フェロプラズマ

フェロプラズマ
	フェロプラズマ・アシディフィラム
科学的分類
ドメイン：	古細菌
王国：	ユーリアキオータ
門:	ユーリアキオータ
クラス：	サーモプラズマ
注文：	サーモプラズマ類
家族：	フェロプラズマ科
属:	フェロプラズマ; ゴリシナら 2000
タイプ種
	フェロプラズマ・アシディフィラム; ゴリシナら 2000
種
	F.アシディフィラム; F. アシダルマヌス; F.サーモフィラム;

フェロプラズマは、フェロプラズマ科に属する古細菌の属で。フェロプラズマ属の菌は、典型的には好酸性、多形性、不規則な形状の球菌である。^[1]^[2]

古細菌の Ferroplasmaceae 科は、2000 年代初頭に初めて記載されました。^[3]現在までにFerroplasma属のごく少数の種が分離され、特徴付けられています。分離された種には、 Ferroplasma acidiphilum、Ferroplasma acidarmanus 、 Ferroplasma thermophilumなどがあります。^[1]^[4] 4 番目の分離株Ferroplasma cupricumulans は、後に別の属に属することが判明しました。^[5]^[6]既知のFerroplasma 属はすべて鉄酸化菌です。

細胞の特性と生理学

CRISPR 関連 (Cas) タンパク質をコードする 1 つのオペロンを持つF. acidiphilum Y ^TのCRISPR遺伝子座(赤い矢印)。

フェロプラズマ細胞は多形性で細胞壁を持たない。^[2]この属の既知のメンバーはすべて好酸性菌で、pHが0.0～2.0の環境で繁殖する。^[1]^[2]また、最適温度は35～55℃で、中温から中程度の好熱性菌でもある。^[3]

テトラエーテルベースの脂質は、フェロプラズマ細胞膜の重要な部分であり、細胞が pH 勾配を維持できるようにします。F . acidarmanusの研究では、環境 pH が約 0 ～ 1.2 の範囲であったのに対し、細胞質 pH は約 5.6 に維持されていることがわかりました。^[7]フェロプラズマ科のテトラエーテル脂質の変異は、多くのメンバーが同一の 16S rRNA 配列を持っているため、属および種レベルでの化学分類学的識別に使用されます。^[3]

フェロプラズマ属の菌は、エネルギーを得るために第一鉄を酸化できる化学混合栄養菌ですが、炭素固定の証拠があるにもかかわらず、実験室培養では成長のために酵母エキスなどの有機炭素源が必要になることがよくあります。 [ ^1]^[3]鉄が存在しない場合でも、実験室で培養された菌株の中には化学有機栄養成長ができるものもあります。^[1]

生態学的重要性

鉄は地殻で4番目に豊富な鉱物です。鉄の酸化剤として、フェロプラズマ属は鉄の生物地球化学に関与しています。フェロプラズマ属は酸性鉱山排水（AMD）現場でよく確認されています。 ^[3]鉱山現場で鉄（Fe ²⁺）が三価鉄（Fe ³⁺）に酸化されると、Fe ^{3+ は}水や黄鉄鉱などの鉄硫黄化合物と自然に反応して硫酸イオンと水素イオンを生成します。^{[8]この反応中に、}フェロプラズマが利用できる鉄（Fe）も再生され、pHが低下する「増殖サイクル」が発生します。この反応は次の式で表すことができます。

${\ce {FeS2 + 14Fe^3+ + 8H2O-> 15Fe^2+ + 2SO4^2- + 16H+}}$

フェロプラズマ属はAMDの現場でよく見られ、そこでは鉄の生物的酸化を通じてこのサイクルに関与しています。^[8]

Ferroplasma sp. は、金属のバイオリーチングに重要な用途がある可能性があります。微生物によるバイオリーチングは、 Ferroplasma sp.の生息地である高酸性環境で自然に発生します。バイオリーチングの力を利用して低品質の鉱石や廃棄物から金属を回収することは、精錬や精製に比べてエネルギー的に有利です。^[9]^{[10]また、有毒な副産物も少なくなります。研究では、}Ferroplasma thermophilumを細菌のAcidithiobacillus caldusおよびLeptospirillum ferriphilumと一緒に含めると、黄銅鉱の浸出プロセスを生物学的に増強し、銅の回収率を高めることができることが示されています。^[11]

