan en la síntesis de ATP (este flujo de protones se puede emular con una disminución del pH fuera de la célula, lo que provoca un flujo de iones H ⁺ ). La proteína bacteriorrodopsina es químicamente muy similar a la rodopsina, un pigmento que detecta la luz, que se encuentra en la retina de los vertebrados.

Especies de Halobacterium

Halobacterium salinarum NRC-1
Barra de tamaño = 270 nm

• Halobacterium cutirubrum > Halobacterium salinarum
• Halobacterium denitrificans > Haloferax denitrificans
• Halobacterium distributum > Halorubrum distributum
• Halobacterium halobium > Halobacterium salinarum
• Halobacterium jilantaiense
• Halobacterium lacusprofundi > Halorubrum lacusprofundi
• Halobacterium mediterranei > Haloferax mediterranei
• Halobacterium noricense
• Halobacterium pharaonis > Natronomonas pharaonis
• Halobacterium piscisalsi
• Halobacterium saccharovorum > Halorubrum saccharovoru
• Halobacterium salinarum
• Halobacterium sodomense > Halorubrum sodomense
• Halobacterium trapanicum > Halorubrum trapanicum
• Halobacterium vallismortis > Haloarcula vallismortis
• Halobacterium volcanii > Halobacterium volcanii

Estructura del genoma

El HalobacteriumEl genoma de NRC-1 es de 2.571.010 pb compilado en tres replicones circulares. Más específicamente, se divide en un cromosoma grande con 2.014.239 pb y dos replicones pequeños pNRC100 (191.346 pb) y pNRC200 (365.425 pb). Aunque son mucho más pequeños que el cromosoma grande, los dos plásmidos representan la mayoría de las 91 secuencias de inserción e incluyen genes para una ADN polimerasa, siete factores de transcripción, genes en la captación de potasio y fosfato y división celular. Se descubrió que el genoma contiene un alto contenido de G + C al 67,9% en el cromosoma grande y al 57,9% y 59,2% en los dos plásmidos. El genoma también contenía 91 elementos de la secuencia de inserción que constituían 12 familias, incluidas 29 en pNRC100, 40 en pNRC200 y 22 en el cromosoma grande. Esto ayuda a explicar la plasticidad genética que se ha observado en Halobacterium.. De las arqueas, se considera que las halobacterias están involucradas en la genética más lateral (transferencia de genes entre dominios) y una prueba de que esta transferencia tiene lugar.

Estructura y metabolismo celular

Las especies de Halobacterium tienen forma de varilla y están envueltas por una única membrana de bicapa lipídica rodeada por una capa S hecha de la glicoproteína de la superficie celular. Crecen en aminoácidos en condiciones aeróbicas. Aunque Halobacterium NRC-1 contiene genes para la degradación de la glucosa, así como genes para enzimas de una vía de oxidación de ácidos grasos, no parece ser capaz de utilizarlos como fuentes de energía. Aunque el citoplasma conserva un equilibrio osmótico con el entorno hipersalino, la célula mantiene una alta concentración de potasio utilizando muchos transportadores activos.

Muchas especies de Halobacterium poseen orgánulos proteicos llamados vesículas de gas.

Ecología

Las halobacterias se pueden encontrar en lagos altamente salinos como el Gran Lago Salado, el Mar Muerto y el Lago Magadi. Halobacterium se puede identificar en cuerpos de agua por el pigmento de detección de luz bacteriorrodopsina, que no solo proporciona energía química a la arqueona, sino que también aumenta su tono rojizo. Se ha observado una temperatura óptima para el crecimiento a 37 ° C.

Halobacterium puede ser un candidato para una forma de vida presente en Marte. Uno de los problemas asociados con la supervivencia en Marte es la destructiva luz ultravioleta. Estos microorganismos desarrollan una fina costra de sal que puede moderar parte de la luz ultravioleta. El cloruro de sodio es la sal más común y las sales de cloruro son opacas a ultravioleta de onda corta. Su pigmento fotosintético, la bacteriorrodopsina, es en realidad opaco al ultravioleta de longitud de onda más larga (su color rojo). Además, Halobacterium produce pigmentos llamados bacterioruberines que se cree que protegen a las células del daño causado por la luz ultravioleta. El obstáculo que deben superar es poder crecer a baja temperatura durante un tiempo presuntamente corto en el que un charco de agua podría ser líquido.

