Sulpholobus

Género de arqueas

Sulpholobus
Micrografía electrónica de Sulfolobus infectado con el virus Sulfolobus STSV1 . Bar = 1 μm.
clasificación cientifica
Dominio:	Arqueas
Reino:	Crenarchaeota
Filo:	Crenarchaeota
Clase:	Thermoprotei
Pedido:	Sulfolobales
Familia:	Sulfolobaceae
Género:	Sulpholobus Brock, Brock, Belly y Weiss 1972
Especie tipo
Sulfolobus acidocaldarius Brock y col. 1972
Especies
S. acidocaldarius " S. beitou " " S. mongibelli " " S. islandicus " " S. neozealandicus " " S. tengchongensis " " S. thuringiensis " " S. tokodaii " S. yangmingensis S. sp. A20 [1]

Sulfolobus es un género de microorganismos de la familia Sulfolobaceae . Pertenece aldominio delas arqueas . ^[2]

Las especies de Sulfolobus crecen en manantiales volcánicos con un crecimiento óptimo que ocurre a pH 2-3 y temperaturas de 75-80 ° C, lo que los convierte en acidófilos y termófilos respectivamente. Las células de Sulpholobus son de forma irregular y flagelares .

Las especies de Sulfolobus generalmente reciben el nombre de la ubicación desde la que se aislaron por primera vez, por ejemplo, Sulfolobus solfataricus se aisló por primera vez en el volcán Solfatara . Otras especies se pueden encontrar en todo el mundo en áreas de actividad volcánica o geotérmica, como las formaciones geológicas llamadas ollas de barro , que también se conocen como solfatare (plural de solfatara).

Sulfolobus como modelo para estudiar los mecanismos moleculares de la replicación del ADN

Cuando el primer genoma de Archaeal, Methanococcus jannaschii , se secuenció completamente en 1996, se descubrió que los genes del genoma de Methanococcus jannaschii involucrados en la replicación, transcripción y traducción del ADN estaban más relacionados con sus homólogos en eucariotas que con los de otros procariotas. En 2001 , se publicó la primera secuencia del genoma de Sulfolobus , Sulfolobus solfataricus P2. En el genoma de P2, también se encontró que los genes relacionados con la replicación cromosómica estaban más relacionados con los de los eucariotas. Estos genes incluyen ADN polimerasa, primasa (incluidas dos subunidades), MCM, CDC6 / ORC1, RPA, RPC y PCNA . En 2004, los orígenes de la replicación del ADN deSe identificaron Sulfolobus solfataricus y Sulfolobus acidocaldarius . Mostró que ambas especies tenían dos orígenes en su genoma. Esta fue la primera vez que se demostró que se utiliza más de un origen de replicación del ADN en una célula procariota. El mecanismo de replicación del ADN en las arqueas está conservado desde el punto de vista evolutivo y es similar al de los eucariotas. Sulfolobus se utiliza ahora como modelo para estudiar los mecanismos moleculares de la replicación del ADN en Archaea. Y debido a que el sistema de replicación del ADN en Archaea es mucho más simple que el de Eukaryota, se sugirió que Archaea podría usarse como modelo para estudiar la replicación del ADN mucho más compleja en Eukaryota.

Papel en la biotecnología

Las proteínas de Sulfolobus son de interés para la biotecnología y el uso industrial debido a su naturaleza termoestable . Una aplicación es la creación de derivados artificiales a partir de proteínas de S. acidocaldarius , denominadas affitinas . Sin embargo, las proteínas intracelulares no son necesariamente estables a pH bajo, ya que las especies de Sulfolobus mantienen un gradiente de pH significativo a través de la membrana externa. Los sulfolobales son metabólicamente dependientes del azufre: heterótrofos o autótrofos , su energía proviene de la oxidación del azufre y / o la respiración celular.en el que el azufre actúa como aceptor final de electrones. Por ejemplo, se sabe que S. tokodaii oxida el sulfuro de hidrógeno a sulfato intracelularmente.

Filogenia

La taxonomía actualmente aceptada se basa en la Lista de nombres procarióticos con posición en la nomenclatura (LPSN) ^[3] y el Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) ^[4]

Lanzamiento 132 de LTP basado en rRNA 16S por The All-Species Living Tree Project [5]

Annotree v1.2.0 [6] [7] que utiliza GTDB 05-RS95 ( Base de datos de taxonomía del genoma ) [8] [9]

Acidianus       Acidianus brierleyi     Metallosphaera       Sulpholobus     S. shibatae     S. solfataricus           S. metálico     Sulfodiicoccus           S. acidocaldarius     Stygiolobus         S. yangmingensis       S. tokodaii     Sulphurisphaera