孤立した種

フェロプラズマ・アシディフィラム

フェロプラズマ・アシディフィラムは化学混合栄養菌として増殖し、好酸性細菌レプトスピリルム・フェリフィラムと相乗的に増殖することが示されている。[12] フェロプラズマ・アシディフィラム^YT株は、アルギニン^発酵に必要なすべての遺伝子を備えた通性嫌気性菌である。^{[13]フェロ}プラズマ・アシディフィラムYTがアルギニン発酵経路を使用する^かどうかは不明であるが、その経路自体は、3つの生命ドメインの最後の普遍的共通祖先（LUCA）にまで遡る古代の代謝である。^[13]^[14]

フェロプラズマ・アシダルマヌス

フェロプラズマ・アシダルマヌスFer1 は、カリフォルニア州アイアンマウンテンで採取された鉱山サンプルから分離されました。^[15]アイアンマウンテン (カリフォルニア州) は、酸性鉱山排水 (AMD) と重金属汚染で知られる元鉱山です。好酸性であることに加えて、F. アシダルマヌスFer1 は銅とヒ素の両方に対して高い耐性があります。^[15]^[16]

フェロプラズマ・クプリクムランス（旧フェロプラズマ・シプレキセルバタム）

2006年、ミャンマーのミャンマー・アイヴァンホー銅鉱山会社（MICCL）の鉱山現場から採取された浸出液からフェロプラズマ・カップリキュムランスが分離されました。 ^[5]これはフェロプラズマ属の最初のやや好熱性のメンバーであることが注目されました。しかし、2009年に好酸性好熱性古細菌の新しい属、アシディプラズマが特定されました。16S rRNAの類似性とDNA-DNAハイブリダイゼーションに基づいて、アシディプラズマ属に移し、アシディプラズマ・カップリキュムランスに改名することが提案されました。^[6]

フェロプラズマ・サーモフィラム

2008年、Zhouらは、中国湖北省大冶銅鉱山の酸性鉱山排水（AMD）を接種した黄銅鉱カラムリアクターから、微生物Ferroplasma thermophilum L1 ^{Tを分離したことを報告しました。}^[4]酵母エキスの濃度が低い好気条件下では、F. thermophilumは第一鉄を酸化して増殖します。^[4]しかし、嫌気条件下では、F. thermophilumは第三鉄と硫酸塩を還元します。^[4]このため、F. thermophilumは黄鉄鉱が豊富な鉱山での鉄と硫黄の循環にとって生態学的に重要です。

