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Sulfolobus solfataricus
clasificación cientifica
Dominio:
Arqueas
Reino:
Crenarchaeota
Filo:
Crenarchaeota
Clase:
Thermoprotei
Pedido:
Sulfolobales
Familia:
Sulfolobaceae
Género:
Saccharolobus
Especies:
S. solfataricus
Nombre binomial
Saccharolobus solfataricus
(Stetter y Zillig 1980) Sakai y Kurosawa 2018

Saccharolobus solfataricus es una especie de arqueón termofílico . Fue transferido del género Sulfolobus al nuevo género Saccharolobus con la descripción de Saccharolobus caldissimus en 2018. [1]

Fue aislado y descubierto por primera vez en el volcán Solfatara (del que posteriormente recibió su nombre) en 1980 por dos microbiólogos alemanes Karl Setter y Wolfram Zillig, en el volcán Solfatara (Pisciarelli-Campania, Italia). [2]

Sin embargo, estos organismos no están aislados de los volcanes, sino que se encuentran en todo el mundo en lugares como aguas termales. La especie crece mejor a temperaturas de alrededor de 80 ° Celsius, un nivel de pH entre 2 y 4, y suficiente azufre para que solfataricus lo metabolice y obtenga energía. Estas condiciones lo califican como extremófilo y se le conoce específicamente como termoacidófilo por su preferencia por las altas temperaturas y los bajos niveles de pH y también se encuentra en las categorías aeróbica y heterotrópica por su sistema metabólico. [3] Por lo general, tiene una forma de célula esférica y produce lóbulos frecuentes. Al ser un autótrofo , recibe energía al crecer en azufre o incluso en una variedad de compuestos orgánicos. [4]

Actualmente, es el organismo más estudiado que se encuentra dentro de la rama Crenarchaeota . Los solfataricus se investigan por sus métodos de replicación de ADN, ciclo celular, integración cromosómica, transcripción, procesamiento de ARN y traducción. Todos los datos apuntan a que el organismo tiene un gran porcentaje de genes específicos de arqueas, lo que muestra las diferencias entre los tres tipos de microbios: arqueas , bacterias y eukarya .

Genoma [ editar ]

Sulfolobus solfataricus es el microorganismo más estudiado desde el punto de vista molecular, genético y bioquímico por su capacidad para prosperar en ambientes extremos; es fácilmente cultivable en laboratorio; además, puede intercambiar material genético mediante procesos de transformación, transducción y conjugación.

La principal motivación para secuenciar estos microorganismos es la termoestabilidad de las proteínas que normalmente se desnaturalizan a altas temperaturas . La secuencia completa del genoma de S. solfataricus se completó en 2001. [5] En un solo cromosoma, hay 2.992.245 pares de bases que codifican 2.977 proteínas y abundantes ARN. Un tercio de las proteínas codificadas por S. solfataricus no tienen homólogos en otros genomas. Para las proteínas codificadas restantes, el 40% son específicas de Archaea , el 12% se comparten con bacterias y el 2,3% se comparten con Eukarya . [6]El 33% de estas proteínas se codifica exclusivamente en Sulfolobus . Un gran número de ORF (marco de lectura abierto) son muy similares en Thermoplasma . [3]

También se han identificado pequeños RNA nucleolares (snoRNA), ya presentes en eucariotas, en S. Solfataricus y S. acidolcaldarius . Ya son conocidos por el papel que desempeñan en las modificaciones postranscripcionales y la eliminación de intrones del ARN ribosómico en Eucarya. [7]

El genoma de Sulfolobus se caracteriza por la presencia de repeticiones cortas en tándem, elementos de inserción y repetitivos, tiene un amplio rango de diversidad ya que cuenta con 200 elementos de secuencia de inserción de ISs diferentes.

Girasa inversa termofílica [ editar ]

La estabilización de la doble hélice contra la desnaturalización, en las Archaea, se debe a la presencia de una enzima termófila específica particular , la girasa inversa. Se descubrió en arqueas y bacterias hipertermófilas y termófilas. Hay dos genes en Sulfolobus que codifican cada uno una girasa inversa. [8] Se definen topoisomerasas de ADN atípicas y la actividad básica consiste en la producción de superenrollamientos positivos en un ADN circular cerrado. El superenrollamiento positivo es importante para prevenir la formación de complejos abiertos. Las girasas inversas se componen de dos dominios: el primero es la helicasasimilar y el segundo es la topoisomerasa I. Un posible papel de la girasa inversa podría ser el uso de superenrollamiento positivo para ensamblar estructuras similares a la cromatina. [9] En 1997 los científicos descubrieron otra característica importante de Sulfolobus  : este microorganismo contiene una topoisomerasa de tipo II, llamada TopoVI, cuya subunidad A es homóloga al factor de recombinación meiótica , Spo11 , que desempeña un papel predominante en la iniciación de la recombinación meiótica en todos los Eucarya. [10] [11]