Sulfolobaceae   Sulfodiicoccus acidiphilus           Stygiolobus azoricus     Sulfolobus acidocaldarius     Sulphurisphaera   Sulpholobus yangmingensis       S. tokodaii     S. ohwakuensis             Sulfuracidifex   S. metálico     S. tepidarius     Saccharolobus   " Sulfolobus islandicus "     S. solfataricus           Metallosphaera         Acidianus brierleyi     " Ca. Aramenus "       Acidianus

Estado del genoma

Se han secuenciado los genomas completos para S. acidocaldarius DSM 639 (2.225.959 nucleótidos ), ^[10] S. solfataricus P2 (2.992.245 nucleótidos), ^[11] y S. tokodaii str. 7 (2.694.756 nucleótidos). ^[12]

Estructura del genoma

El arqueón Sulfolobus solfataricus tiene un cromosoma circular que consta de 2.992.245 pb. Otra especie secuenciada, S. tokodaii, también tiene un cromosoma circular, pero es ligeramente más pequeño con 2.694.756 pb. Ambas especies carecen de los genes ftsZ y minD, que ha sido característico de Crenarchaeota secuenciada. También codifican para la citrato sintasa y dos subunidades de 2-oxoácido: ferredoxina oxidorreductasa, que desempeña el mismo papel que la alfa-cetoglutarato deshidrogenasa en el ciclo de TCA (tricarboxílico / Krebs / ácido cítrico). Esto indica que Sulfolobustiene un sistema de ciclo de TCA similar al que se encuentra en las mitocondrias de eucariotas. Otros genes de la cadena respiratoria que participan en la producción de ATP no eran similares a los que se encuentran en los eucariotas. El citocromo c es un ejemplo que juega un papel importante en la transferencia de electrones al oxígeno en eucariotas. Esto también se encontró en A. pernix K1. Dado que este paso es importante para un microorganismo aeróbico como Sulfolobus , probablemente use una molécula diferente para la misma función o tenga una vía diferente.

Estructura y metabolismo celular

Sulfolobus puede crecer litoautotróficamente oxidando azufre, o quimioheterotróficamente usando azufre para oxidar compuestos simples de carbono reducido. Sin embargo, el crecimiento heterótrofo solo se ha observado en presencia de oxígeno. Las principales vías metabólicas son una vía glucolítica, una vía de pentosa fosfato y el ciclo de TCA.

Todas las arqueas tienen lípidos con enlaces de éter entre el grupo de la cabeza y las cadenas laterales, lo que hace que los lípidos sean más resistentes al calor y la acidez que los lípidos con enlaces éster de bacterias y eucariotas. Los Sulfolobales son conocidos por sus lípidos tetraéter inusuales. En Sulfolobales, los lípidos unidos a éter se unen covalentemente a través de la "bicapa", formando tetraéteres. Por tanto, técnicamente los tetraéteres forman una monocapa, no una bicapa. Los tetraéteres ayudan a las especies de Sulfolobus a sobrevivir a los ácidos extremos y a las altas temperaturas.

Ecología

S. solfataricus se ha encontrado en diferentes áreas, incluido el Parque Nacional de Yellowstone , Mount St. Helens , Islandia , Italia y Rusia, por nombrar algunos. Sulfolobus se encuentra casi dondequiera que haya actividad volcánica . Prosperan en ambientes donde la temperatura es de aproximadamente 80 ° C con un pH de aproximadamente 3 y azufre presente. Otra especie, S. tokodaii , se ha localizado en un spa ácido en Beppu Hot Springs , Kyushu , Japón.. Los sedimentos de ~ 90 m por debajo del lecho marino en el margen continental peruano están dominados por tetraéteres de arqueas intactos, y una fracción significativa de la comunidad son arqueas sedimentarias taxonómicamente ligadas a las crenarqueales Sulfolobales (Sturt, et al. , 2004).

Respuesta al daño del ADN

La exposición de Sulfolobus solfataricus o Sulfolobus acidocaldarius a los agentes que dañan el ADN, la irradiación UV, la bleomicina o la mitomicina C indujeron la agregación celular. ^{[13] [14]} Otros factores físicos de estrés, como el pH o el cambio de temperatura, no indujeron la agregación, lo que sugiere que la inducción de la agregación es causada específicamente por el daño del ADN. ^[14] Ajon y col. ^[13] mostró que la agregación celular inducida por UV media el intercambio de marcadores cromosómicos con alta frecuencia en S. acidocaldarius . Las tasas de recombinación excedieron las de los cultivos no inducidos hasta en tres órdenes de magnitud. Wood y col. ^[15]también mostró que la radiación ultravioleta aumentaba la frecuencia de recombinación debido al intercambio genético en S. acidocaldarius . Frols y col. ^{[14] [16]} y Ajon et al. ^[13] planteó la hipótesis de que el proceso de transferencia de ADN inducible por UV y la reparación recombinacional homóloga posterior representa un mecanismo importante para mantener la integridad cromosómica en S. acidocaldarius y S. solfataricus . Esta respuesta puede ser una forma primitiva de interacción sexual, similar a la transformación bacteriana más bien estudiada que también se asocia con la transferencia de ADN entre células que conduce a la reparación recombinacional homóloga del daño del ADN. ^{[17] [18]}

