Paracoccus denitrificans , es una bacteria cocoide conocida por sus propiedades reductoras de nitratos, su capacidad de replicarse en condiciones de hipergravedad y por ser pariente de la mitocondria eucariota ( teoría endosimbiótica ).
Paracoccus denitrificans | |
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Género: | |
Especies: | P. denitrificans |
Nombre binomial | |
Paracoccus denitrificans Davis, 1969 |
Descripción
Paracoccus denitrificans , es una bacteria gramnegativa , coco, inmóvil, desnitrificante (reductora de nitratos). Por lo general, es una bacteria en forma de barra, pero asume formas esféricas durante la fase estacionaria. [1] Como todas las bacterias gramnegativas, tiene una doble membrana con una pared celular. Anteriormente conocido como Micrococcus denitrificans , fue aislado por primera vez en 1910 por Martinus Beijerinck , un microbiólogo holandés . [2] La bacteria fue reclasificada en 1969 a Paracoccus denitrificans por DH Davis . [3] El genoma de P. denitrificans se secuenció en 2004. [4]
Ecología y aplicaciones ecológicas
Metabólicamente, Paracoccus denitrificans es muy flexible y se ha registrado en el suelo tanto en entornos aeróbicos como anaeróbicos . El microbio también tiene la capacidad de vivir en muchos tipos diferentes de medios y entornos y se sabe que es un extremófilo . Las bacterias pueden obtener energía tanto de compuestos orgánicos, como metanol y metilamina , como de compuestos inorgánicos, como hidrógeno y azufre . La capacidad de metabolizar compuestos de hidrógeno y azufre, como el tiosulfato, ha llevado a que el microbio sea explotado como organismo modelo para el estudio de transformaciones de compuestos de azufre mal caracterizadas. [1]
Las propiedades de desnitrificación de Paracoccus denitrificans son una causa importante de la pérdida de fertilizantes nitrogenados en suelos agrícolas. Esto posiblemente se deba al proceso químico llamado "desnitrificación" en el que el nitrógeno se convierte en dinitrógeno para producir óxido nítrico y óxido nitroso que dañan la atmósfera. [1] Aunque los mecanismos enzimáticos de este proceso de desnitrificación están bien caracterizados, los controles moleculares exactos aún no se han descrito completamente. [5] Como tal, Paracoccus denitrificans ha surgido como un organismo modelo importante para la caracterización del proceso de desnitrificación completo con el fin de reducir potencialmente la liberación excesiva de óxido nitroso de suelos fertilizados con nitrógeno. [6] [7]
Metabólicamente, Paracoccus denitrificans es un quimiolitoautótrofo conocido : se han aislado varias cepas del microbio que crecen quimiolitoautotróficamente utilizando disulfuro de carbono o sulfuro de carbonilo como fuentes de energía. No es un patógeno humano conocido . [1]
Paracoccus es un género bioquímicamente versátil, que posee una variedad de metabolismos a través de los cuales se puede degradar una amplia gama de diversos compuestos. En consecuencia, tiene el potencial para una amplia variedad de capacidades y aplicaciones en biorremediación . [1]
La propiedad desnitrificante de Paracoccus denitrificans se ha utilizado para crear un biorreactor, en este caso, un gel tubular que contiene dos bacterias, para la eliminación de nitrógeno de las aguas residuales. Paracoccus denitrificans reduce el nitrito a nitrógeno gaseoso, mientras que Nitrosomonas europaea oxida el amoníaco a nitrito, alimentando así el metabolismo anterior. Este sistema simplifica el proceso de eliminación de nitrógeno de las aguas residuales. [8]
Ciertas cepas del microbio pueden utilizar tiocianato como fuente de energía, una capacidad que podría ayudar a limpiar las aguas residuales contaminadas con tiocianato de las fábricas de hornos de coque. Se han descubierto otras cepas que pueden degradar los halobenzoatos en condiciones de desnitrificación anaeróbicas y que pueden degradar los sulfonatos en condiciones de crecimiento anaeróbico. [1]
Se han aislado cepas de Paracoccus denitrificans a partir de lodos activados que degradan una variedad de aminas metiladas tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas; otra cepa es quimiolitoautotrófica capaz de degradar compuestos de carbono cuaternario tales como dimetilmalonato en condiciones desnitrificantes. [1]
Algunas cepas son capaces de " desnitrificación aeróbica ", la disimilación completa de nitrato a dinitrógeno (u óxido nitroso) en condiciones de crecimiento aeróbico. El microbio también puede oxidar el amoníaco a nitrito mientras crece en fuentes de energía orgánica, un proceso conocido como ' nitrificación heterotrófica '. Junto con la desnitrificación, la nitrificación heterotrófica permite la transformación completa del amoníaco en dinitrógeno por un solo organismo. [1]
Semejanza con las mitocondrias
Las primeras investigaciones indicaron que Paracoccus denitrificans se parecía especialmente a las mitocondrias . La bacteria encierra en sí misma la bioquímica de la cadena respiratoria mitocondrial y la fosforilación oxidativa. Si bien estas características se encuentran distribuidas aleatoriamente en otras especies de bacterias aeróbicas, hasta la fecha todas estas solo se encuentran en Paracoccus denitrificans . [ cita requerida ] Además , se ha sugerido un mecanismo factible para la evolución de una mitocondria eucariota, desde la membrana plasmática de una bacteria aeróbica ancestral parecida a P. denitrificans hasta la membrana mitocondrial interna. [9] Sin embargo, un análisis filogenético más reciente pone a otras bacterias más estrechamente relacionadas con las mitocondrias: [10] ver Proto-mitocondria .