参照

古細菌属の一覧

参考文献

^ abcde Dopson M、Baker-Austin C、Hind A、Bowman JP、Bond PL (2004 年 4 月)。「酸性鉱山排水および産業バイオリーチング環境からの極度好酸性菌 Ferroplasma 分離株および Ferroplasma acidarmanus sp. nov. の特性評価」。応用環境微生物学。70 ( 4): 2079–88。Bibcode :2004ApEnM..70.2079D。doi : 10.1128 /AEM.70.4.2079-2088.2004。PMC 383147。PMID 15066799 。
^ abc Golyshina OV 、 Timmis KN（2005年9月）。「最近発見された細胞壁を持たない古細菌、Ferroplasmaとその近縁種は、極めて酸性で重金属に富む環境で生息している」。環境微生物学。7 （9）：1277–88。doi ：10.1111/ j.1462-2920.2005.00861.x。PMID 16104851。
^ abcde Golyshina OV (2011年8月). 「Ferroplasmaceae科の古細菌の環境的、生物地理学的、生化学的パターン」.応用環境微生物学. 77 (15): 5071–8. Bibcode :2011ApEnM..77.5071G. doi :10.1128/AEM.00726-11. PMC 3147448. PMID 21685165 .
^ abcd Zhou H, Zhang R, Hu P, Zeng W, Xie Y, Wu C, Qiu G (2008 年 8 月). 「新規の極めて好酸性で中程度の好熱性古細菌 Ferroplasma thermophilum sp. nov. の分離と特性評価、および黄銅鉱のバイオリーチングにおけるその役割」。Journal of Applied Microbiology . 105 (2): 591–601. doi :10.1111/j.1365-2672.2008.03807.x. PMID 18422958. S2CID 25924161.
^ ab Hawkes RB、Franzmann PD、Plumb JJ (2006-09-01)。「中程度の好熱菌、特に新種の「Ferroplasma cupricumulans」が、工業規模の黄銅鉱堆積物のバイオリーチング操作で優位を占める」。Hydrometallurgy 。第16回国際バイオハイドロメタラージーシンポジウム。83 ( 1): 229–236。doi :10.1016/ j.hydromet.2006.03.027。
^ ab Golyshina OV、Yakimov MM、Lünsdorf H、Ferrer M、Nimtz M、Timmis KN、et al. (2009 年 11 月)。「Acidiplasma aeolicum gen. nov.、sp. nov.、熱水プールから分離された Ferroplasmaceae 科の euryarchaeon、および Ferroplasma cupricumulans から Acidiplasma cupricumulans comb. nov への移行」。International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology。59 ( Pt 11): 2815–23。doi : 10.1099 / ijs.0.009639-0。hdl : 10033 / 90258。PMID 19628615。
^ Macalady JL、Vestling MM、Baumler D、Boekelheide N 、Kaspar CW、Banfield JF (2004 年 10 月)。「Ferroplasma 属のテトラエーテル結合膜単分子層: 酸性環境下での生存の鍵」。Extremophiles。8 ( 5 ) : 411–9。doi :10.1007/s00792-004-0404-5。PMID 15258835。S2CID 15702103 。
^ ab Madigan MT、Martinko JM、Bender KS、Buckley DH、Stahl DA (2015)。Brock Biology of Microorganisms。アメリカ合衆国：ピアソン。pp. 652–653。ISBN 978-0-321-89739-8。
^ Rohwerder T、Gehrke T、Kinzler K、Sand W (2003 年 12 月)。「バイオリーチングレビューパート A: バイオリーチングの進歩: 細菌 による金属硫化物酸化の基礎とメカニズム」。応用微生物学およびバイオテクノロジー。63 (3 ) : 239–48。doi : 10.1007/s00253-003-1448-7。PMID 14566432。S2CID 25547087 。
^ Olson GJ、Brierley JA、Brierley CL (2003 年12 月)。「バイオリーチングレビューパート B: バイオリーチングの進歩: 鉱物産業における微生物プロセスの応用」。応用微生物学およびバイオテクノロジー。63 (3 ) : 249–57。doi :10.1007/s00253-003-1404-6。PMID 14566430。S2CID 24078490。
^ Zhang L、Wu J、Wang Y、Wan L、Mao F、Zhang W、Chen X、Zhou H (2014 年 5 月)。「Ferroplasma thermophilum によるバイオオーグメンテーションが黄銅鉱のバイオリーチングと微生物群集構造に与える影響」。Hydrometallurgy。146 : 15–23。doi : 10.1016 / j.hydromet.2014.02.013。
^ Merino MP、Andrews BA、Parada P 、 Asenjo JA (2016 年 11 月)。「純粋培養および Leptospirillum ferriphilum との混合培養で増殖する Ferroplasma acidiphilum の特性」。Biotechnology Progress。32 ( 6 ) : 1390–1396。doi : 10.1002/btpr.2340。PMID 27535541。S2CID 2765684。
^ ab Golyshina OV, Tran H, Reva ON, Lemak S, Yakunin AF, Goesmann A, et al. (2017年6月). "T". Scientific Reports . 7 (1): 3682. doi :10.1038/s41598-017-03904-5. PMC 5473848. PMID 28623373 .
^ ズニガ M、ペレス G、ゴンサレス＝カンデラス F (2002 年 12 月)。「アルギニンデイミナーゼ (ADI) 経路遺伝子の進化」。分子系統発生学と進化。25 (3): 429–44。土井：10.1016/S1055-7903(02)00277-4。PMID 12450748。
^ ab Baker-Austin C、Dopson M、Wexler M、Sawers RG、Bond PL (2005 年 8 月)。「好極限性古細菌「Ferroplasma acidarmanus」Fer1 の極度の銅耐性に関する分子的洞察」。Microbiology . 151 ( Pt 8): 2637–2646. doi : 10.1099/mic.0.28076-0 . PMID 16079342。
^ Baker-Austin C、Dopson M、Wexler M、 Sawers RG、Stemmler A、Rosen BP、Bond PL (2007 年 5 月)。「好酸性古細菌「Ferroplasma acidarmanus」Fer1 による極度のヒ素耐性」。Extremophiles。11 ( 3 ) : 425–34。doi : 10.1007 /s00792-006-0052-z。PMID 17268768。S2CID 12982793 。