S. solfataricus se compone de tres topoisomerasas de tipo I, TopA y dos girasas inversas, TopR1 y TopR2, y una topoisomerasa de tipo II, TopoVI. [12]

Proteínas de unión al ADN [ editar ]

En el Phylum Crenarchaeota hay tres proteínas que se unen al surco menor del ADN como las histonas : Alba, Cren7 y Sso7d, que se modifican después del proceso de traducción. Estos son pequeños y se han encontrado en varias cepas de Sulfolobus pero no en otro genoma. La proteína cromatina en Sulfolobus representa 1-5% del total. Pueden tener funciones tanto estructurales como reguladoras. Se parecen a las proteínas HMG-box humanas, debido a su influencia sobre los genomas, para la expresión y la estabilidad, y sobre los procesos epigenéticos. [13] En especies que carecen de histonas, pueden acetilarse y metilarse como histonas eucariotas. [14] [15] [16] [17] SulfolobusLas cepas presentan diferentes proteínas de unión al ADN peculiares, como la familia de proteínas Sso7d. Estabilizan la doble hélice, evitando la desnaturalización a alta temperatura promoviendo así el recocido por encima del punto de fusión . [18]

El componente principal de la cromatina archael está representado por la proteína de la familia Sac10b conocida como Alba (la acetilación reduce la afinidad de unión). [19] [20] Estas proteínas son proteínas de unión a ácidos nucleicos pequeñas, básicas y diméricas. Además, se conserva en la mayoría de los genomas arqueales secuenciados. [21] [22] El estado de acetilación de Alba, por ejemplo, afecta el acceso del promotor y la transcripción in vitro, mientras que el estado de metilación de otra proteína de cromatina de Sulfolobus , Sso7D, se ve alterado por la temperatura de cultivo. [23] [24]

El trabajo del grupo de Wolfram Zillig, que representa la evidencia temprana de las características eucariotas de la transcripción en Archea, ha convertido a Sulfolobus en un sistema modelo ideal para estudios de transcripción. Estudios recientes en Sulfolobus, además de otras especies de arqueas, se centran principalmente en la composición, función y regulación de la maquinaria de transcripción en estos organismos y en aspectos conservados fundamentales de este proceso tanto en Eucarya como en Archaea. [25]

Transferencia de ADN [ editar ]

La exposición de Saccharolobus solfataricus a los agentes que dañan el ADN, la irradiación UV , la bleomicina o la mitomicina C induce la agregación celular. [26] Otros factores estresantes físicos, como los cambios en el pH o el cambio de temperatura, no inducen la agregación, lo que sugiere que la inducción de la agregación es causada específicamente por el daño del ADN. Ajon y col. [27] mostró que la agregación celular inducida por UV media el intercambio de marcadores cromosómicos con alta frecuencia. Las tasas de recombinación excedieron las de los cultivos no inducidos hasta en tres órdenes de magnitud. Frols et al. [26] [28] y Ajon et al. [27]planteó la hipótesis de que el proceso de transferencia de ADN inducible por UV y la subsiguiente reparación recombinacional homóloga representa un mecanismo importante para mantener la integridad de los cromosomas. 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. [ cita requerida ]

Metabolismo [ editar ]

Se sabe que Sulfolobus solfataricus crece quimioorganotróficamente, en presencia de oxígeno, en una variedad de compuestos orgánicos como azúcares, alcoholes, aminoácidos y compuestos aromáticos como el fenol . [29]

Utiliza una vía Entner-Doudroff modificada para la oxidación de la glucosa y las moléculas de piruvato resultantes pueden mineralizarse totalmente en el ciclo del TCA . [29]

El oxígeno molecular es el único aceptor de electrones conocido al final de la cadena de transporte de electrones . [30] Aparte de las moléculas orgánicas, esta especie de Archea también puede utilizar sulfuro de hidrógeno [6] y azufre elemental como donadores de electrones y fijar CO2 , posiblemente por medio del ciclo HP / HB, [29] haciéndolo también capaz de vivir quimioautotroficamente. Estudios recientes han encontrado también la capacidad de hacer crecer, aunque lentamente, el hidrógeno molecular oxidante. [1]

Ferredoxina [ editar ]

Se sospecha que la ferredoxina actúa como el principal portador de electrones metabólicos en S. solfataricus . Esto contrasta con la mayoría de las especies de Bacteria y Eukarya, que generalmente dependen del NADH como principal portador de electrones. S. solfataricus tiene fuertes características eucariotas junto con muchas habilidades únicas específicas de arqueas. Los resultados de los hallazgos provienen de los diversos métodos de sus mecanismos de ADN, ciclos celulares y aparatos de transición. En general, el estudio fue un excelente ejemplo de las diferencias encontradas en crenarchaea y euryarchaea. [6] [31]

Ecología [ editar ]

Hábitat [ editar ]

S. solfataricus es un termófilo extremo Archea, como el resto de especies del género Sulfolobus, presenta condiciones óptimas de crecimiento en áreas de fuerte actividad volcánica, con alta temperatura y pH muy ácido, [32] estas condiciones específicas son típicas de área volcánica como géiser o manantiales termales, de hecho los países más estudiados donde se encontraron microorganismos son: Estados Unidos (Parque Nacional Yellowstone), [33] Nueva Zelanda, [34] Isla e Italia, notoriamente famosos por fenómenos volcánicos como estos. Un estudio realizado por un equipo de científicos indonesios ha demostrado la presencia de una comunidad de Sulfolobus también en Java Occidental, lo que confirma que los temores elevados, el pH bajo y la presencia de azufre son condiciones necesarias para el crecimiento de estos microbios. [35]

Fumarola del volcán Solfatara - Campania, Italia.