Crecimiento bajo hipergravedad
Una investigación reciente llevada a cabo sobre extremófilos en Japón involucró a una variedad de bacterias, incluida Paracoccus denitrificans, que están sujetas a condiciones de gravedad extrema. Las bacterias se cultivaron mientras se giraban en una ultracentrífuga a altas velocidades correspondientes a 403.627 veces g (la aceleración normal resultante de la gravedad en la superficie de la Tierra). Paracoccus denitrificans mostró no solo supervivencia, sino también un crecimiento celular robusto en estas condiciones de hiperaceleración que generalmente se encuentran solo en entornos cósmicos, como en estrellas muy masivas o en las ondas de choque de las supernovas . El análisis mostró que el pequeño tamaño de las células procariotas es esencial para un crecimiento exitoso en condiciones de hipergravedad . La investigación tiene implicaciones sobre la viabilidad de la existencia de exobacterias y panspermia . [11] [12]
Referencias
- ^ a b c d e f g h "HAMAP: proteoma completo de Paracoccus denitrificans (cepa Pd 1222)" . HAMAP (Anotación manual y automatizada de alta calidad de proteomas microbianos), servidor de proteómica ExPASy (Expert Protein Analysis System) del Instituto Suizo de Bioinformática (SIB) . Instituto Suizo de Bioinformática . Consultado el 28 de abril de 2011 .
- ^ Beijerinck, MW; Minkman, DCJ (1910). "Bildung und Verbrauch von Stickoxydul durch Bakterien". Zentralblatt für Bakteriologie, Parasitenkunde und Infektionskrankheiten und Hygiene, Abteilung II . 25 : 30–63.
- ^ Davis, DH; et al. (1969). "Propuesta para rechazar el género Hydrogenomonas: implicaciones taxonómicas" . Int J Syst Bacteriol . 19 (4): 375–390. doi : 10.1099 / 00207713-19-4-375 .
- ^ Informe web original archivado de la secuenciación del genoma de Paracoccus denitrificans por el proyecto de secuenciación del genoma humano del Laboratorio Nacional Oak Ridge de 08 de junio de 2004 y 11 de septiembre de 2006 . Entrada para P. denitrificans en la Enciclopedia de genes y genomas de Kyoto.
- ^ Carlson, Curtis A (1983). "Comparación de desnitrificación por Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas aeruginosa y Paracoccus denitrificans" . Microbiología aplicada y ambiental . 45 (4): 1247-1253. doi : 10.1128 / AEM.45.4.1247-1253.1983 . PMC 242446 . PMID 6407395 : a través de la Sociedad Estadounidense de Microbiología.
- ^ Gaimster, Hannah; Alston, Mark; Richardson, David J; Gates, Andrew J; Rowley, Gary (20 de diciembre de 2017). "Control transcripcional y ambiental de la desnitrificación bacteriana y las emisiones de N2O" . Cartas de Microbiología FEMS . 365 (5). doi : 10.1093 / femsle / fnx277 . ISSN 1574-6968 . PMID 29272423 .
- ^ Gates, Andrew J .; Luque-Almagro, Víctor M .; Goddard, Alan D .; Ferguson, Stuart J .; Roldán, M. Dolores; Richardson, David J. (1 de mayo de 2011). "Un sistema bioquímico compuesto para la asimilación bacteriana de nitratos y nitritos como lo ejemplifica Paracoccus denitrificans" . Revista bioquímica . 435 (3): 743–753. doi : 10.1042 / BJ20101920 . ISSN 0264-6021 . PMID 21348864 .
- ^ Uemoto, H .; Saiki, H. (1996). "Eliminación de nitrógeno por gel tubular que contiene Nitrosomonas europaea y Paracoccus denitrificans" . Microbiología aplicada y ambiental . 62 (11): 4224–4228. doi : 10.1128 / AEM.62.11.4224-4228.1996 . PMC 168245 . PMID 8900015 .
- ^ John, P .; Whatley, FR (1975). "Paracoccus denitrificans y el origen evolutivo de la mitocondria". Naturaleza . 254 (5500): 495–498. Código Bibliográfico : 1975Natur.254..495J . doi : 10.1038 / 254495a0 . PMID 235742 . S2CID 4166325 .
- ^ Gabaldón, T .; et al. (2003). "El metabolismo proto-mitocondrial". Ciencia . 301 (5633): 690. doi : 10.1126 / science.1085463 . PMID 12893934 . S2CID 28868747 .
- ^ Than, Ker (25 de abril de 2011). "Las bacterias crecen por debajo de 400.000 veces la gravedad de la tierra" . National Geographic - Noticias diarias . Sociedad Geográfica Nacional . Consultado el 28 de abril de 2011 .
- ^ Deguchi, Shigeru; Hirokazu Shimoshige; Mikiko Tsudome; Sada-atsu Mukai; Robert W. Corkery; Susumu Ito; Koki Horikoshi (2011). "Crecimiento microbiano en hiperacceleraciones hasta 403.627 xg" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 108 (19): 7997–8002. Código bibliográfico : 2011PNAS..108.7997D . doi : 10.1073 / pnas.1018027108 . PMC 3093466 . PMID 21518884 . Consultado el 28 de abril de 2011 .
Otras lecturas
- van Verseveld, HW y Stouthamer, AH (1999). El género Paracoccus . Los procariotas. 3ra edición, versión 3.0. Springer-Verlag, Nueva York.
- Kelly, DP; et al. (2006). "Redefiniendo Paracoccus denitrificans y Paracoccus pantotrophus y el caso de una reevaluación de las cepas en poder de colecciones de cultivos internacionales" . Int J Syst Evol Microbiol . 56 (Pt 10): 2495-2500. doi : 10.1099 / ijs.0.64401-0 . PMID 17012585 .
enlaces externos
Wikiespecies: Paracoccus denitrificans
- Tipo de cepa de Paracoccus denitrificans en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana