Nitrospira (del latín: nitro, que significa "nitrato" y del griego: spira, que significa "espiral") traducido como "una espiral de nitrato" es un género de bacterias dentro del clado monofilético [1] delfilo Nitrospirae . El primer miembro de este género fue descrito en 1986 por Watson et al. aislado del golfo de Maine. La bacteria se denominó Nitrospira marina . [2] Inicialmente se pensó que las poblaciones se limitaban a los ecosistemas marinos, pero más tarde se descubrió que era adecuado para numerosos hábitats, incluidos los lodos activados de los sistemas de tratamiento de aguas residuales , [3] entornos marinos biológicos naturales (como el río Sena en Francia [4]y playas en Cape Cod [5] ), biofiltros de circulación de agua en tanques de acuarios, [4] sistemas terrestres, [5] ecosistemas de agua dulce y salada y aguas termales. [6] Nitrospira es una bacteria ubicua que juega un papel en el ciclo del nitrógeno [7] al realizar la oxidación del nitrito en el segundo paso de la nitrificación. [6] Nitrospira vive en una amplia gama de entornos que incluyen, entre otros, sistemas de agua potable, plantas de tratamiento de desechos, arrozales, suelos forestales, manantiales geotérmicos y tejido esponjoso. [8] A pesar de ser abundante en muchos ecosistemas naturales y artificiales, las Nitrospira son difíciles de cultivar, por lo que la mayor parte del conocimiento sobre ellas proviene de datos moleculares y genómicos. [9] Sin embargo, debido a su dificultad para ser cultivado en entornos de laboratorio, el genoma completo solo se secuenció en una especie, Nitrospira defluvii . [10] Además, las secuencias de ARNr 16s de la bacteria Nitrospira son demasiado diferentes para usarlas en cebadores de PCR , por lo que algunos miembros pasan desapercibidos. [9] Además, también se han descubierto y cultivado miembros de Nitrospira con la capacidad de realizar una nitrificación completa ( bacterias comammox ) [8] [11] . [12]
Nitrospira | |
---|---|
clasificación cientifica | |
Dominio: | Bacterias |
Filo: | Nitrospirae |
Clase: | Nitrospira |
Pedido: | Nitrospirales |
Familia: | Nitrospiraceae |
Género: | Nitrospira |
Especies | |
N. moscoviensis |
Morfología
Para la siguiente descripción, Nitrospira moscoviensis será representativa del género Nitrospira. Nitrospira es un gram-negativa nitrito -oxidizing organismo con una helicoidal a la morfología vibroid (0.9-2.2 × 0,2-0,4 micrómetros de tamaño). [13] Son organismos no planctónicos que residen como grupos, conocidos como agregados, en biopelículas . [1] La visualización mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) confirma protuberancias en forma de estrella en la membrana externa (de 6 a 8 nm de grosor). El espacio periplásmico es excepcionalmente ancho (34-41 nm de espesor), [5] lo que proporciona espacio para acomodar moléculas ricas en electrones. [14] Las estructuras privadas de electrones se encuentran en el citosol y se cree que son vesículas de almacenamiento de glucógeno ; Los gránulos de polihidroxibutirato y polifosfato también se identifican en el citoplasma. [13] El análisis de ADN determinó que 56,9 +/- 0,4% en moles del ADN eran pares de bases de guanina y citosina . [13]
Metabolismo general
Las nitrospira son capaces de oxidar el hidrógeno aeróbico [15] y oxidar los nitritos [6] para obtener electrones, pero se ha demostrado que altas concentraciones de nitrito inhiben su crecimiento. [1] La temperatura óptima para la oxidación y el crecimiento de nitritos en Nitrospira moscoviensis es de 39 ° C (puede oscilar entre 33 y 44 ° C) en un rango de pH de 7,6 a 8,0 [13] A pesar de que se clasifican comúnmente como quimiolitotrofos obligados , [5] algunos son capaces de mixotrofia . [6] Por ejemplo, en diferentes entornos, Nitrospira puede optar por asimilar carbono mediante la fijación de carbono [6] o consumiendo moléculas orgánicas ( glicerol , piruvato o formiato [16] ). Nuevos estudios también muestran que Nitrospira puede usar urea como fuente de nutrientes. La ureasa codificada dentro de su genoma puede descomponer la urea en CO
2y amoniaco . El CO
2puede ser asimilado por anabolismo, mientras que el amoníaco y el subproducto orgánico liberado por Nitrospira permiten que los oxidantes de amonio [6] y otros microbios coexistan en el mismo microambiente . [1]
Nitrificación
Todos los miembros de este género tienen genes de nitrito oxidorreductasa y, por lo tanto, se cree que todos son oxidantes de nitrito. [9] Desde que se descubrieron las bacterias nitrificantes , se aceptó que la nitrificación se producía en dos pasos, aunque sería energéticamente favorable para un organismo realizar ambos pasos. [17] Recientemente, los miembros de Nitrospira con la capacidad de realizar una nitrificación completa ( bacterias comammox ) también han sido descubiertos [8] [11] [18] y cultivados como en el caso de Nitrospira inopinata . [12] El descubrimiento de organismos commamox dentro de Nitrospira redefine la forma en que las bacterias contribuyen al ciclo del nitrógeno y, por lo tanto, se le dedicarán muchos estudios futuros. [8]
Con estos nuevos hallazgos, ahora existe la posibilidad de utilizar principalmente la nitrificación completa en lugar de la nitrificación parcial en sistemas de ingeniería como plantas de tratamiento de aguas residuales porque la nitrificación completa da como resultado menores emisiones de gases de efecto invernadero : óxido nitroso y óxido nítrico , a la atmósfera. [19]
Genoma
Después de secuenciar y analizar el ADN de los miembros de Nitrospira , los investigadores descubrieron que ambas especies tenían genes que codifican amoniaco monooxigenasa (Amo) e hidroxilamina deshidrogenasa (hao), enzimas que las bacterias oxidantes de amoniaco (AOB) utilizan para convertir el amoniaco en nitrito. [8] [11] [18] Las bacterias poseen todas las subunidades necesarias para ambas enzimas, así como las proteínas y transportadores asociados a la membrana celular necesarios para llevar a cabo el primer paso de la nitrificación. [8] Los orígenes del gen Amo son discutibles ya que un estudio encontró que es similar a otros AOB [3], mientras que otro estudio encontró que el gen Amo es genéticamente distinto de otros linajes. [11] Los hallazgos actuales indican que el gen hao es filogenéticamente distinto del gen hao presente en otros AOB, lo que significa que los adquirieron hace mucho tiempo, probablemente por transferencia horizontal de genes . [8]
Nitrospira también lleva los genes que codifican todas las subunidades de nitrito oxidorreductasa (nxr), la enzima que cataliza el segundo paso de la nitrificación. [8]
Ver también
- Ciclo del nitrógeno
Referencias
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enlaces externos
- MicrobeWiki - Nitrospira