Acidificación del suelo [ editar ]

S. solfataricus es capaz de oxidar el azufre de acuerdo con la estrategia metabólica, uno de los productos de estas reacciones es el H + y, en consecuencia, da como resultado una acidificación lenta del área circundante. La acidificación del suelo aumenta en lugares donde hay emisiones de contaminantes de la actividad industrial, y este proceso reduce la cantidad de bacterias heterótrofas involucradas en la descomposición, que son fundamentales para el reciclaje de materia orgánica y, en última instancia, para fertilizar el suelo. [36]

Biotecnología: Sacando provecho del recurso Sulfolobus [ editar ]

Hoy en día, en muchos campos de aplicación, estamos interesados ​​en utilizar Sulfolobus sulfataricus como fuente de enzimas de estabilidad térmica para investigación y diagnóstico, así como en las industrias alimentaria, textil y de limpieza, y la industria de la pulpa y el papel. Además, esta enzima está sobrecargada debido a su diversidad catalítica, alta estabilidad de pH y temperatura, aumento de disolventes orgánicos y resistencia a la proteólisis. [37] [38]

En la actualidad, los lípidos tetraéster, las vesículas de membrana con propiedades antimicrobianas, los componentes de trehalosa y los nuevos β-galactooligosacáridos son cada vez más importantes. [39]

β-galactosidasa [ editar ]

La enzima termoestable β-galactosidasa aislada de la arqueobacteriana termófila extrema Sulfolobus solfataricus, cepa MT-4.

Esta enzima se utiliza en muchos procesos industriales de fluidos que contienen lactosa purificándolos y caracterizándolos por sus propiedades fisicoquímicas. [40]

Proteasas [ editar ]

La industria está interesada en proteasas estables, así como en muchas proteasas de sulfolobus diferentes que se han estudiado. [41]

Se describió una aminopeptidasa activa asociada con la chaperonina de Solfobulus solfataricus MT4 . [42]

Sommaruga et al. (2014) [43] también mejoraron la estabilidad y el rendimiento de reacción de una carboxipeptidasa bien caracterizada de S.solfataricus MT4 mediante nanopartículas magnéticas que inmovilizan la enzima.

Esterasas / Lipasas [ editar ]

Una nueva enzima lipolítica extracelular termoestable serina arilesterasa que se descubrió originalmente por su gran acción en la hidrólisis de organofosforados de la arqueona termoacidófila Sulfolobus solfataricus P1 . [44]

Chaperoninas [ editar ]

En reacción a choque de temperatura (50,4 ° C) en E. Coli células, una pequeña proteína caliente de aturdimiento (S.so-HSP20) de S.solfataricus P2 se ha utilizado eficazmente para mejorar la tolerancia. [45]

En vista del hecho de que la chaperonina Ssocpn (920 kDa), que incluye ATP , K + y Mg2 + pero no ha producido proteínas adicionales en S. solfataricus para suministrar proteínas colapsadas y dinámicas de materiales desnaturalizados, se almacenó en una celda de ultrafiltración, mientras los sustratos renaturalizados se movían a través de la película. [46]

Liposomas [ editar ]

Debido a su material lipídico tetraéter, la membrana de Archaea termofílica extrema es única en su composición. Los lípidos de Archaea son una fuente prometedora de liposomas con una estabilidad excepcional de temperatura y pH y estanqueidad contra la fuga de solutos. Estos arqueosomas son posibles instrumentos para la administración de medicamentos, vacunas y genes. [47]

Referencias [ editar ]

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Lectura adicional [ editar ]

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  • de Rosa M, Bemporad F, Pellegrino S, Chiti F, Bolognesi M, Ricagno S (septiembre de 2014). "La ingeniería de hebra de borde previene la agregación nativa en Sulfolobus solfataricus acylphosphatase" . La revista FEBS . 281 (18): 4072–84. doi : 10.1111 / febs.12861 . PMID  24893801 .
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  • Wang J, Zhu J, Min C, Wu S (mayo de 2014). "La γ-lactamasa fusionada con dominio de unión de CBD de Sulfolobus solfataricus es un catalizador eficaz para la producción de (-) γ-lactama" . Biotecnología BMC . 14 : 40. doi : 10.1186 / 1472-6750-14-40 . PMC  4041915 . PMID  24884655 .

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Enlaces externos [ editar ]

  • Tipo de cepa de Sulfolobus solfataricus en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana