ジオスリックス・ファーメンタンス

ジオスリックス・ファーメンタンス
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	アシドバクテリオタ
クラス：	ホロファガエ
注文：	ホロファガレス
家族：	ホロファガ科
属:	ジオスリックス ・コーツら 1999 [1]
種：	G.ファーメンタンス
二名法名
ジオスリックス・ファーメンタンス コーツら 1999 [1]

ジオスリックス ファーメンタンスは棒状の嫌気性細菌です。直径は約 0.1 μm、長さは 2～3 μm です。 ^[2]細胞配列は単独または連鎖状です。ジオスリックス ファーメンタンスは通常、帯水層などの水生堆積物中に見られます。嫌気性化学有機栄養生物であるこの生物は、電子受容体 Fe(III) やその他の高電位金属を利用できることでよく知られています。また、幅広い基質を電子供与体として使用します。G . ファーメンタンスによる金属還元に関する研究は、環境中の金属の地球化学的循環についての理解を深めることに貢献しています^{。 [3]}

ジオスリックス ファーメンタンスは、1999年に南イリノイ大学のジョン・D・コーツとマサチューセッツ大学の他の研究者によって、。この新しい株は当初「株 H-5 ^T」と名付けられました。 ^[1]代謝を分類し、c型シトクロムの存在と数を確認した後、コーツらは、この新しい生物が1991年に新たに認識されたハロフォガ-アシドバクテリウム門に属すると提唱しました。コーツらはまた、この生物に「ジオスリックス」というギリシャ語で「地球から来た毛のような細胞」、および「発酵」というラテン語で「ファーメンタンス」という新しい名前を提案しました。 ^[1]

16s rRNA遺伝子配列比較に基づくアプローチにより、 多くの細菌群の系統関係を詳細に分析することが可能になりました。Geothrix fermentansやAcidobacterium capsulatum、Holophoga foetidaなどの他の土壌細菌の系統関係は、最初の分離時点では確立されていませんでした。^[4]最近の16s rRNA配列データの分析では、これら3つの属の間に中程度の類似性が示され、共通の祖先から分化した可能性が示唆されました。^[4]

Geothrix fermentans は桿状の偏性嫌気性菌^[1]で、Fe(III) 還元帯の水生土壌で見つかります^[5] 。偏性嫌気性菌であるG. fermentans は、それが分離された生態学的地位に存在する可能性のある大気中の酸素の存在下では成長できません。Geothrix fermentans は胞子を形成せず、運動性もありません^{[2] [1]。}この生物は、Fe(III) 酸化物を使用して金属呼吸を行う数少ない淡水培養細菌の 1 つです。 ^{[3] [1]}成長に最適な温度は 35 °C で、範囲は 25 °C から 40 °C です^{[2] [1]} 。この細菌は、電子供与体として有機酸酢酸を優先的に使用しますが、プロピオン酸や乳酸など、他のいくつかの有機酸も成長に利用できます。 G. fermentans は有機酸に加えて、Fe(III) を唯一の電子受容体としてパルミチン酸などの脂肪酸も利用できる。 ^[1] G. fermentans はマンガンなどの他の形態の鉄や金属を使っても生育できるが、鉄または鉄誘導体を優先する。この生物による代替電子受容体の利用は、存在する電子供与体に依存する。 ^{[1]たとえば、乳酸が電子供与体として使用されているときは、硝酸塩 (NO} ₃ ) と Mn(IV) を代替電子受容体として利用する。 ^[1]

G. fermentans は他のDIRBと同様の還元プロセスを共有しているが、他の鉄還元菌とは異なる代謝特性を示す。呼吸プロセスにおいて、この生物は鉄(III)を用いて前述の有機酸をCO _{2に完全酸化することができるが、例えば}シェワネラ科やフェリモナス科などの他の鉄還元菌種は、同じ有機酸を不完全酸化して酢酸にする。^[1]また、他のほとんどのDIRBとは対照的に、G. fermentans は元素硫黄を電子受容体として利用できないが、これはGeobacter属のDIRBと共有する特性である。^[1]

ジオスリックス・ファーメンタンスは、その名前が示すように、発酵を利用して基質を酸化し、エネルギーを生成することもできる。この生物は、フマル酸やクエン酸などの有機酸を発酵させて増殖し、発酵産物として酢酸やコハク酸を生成する能力を示した。^[1]

金属呼吸は微生物学における一般用語で、特定の細菌が電子伝達系において鉄、マンガンなどの金属を含む分子を電子受容体として利用し、アデノシン三リン酸（ATP）を生成する能力を指します。細菌のG. fermentansは、異化性酸化鉄（酸化鉄）還元と呼ばれる特定の種類の金属呼吸を行います。この生物は、Geovibrio属やDesulfuromonas属などの属を含むShewanella科やGeobacteraceae科の種と同様に、微生物学では一般に「異化性鉄還元細菌」または「DIRB」と呼ばれています。^[1]これらの科とG. fermentansは系統学的には別個で異なるものですが、Fe(III)還元のこの共通メカニズムに基づいて、しばしば一緒にグループ化されることがあります。

特定のDIRBは、鉄(III)を呼吸に組み込むために、鉱酸以外にはほとんど溶けない分子である鉄(III)酸化物を可溶化できなければなりません。^[6]不溶性の鉄(III)酸化物を必要とする細菌がこれを達成するメカニズムとして、2つが提案されています。1つ目は、細菌細胞との直接接触による溶解で、ほとんどの細菌代謝で使用されています。2つ目は、細菌細胞から排出される化合物（電子シャトル化合物）を使用し、細胞から鉄(III)酸化物分子に電子を運び、溶解させるメカニズムです。^[5]電子シャトル化合物の使用は微生物界では珍しいことではありませんが、G. fermentansは、鉄(III)酸化物を可溶化する化合物が環境からではなく内因性であった最初のDIRBです。^[5]この生物は鉄還元細菌によるこのようなFe(III)酸化物の非接触代謝の最初の例であるが、さらなる研究が待たれるが、まだ発見されていない膨大な数の未知の細菌を考慮すると、これが唯一の例である可能性は低い。

G. fermentansは呼吸中に、内因性の電子輸送化合物によって促進される電子の流れを介して少量の電気を生成します。電気は、細菌細胞から陽極へのこの電子の流れを利用する「微生物燃料電池」で生成できます。 ^{[7]自然環境において遠くから Fe(III) を還元できるという}G. fermentans の利点は、微生物燃料電池の利点にはつながりません。電子が輸送化合物から陽極に転送されると、化合物は自由に細胞に戻りますが、距離が長いと化合物が環境に失われる可能性があります。^[7]化合物の損失の可能性と、これらの化合物を生成するために必要な大量のエネルギーを合わせると、電子受容体との直接接触を必要とする DIRB と比較すると、効率的な電力収量にはつながりません。^[7]電極と直接接触するジオバクター・サルファリデューセンスなどの細菌は、いくつかの研究でより高い総出力を示したが、 G.ファーメンタンスは失われた地位を補う可能性のあるメカニズムを持っている。^{[7] [8]}細胞の周囲に未確認の電子シャトルを分泌することにより、環境中での化合物の蓄積は電子伝達を促進し、化合物と電子の損失を防ぐのに役立つ。^[8]

• BacDive の Geothrix fermentans の標準株 - 細菌多様性メタデータ