さらに読む

グリゴレバ NV、ツァプリナ IA、パニシュキナ AE、コンドラテワ TF (2014 年 9 月 25 日)。「[バッチモードでの金含有黄鉄鉱-砒素黄鉄鉱鉱石精鉱のバイオリーチングと酸化の最適化]」。微生物学。83 (5): 565-74。土井：10.1134/S0026261714040043。PMID 25844468。S2CID 14429161 。
Chen YT、Li JT、Chen LX、 Hua ZS、Huang LN、Liu J、他 (2014 年 5 月)。「天然黄鉄鉱の酸化と酸性金属含有排水の放出を制御する生物地球化学プロセス」。Environmental Science & Technology。48 ( 10): 5537–45。Bibcode :2014EnST...48.5537C。doi :10.1021/es500154z。PMID 24730689 。
Ohara K, Unno H, Oshima Y, Hosoya M, Fujino N, Hirooka K, et al. (2014 年 8 月). 「Ferroplasma 由来のユニークなカルボキシルエステラーゼの低 pH 適応に関する構造的知見: 2 つのカルボキシルエステラーゼの最適 pH の変更」. The Journal of Biological Chemistry . 289 (35). JBC Papers in Press: 24499–510. doi : 10.1074 /jbc.M113.521856 . PMC 4148875. PMID 25043762.
Gihring TM、Bond PL、Peters SC、Banfield JF (2003 年 4 月)。「古細菌「Ferroplasma acidarmanus」のヒ素耐性: ars 遺伝子の構造と進化に関する新たな知見」( PDF )。Extremophiles。7 ( 2 )。Springer - Verlag : 123–30。doi : 10.1007/s00792-002-0303-6。hdl : 2027.42/ 42444。PMID 12664264。S2CID 16997297 。
Eppley JM、Tyson GW、Getz WM、 Banfield JF (2007 年9月)。「古細菌属 ferroplasma における種境界を越えた遺伝子交換」。遺伝学。177 ( 1): 407–16。doi :10.1534/genetics.107.072892。PMC 2013692。PMID 17603112。
Golyshina OV、Pivovarova TA、Karavaiko GI、Kondratéva TF、Moore ER、Abraham WR、他 (2000 年 5 月)。「Ferroplasma acidiphilum 属新種、新種、好酸性、独立栄養性、第一鉄酸化性、細胞壁欠損、中温性の Ferroplasmaceae 科新種、古細菌の別系統を構成する」。International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology。50 Pt 3 ( 3): 997–1006。doi : 10.1099 /00207713-50-3-997。PMID 10843038。
Madigan MT、Martinko JM (2005)。Brock Biology of Microorganisms (第 11 版)。Pearson Prentice Hall。

[:03-1] Dopson M、Baker-Austin C、Hind A、Bowman JP、Bond PL (2004 年 4 月)。「酸性鉱山排水および産業バイオリーチング環境からの極度好酸性菌 Ferroplasma 分離株および Ferroplasma acidarmanus sp. nov. の特性評価」。応用環境微生物学。70 ( 4): 2079–88。Bibcode :2004ApEnM..70.2079D。doi : 10.1128 /AEM.70.4.2079-2088.2004。PMC 383147。PMID 15066799 。

[:13-2] Golyshina OV 、 Timmis KN（2005年9月）。「最近発見された細胞壁を持たない古細菌、Ferroplasmaとその近縁種は、極めて酸性で重金属に富む環境で生息している」。環境微生物学。7 （9）：1277–88。doi ：10.1111/ j.1462-2920.2005.00861.x。PMID 16104851。

[:64-3] Golyshina OV (2011年8月). 「Ferroplasmaceae科の古細菌の環境的、生物地理学的、生化学的パターン」.応用環境微生物学. 77 (15): 5071–8. Bibcode :2011ApEnM..77.5071G. doi :10.1128/AEM.00726-11. PMC 3147448. PMID 21685165 .

[:32-4] Zhou H, Zhang R, Hu P, Zeng W, Xie Y, Wu C, Qiu G (2008 年 8 月). 「新規の極めて好酸性で中程度の好熱性古細菌 Ferroplasma thermophilum sp. nov. の分離と特性評価、および黄銅鉱のバイオリーチングにおけるその役割」。Journal of Applied Microbiology . 105 (2): 591–601. doi :10.1111/j.1365-2672.2008.03807.x. PMID 18422958. S2CID 25924161.