El operón ups

El operón ups de las especies de Sulfolobus está altamente inducido por irradiación UV . Los pili codificados por este operón se emplean para promover la agregación celular, que es necesaria para el posterior intercambio de ADN entre células, lo que da como resultado una recombinación homóloga . Un estudio del operón ups de Sulfolobales acidocaldarius mostró que uno de los genes del operón, saci-1497 , codifica una endonucleasa III que corta el ADN dañado por los rayos UV; y otro gen del operón, saci-1500 , codifica una helicasa similar a RecQ que es capaz de desenrollar la recombinación homóloga intermedios como los cruces de Holliday . ^[19] Se propuso que Saci-1497 y Saci-1500 funcionan en un mecanismo de reparación del ADN homólogo basado en la recombinación que utiliza el ADN transferido como plantilla. ^[19] Por lo tanto, se cree que el sistema ups en combinación con la recombinación homóloga proporciona una respuesta al daño del ADN que rescata a los sulfolobales de las amenazas que dañan el ADN. ^[19]

Sulfolobus como hospedador viral

Los virus lisogénicos infectan a Sulfolobus para su protección. Los virus no pueden sobrevivir en las condiciones extremadamente ácidas y calientes en las que vive Sulfolobus , por lo que los virus usan Sulfolobuscomo protección contra los elementos agresivos. Esta relación permite que el virus se replique dentro de las arqueas sin ser destruido por el medio ambiente. Los virus Sulfolobus son lisógenos templados o permanentes. Los lisógenos permanentes se diferencian de los bacteriófagos lisogénicos en que las células huésped no se lisan después de la inducción de la producción de Fuselloviridae y finalmente vuelven al estado lisogénico. También son únicos en el sentido de que los genes que codifican las proteínas estructurales del virus se transcriben constantemente y parece que se induce la replicación del ADN. Los virus que infectan a las arqueas como Sulfolobus tienen que utilizar una estrategia para escapar de la exposición directa prolongada al tipo de entorno en el que vive su anfitrión, lo que puede explicar algunas de sus propiedades únicas.