Aplicaciones

Industria de alimentos

El betacaroteno , un pigmento de las bacterias halófilas que contribuye a su coloración roja, se utiliza en la industria alimentaria como colorante alimentario natural. ^{[2] Los} halófilos producen enzimas degradantes como lipasas , amilasas , proteasas y xilanasas que se utilizan en varios métodos de procesamiento de alimentos. Las aplicaciones notables de estas enzimas incluyen mejorar el proceso de fermentación de alimentos salados, mejorar la calidad de la masa para hornear panes y contribuir a la producción de café. ^{[2] [3]}

Biorremediación

Muchas especies de bacterias halófilas producen exopolisacáridos (EPS) que se utilizan industrialmente como agentes de biorremediación . Los biosurfactantes también son liberados por muchas bacterias halófilas y estos compuestos anfifílicos se han utilizado para la remediación del suelo. Muchos halófilos son altamente tolerantes a los metales pesados, lo que los hace potencialmente útiles en la biorremediación de compuestos xenobióticos y metales pesados ​​que se liberan al medio ambiente por la minería y el enchapado de metales. Los halófilos contribuyen a la biorremediación de contaminantes al convertir los xenobióticos en compuestos menos tóxicos. ^[3] Algo de Halobacteriumse ha demostrado que las especies son eficaces en la biorremediación de contaminantes, incluidos los hidrocarburos alifáticos, como los que se encuentran en el petróleo crudo; e hidrocarburos aromáticos como el ácido 4-hidroxibenzoico , un contaminante en algunas escorrentías industriales de alta salinidad. ^{[ cita requerida ]}

Productos farmacéuticos

Algunas cepas de Halobacterium , incluida Halobacterium salinarum , se están explorando para aplicaciones médicas de sus mecanismos de resistencia a la radiación. La bacterioruberina es un pigmento carotenoide que se encuentra en Halobacterium y que disminuye la sensibilidad de las bacterias a la radiación γ y la radiación UV. ^[4] Se ha demostrado en estudios de knockout que la ausencia de bacterioruberina aumenta la sensibilidad de la bacteria a los agentes oxidantes que dañan el ADN. El peróxido de hidrógeno, por ejemplo, reacciona con la bacteroruberina, lo que evita la producción de especies reactivas de oxígeno y, por lo tanto, protege a la bacteria al reducir la capacidad oxidativa del agente que daña el ADN. ^[5] H. salinarumtambién exhibe altas concentraciones intracelulares de cloruro de potasio que también se ha demostrado que confiere resistencia a la radiación. También se están explorando las halobacterias para las aplicaciones farmacéuticas de los compuestos bioactivos que producen, incluidos los agentes anticancerígenos, los biosurfactanos antimicrobianos y los metabolitos antimicrobianos. ^[4]

Importancia y aplicaciones

Las halobacterias son microorganismos halófilos que actualmente se encuentran en estudio por sus usos en investigación científica y biotecnología. Por ejemplo, la secuenciación genómica de la especie Halobacterium NRC-1 reveló su uso de ARN polimerasa II de tipo eucariota y maquinaria de traducción relacionada con Escherichia coli y otras bacterias Gram negativas. Además, poseen genes para la replicación, reparación y recombinación del ADN que son similares a los presentes en bacteriófagos, levaduras y bacterias. La capacidad de esta especie de Halobacterium para ser fácilmente cultivada y modificada genéticamente permite que se utilice como organismo modelo en estudios biológicos. ^[6] Además, HalobacteriumEl NRC-1 también se ha empleado como vector potencial para administrar vacunas. En particular, producen vesículas de gas que pueden modificarse genéticamente para mostrar epítopos específicos. Además, las vesículas de gas demuestran la capacidad de funcionar como adyuvantes naturales para ayudar a evocar respuestas inmunes más fuertes. Debido al requerimiento de las Halobacterias para un ambiente con alto contenido de sal, la preparación de estas vesículas de gas es económica y eficiente, y solo necesita agua del grifo para su aislamiento. ^[7]

Las halobacterias también contienen una proteína llamada Bacteriorrodopsinas que son bombas de protones impulsadas por la luz que se encuentran en la membrana celular. Aunque la mayoría de las proteínas de los halófilos necesitan altas concentraciones de sal para una estructura y funcionamiento adecuados, esta proteína ha mostrado potencial para ser utilizada con fines biotecnológicos debido a su estabilidad incluso fuera de estos ambientes extremos. Las bacteriorrodopsinas aisladas de Halobacterium salinarum se han estudiado especialmente por sus aplicaciones en electrónica y óptica. En particular, las bacteriorrodopsinas se han utilizado en almacenamiento holográfico, conmutación óptica, detección de movimiento y nanotecnología.. Aunque se han presentado numerosos usos de esta proteína, todavía no se han establecido aplicaciones comerciales a gran escala en este momento. ^[8]

Recombinación y apareamiento

Irradiación UV de Halobacterium sp. la cepa NRC-1 induce varios productos génicos empleados en la recombinación homóloga . ^[9] Por ejemplo, un homólogo del gen rad51 / recA , que juega un papel clave en la recombinación, es inducido 7 veces por UV. La recombinación homóloga puede rescatar horquillas de replicación estancadas y / o facilitar la reparación recombinacional del daño del ADN. ^[9] En su hábitat natural, la recombinación homóloga probablemente sea inducida por la irradiación ultravioleta de la luz solar.

Halobacterium volcanii tiene un sistema de apareamiento distintivo en el que los puentes citoplasmáticos entre células parecen utilizarse para la transferencia de ADN de una célula a otra. ^[10] En las poblaciones silvestres de Halorubrum , el intercambio genético y la recombinación ocurren con frecuencia. ^[11] Este intercambio puede ser una forma primitiva de interacción sexual, similar a la transformación bacteriana más bien estudiada que también es un proceso para transferir ADN entre células que conduce a la reparación recombinacional homóloga del daño del ADN. ^{[ cita requerida ]}

Otras lecturas

Revistas científicas

• DasSarma, S. , BR Berquist, JA Coker, P. DasSarma, JA Müller. 2006. Post-genómica del modelo haloarchaeon Halobacterium sp. NRC-1. Sistemas salinos 2: 3.
• Judicial, Comisión del Comité Internacional de Sistemática de Procariotas (2005). "Los tipos nomenclaturales de los órdenes Acholeplasmatales, Halanaerobiales, Halobacteriales, Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, Planctomycetales, Prochlorales, Sulfolobales, Thermococcales, Thermoproteales y Verrucomicrobiales, son los géneros Acholeplasma, Methanobacterium, Methanobacterium, Methanobacterium, Methanobac , Thermococcus, Thermoproteus y Verrucomicrobium, respectivamente. Opinión 79 " . En t. J. Syst. Evol. Microbiol . 55 (Parte 1): 517–518. doi : 10.1099 / ijs.0.63548-0 . PMID  15653928 .
• Oren A, Ventosa A (2000). "Subcomité del Comité Internacional de Bacteriología Sistemática sobre la taxonomía de Halobacteriaceae. Actas de las reuniones, 16 de agosto de 1999, Sydney, Australia" . En t. J. Syst. Evol. Microbiol . 50 (3): 1405–1407. doi : 10.1099 / 00207713-50-3-1405 . PMID  10843089 .

Libros científicos

• DasSarma, S . 2004. Secuencia del genoma de un arqueón extremadamente halófilo, en Microbial Genomes, págs. 383–399, CM Fraser, T. Read y KE Nelson (eds.), Humana Press, Inc., Totowa, Nueva Jersey.
• Lynn Margulis, Karlene V.Schwartz, Cinco reinos. Una guía ilustrada de los filos de la vida en la Tierra (WHFreeman, San Francisco, 1982) págs. 36–37
• Gibbons, NE (1974). "Familia V. Halobacteriaceae fam. Nov.". En RE Buchanan; NE Gibbons (eds.). Manual de Bergey de bacteriología determinante (8ª ed.). Baltimore: Williams & Wilkins Co.
• Elazari-Volcani, B (1957). "Género XII. Halobacterium Elazari-Volcani, 1940". En RS Breed; EGD Murray; NR Smith (eds.). Manual de Bergey de bacteriología determinante (7ª ed.). Baltimore: The Williams & Wilkins Co. págs.  207 –212.
• Elazari-Volcani, B (1940). "Estudios sobre la microflora del Mar Muerto". Tesis de doctorado, Universidad Hebrea, Jerusalén: 1–116 y i – xiii.

Referencias

1. Consulte la página web del NCBI sobre Halobacterium . Datos extraídos de los "recursos taxonómicos del NCBI" . Centro Nacional de Información Biotecnológica . Consultado el 19 de marzo de 2007 .
2. Paterson, Russell; Lima, Nelson (2017). "Bioprospección". Temas en Biodiversidad y Convervación . Temas en Biodiversidad y Conservación. 16 : 84–91. doi : 10.1007 / 978-3-319-47935-4 . ISBN 978-3-319-47933-0.
3. Gontia-Mishra, Iti; Sapre, Swapnil; Tiwari, Sharad (agosto de 2017). "Diversidad de bacterias halófilas y actinobacterias de la India y sus aplicaciones biotecnológicas" . Revista India de Ciencias Geo-Marinas . 46 (8): 1575-1587 . Consultado el 8 de octubre de 2017 .
4. Jung, Kwang-Woo; Lim, Sangyong; Bahn, Yong-Sun (30 de junio de 2017). "Mecanismos microbianos de resistencia a la radiación". Revista de Microbiología . 55 (7): 499–507. doi : 10.1007 / s12275-017-7242-5 . PMID 28664512 . S2CID 8910376 .  
5. SHAHMOHAMMADI, HAMID REZA; ASGARANI, EZAT; TERATO, HIROAKI; SAITO, TAKESHI; OHYAMA, YOSHIHIKO; GEKKO, KUNIHIKO; YAMAMOTO, OSAMU; IDE, HIROSHI (1998). "Funciones protectoras de Bacterioruberin y KCl intracelular en la resistencia de Halobacterium salinarium contra agentes que dañan el ADN" . Revista de investigación sobre radiación . 39 (4): 251-262. Código Bibliográfico : 1998JRadR..39..251S . doi : 10.1269 / jrr.39.251 . PMID 10196780 . 
6. Ng, WV; Kennedy, SP; Mahairas, GG; Berquist, B .; Pan, M .; Shukla, HD; Lasky, SR; Baliga, NS; Thorsson, V .; Sbrogna, J .; Swartzell, S .; Extraño.; Hall, J .; Dahl, TA; Welti, R .; Goo, YA; Leithauser, B .; Keller, K .; Cruz, R .; Danson, MJ; Hough, DW; Maddocks, DG; Jablonski, PE; Krebs, diputado; Angevine, CM; Dale, H .; Isenbarger, TA; Peck, RF; Pohlschroder, M .; Spudich, JL; Jung, K.-H .; Alam, M .; Freitas, T .; Hou, S .; Daniels, CJ; Dennis, PP; Omer, AD; Ebhardt, H .; Lowe, TM; Liang, P .; Riley, M .; Hood, L .; DasSarma, S. (3 de octubre de 2000). "Secuencia del genoma de la especie Halobacterium NRC-1" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 97 (22): 12176–12181. Bibcode :2000PNAS ... 9712176N . doi : 10.1073 / pnas.190337797 . PMC  17314 . PMID  11016950 .
7. Stuart, Elizabeth S .; Morshed, Fazeela; Sremac, Marinko; DasSarma, Shiladitya (15 de junio de 2001). "Presentación de antígeno utilizando orgánulos de partículas novedosos de arqueas halófilas". Revista de Biotecnología . 88 (2): 119-128. doi : 10.1016 / S0168-1656 (01) 00267-X . PMID 11403846 . 
8. Oren, Aharon (julio de 2010). "Aplicaciones industriales y ambientales de microorganismos halófilos" . Tecnología ambiental . 31 (8–9): 825–834. doi : 10.1080 / 09593330903370026 . PMID 20662374 . 
9. McCready S, Müller JA, Boubriak I, Berquist BR, Ng WL, DasSarma S (2005). "La irradiación UV induce genes de recombinación homóloga en el modelo archaeon, Halobacterium sp. NRC-1" . Sist . Salina 1 : 3. doi : 10.1186 / 1746-1448-1-3 . PMC 1224876 . PMID 16176594 .  
10. Rosenshine I, Tchelet R, Mevarech M (1989). "El mecanismo de transferencia de ADN en el sistema de apareamiento de una arqueobacteria". Ciencia . 245 (4924): 1387–9. Código Bibliográfico : 1989Sci ... 245.1387R . doi : 10.1126 / science.2818746 . PMID 2818746 . 
11. Papke RT, Koenig JE, Rodríguez-Valera F, Doolittle WF (2004). "Recombinación frecuente en una población saltera de Halorubrum". Ciencia . 306 (5703): 1928–9. Código Bibliográfico : 2004Sci ... 306.1928P . doi : 10.1126 / science.1103289 . PMID 15591201 . S2CID 21595153 .  

enlaces externos

• El genoma de Halobacterium