[:42-5] Hawkes RB、Franzmann PD、Plumb JJ (2006-09-01)。「中程度の好熱菌、特に新種の「Ferroplasma cupricumulans」が、工業規模の黄銅鉱堆積物のバイオリーチング操作で優位を占める」。Hydrometallurgy 。第16回国際バイオハイドロメタラージーシンポジウム。83 ( 1): 229–236。doi :10.1016/ j.hydromet.2006.03.027。

[Golyshina_2815–2823-6] Golyshina OV、Yakimov MM、Lünsdorf H、Ferrer M、Nimtz M、Timmis KN、et al. (2009 年 11 月)。「Acidiplasma aeolicum gen. nov.、sp. nov.、熱水プールから分離された Ferroplasmaceae 科の euryarchaeon、および Ferroplasma cupricumulans から Acidiplasma cupricumulans comb. nov への移行」。International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology。59 ( Pt 11): 2815–23。doi : 10.1099 / ijs.0.009639-0。hdl : 10033 / 90258。PMID 19628615。

[7] ^ Macalady JL、Vestling MM、Baumler D、Boekelheide N 、Kaspar CW、Banfield JF (2004 年 10 月)。「Ferroplasma 属のテトラエーテル結合膜単分子層: 酸性環境下での生存の鍵」。Extremophiles。8 ( 5 ) : 411–9。doi :10.1007/s00792-004-0404-5。PMID 15258835。S2CID 15702103 。

[:7-8] Madigan MT、Martinko JM、Bender KS、Buckley DH、Stahl DA (2015)。Brock Biology of Microorganisms。アメリカ合衆国：ピアソン。pp. 652–653。ISBN 978-0-321-89739-8。

[9] ^ Rohwerder T、Gehrke T、Kinzler K、Sand W (2003 年 12 月)。「バイオリーチングレビューパート A: バイオリーチングの進歩: 細菌 による金属硫化物酸化の基礎とメカニズム」。応用微生物学およびバイオテクノロジー。63 (3 ) : 239–48。doi : 10.1007/s00253-003-1448-7。PMID 14566432。S2CID 25547087 。

[10] ^ Olson GJ、Brierley JA、Brierley CL (2003 年12 月)。「バイオリーチングレビューパート B: バイオリーチングの進歩: 鉱物産業における微生物プロセスの応用」。応用微生物学およびバイオテクノロジー。63 (3 ) : 249–57。doi :10.1007/s00253-003-1404-6。PMID 14566430。S2CID 24078490。

[11] Zhang L、Wu J、Wang Y、Wan L、Mao F、Zhang W、Chen X、Zhou H (2014 年 5 月)。「Ferroplasma thermophilum によるバイオオーグメンテーションが黄銅鉱のバイオリーチングと微生物群集構造に与える影響」。Hydrometallurgy。146 : 15–23。doi : 10.1016 / j.hydromet.2014.02.013。

[12] ^ Merino MP、Andrews BA、Parada P 、 Asenjo JA (2016 年 11 月)。「純粋培養および Leptospirillum ferriphilum との混合培養で増殖する Ferroplasma acidiphilum の特性」。Biotechnology Progress。32 ( 6 ) : 1390–1396。doi : 10.1002/btpr.2340。PMID 27535541。S2CID 2765684。

[:5-13] Golyshina OV, Tran H, Reva ON, Lemak S, Yakunin AF, Goesmann A, et al. (2017年6月). "T". Scientific Reports . 7 (1): 3682. doi :10.1038/s41598-017-03904-5. PMC 5473848. PMID 28623373 .

[14] ズニガ M、ペレス G、ゴンサレス＝カンデラス F (2002 年 12 月)。「アルギニンデイミナーゼ (ADI) 経路遺伝子の進化」。分子系統発生学と進化。25 (3): 429–44。土井：10.1016/S1055-7903(02)00277-4。PMID 12450748。

[:2-15] Baker-Austin C、Dopson M、Wexler M、Sawers RG、Bond PL (2005 年 8 月)。「好極限性古細菌「Ferroplasma acidarmanus」Fer1 の極度の銅耐性に関する分子的洞察」。Microbiology . 151 ( Pt 8): 2637–2646. doi : 10.1099/mic.0.28076-0 . PMID 16079342。

[16] ^ Baker-Austin C、Dopson M、Wexler M、 Sawers RG、Stemmler A、Rosen BP、Bond PL (2007 年 5 月)。「好酸性古細菌「Ferroplasma acidarmanus」Fer1 による極度のヒ素耐性」。Extremophiles。11 ( 3 ) : 425–34。doi : 10.1007 /s00792-006-0052-z。PMID 17268768。S2CID 12982793 。