Ver también

• Transformación (genética)
• Evolución de la reproducción sexual

Referencias

1. Dai, X; Wang, H; Zhang, Z; Li, K; Zhang, X; Mora-López, M; Jiang, C; Liu, C; Wang, L; Zhu, Y; Hernández-Ascencio, W; Dong, Z; Huang, L (2016). "Secuenciación del genoma de Sulfolobus sp. A20 de Costa Rica y análisis comparativos de las vías putativas del metabolismo del carbono, nitrógeno y azufre en varias cepas de Sulfolobus " . Fronteras en microbiología . 7 : 1902. doi : 10.3389 / fmicb.2016.01902 . PMC  5127849 . PMID  27965637 .
2. Consulte la página web del NCBI sobre Sulfolobus . Datos extraídos de los "recursos taxonómicos del NCBI" . Centro Nacional de Información Biotecnológica . Consultado el 19 de marzo de 2007 .
3. JP Euzéby. "Sulfolobus" . Lista de nombres procariotas con posición en nomenclatura (LPSN) . Consultado el 15 de mayo de 2021 .
4. Sayers; et al. "Sulfolobus" . Base de datos de taxonomía del Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) . Consultado el 15 de mayo de 2021 .
5. Proyecto de árbol vivo de todas las especies . "Lanzamiento 132 de LTP basado en ARNr 16S" . Base de datos completa de ARN ribosómico de Silva . Consultado el 20 de agosto de 2015 .
6. "AnnoTree v1.2.0" . AnnoTree .
7. Mendler, K; Chen, H; Parks, DH; Hug, LA; Doxey, AC (2019). "AnnoTree: visualización y exploración de un árbol de la vida microbiano anotado funcionalmente" . Investigación de ácidos nucleicos . 47 (9): 4442–4448. doi : 10.1093 / nar / gkz246 . PMC 6511854 . PMID 31081040 .  
8. "GTDB versión 05-RS95" . Base de datos de taxonomía del genoma .
9. Parques, DH; Chuvochina, M; Chaumeil, PA; Rinke, C; Mussig, AJ; Hugenholtz, P (septiembre de 2020). "Una taxonomía completa de dominio a especie para bacterias y arqueas" . Biotecnología de la naturaleza . 38 (9): 1079–1086. bioRxiv 10.1101 / 771964 . doi : 10.1038 / s41587-020-0501-8 . PMID 32341564 . S2CID 216560589 .   
10. Chen, L; Brügger, K; Skovgaard, M; Más rojo, P; Ella, Q; Torarinsson, E; Greve, B; Awayez, M; Zibat, A; Klenk, HP; Garrett, RA (julio de 2005). "El genoma de Sulfolobus acidocaldarius, un organismo modelo de la Crenarchaeota" . Revista de bacteriología . 187 (14): 4992–9. doi : 10.1128 / JB.187.14.4992-4999.2005 . PMC 1169522 . PMID 15995215 .  
11. Ella, Q; Singh, RK; Confalonieri, F; Zivanovic, Y; Allard, G; Awayez, MJ; Chan-Weiher, CC; Clausen, IG; Curtis, BA; De Moors, A; Erauso, G; Fletcher, C; Gordon, PM; Heikamp-de Jong, yo; Jeffries, AC; Kozera, CJ; Medina, N; Peng, X; Thi-Ngoc, HP; Más rojo, P; Schenk, ME; Theriault, C; Tolstrup, N; Charlebois, RL; Doolittle, WF; Duguet, M; Gaasterland, T; Garrett, RA; Ragan, MA; Sensen, CW; Van der Oost, J (3 de julio de 2001). "El genoma completo de la crenarchaeon Sulfolobus solfataricus P2" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (14): 7835–40. doi : 10.1073 / pnas.141222098 . PMC 35428 . PMID 11427726  .
12. Kawarabayasi, Y; Hino, Y; Horikawa, H; Jin-no, K; Takahashi, M; Sekine, M; Baba, S; Ankai, A; Kosugi, H; Hosoyama, A; Fukui, S; Nagai, Y; Nishijima, K; Otsuka, R; Nakazawa, H; Takamiya, M; Kato, Y; Yoshizawa, T; Tanaka, T; Kudoh, Y; Yamazaki, J; Kushida, N; Oguchi, A; Aoki, K; Masuda, S; Yanagii, M; Nishimura, M; Yamagishi, A; Oshima, T; Kikuchi, H (31 de agosto de 2001). "Secuencia completa del genoma de una crenarchaeon termoacidofílica aerobia, cepa7 de Sulfolobus tokodaii" . Investigación de ADN . 8 (4): 123–40. doi : 10.1093 / dnares / 8.4.123 . PMID 11572479 . 
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17. Bruto J; Bhattacharya D (2010). "Uniendo el sexo y los orígenes eucariotas en un mundo oxigenado emergente" . Biol. Directo . 5 : 53. doi : 10.1186 / 1745-6150-5-53 . PMC 2933680 . PMID 20731852 .  
18. Bernstein, H; Bernstein, C (2010). "Origen evolutivo de la recombinación durante la meiosis". BioScience . 60 (7): 498–505. doi : 10.1525 / bio.2010.60.7.5 .
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• Madigan M; Martinko J, eds. (2005). Brock Biology of Microorganisms (11ª ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-144329-7.

Otras lecturas

Revistas científicas

• Comisión Judicial 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 .
• Brock TD ; Brock KM; Belly RT; Weiss RL (1972). "Sulfolobus: un nuevo género de bacterias oxidantes de azufre que viven a pH bajo y alta temperatura". Arco. Mikrobiol . 84 (1): 54–68. doi : 10.1007 / BF00408082 . PMID  4559703 .

Libros científicos

• Stetter, KO (1989). "Orden III. Sulfolobales ord. Nov. Familia Sulfolobaceae fam. Nov.". En JT Staley; MP Bryant; N Pfennig; JG Holt (eds.). Manual de Bergey de bacteriología sistemática . 3 (1ª ed.). Baltimore: Williams & Wilkins Co. pág. 169.

Bases de datos científicas

• Referencias de PubMed para Sulfolobus
• Referencias de PubMed Central para Sulfolobus
• Referencias de Google Scholar para Sulfolobus

enlaces externos

• Página de taxonomía NCBI para Sulfolobus
• Búsqueda de páginas de taxonomía del Árbol de la vida para Sulfolobus
• Búsqueda de la página Species2000 para Sulfolobus
• Página de MicrobeWiki para Sulfolobus
• Página LPSN para Sulfolobus
• Análisis comparativo de los genomas de Sulfolobus (en el sistema IMG del DOE )
• Proyectos del genoma de Sulfolobus (de la base de datos Genomes OnLine )