Loading article…
| ハロフェラックス・ボルカニ | |
|---|---|
| |
| 位相差顕微鏡を使用してアガロースパッドの下で撮影された、実験室で培養された Haloferax volcanii の培養物。 | |
| 科学的分類 | |
| ドメイン： | |
| 王国： | |
| 門: | |
| クラス： | |
| 注文： | |
| 家族： | |
| 属: | |
| 種： | H. ボルカニ
|
| 二名法名 | |
| ハロフェラックス・ボルカニ (Mulakhanbhai および Larsen、1975 年) Torreblanca et al.、1986
| |
| 同義語 | |
| |
Haloferax volcanii は、古細菌のHaloferax属に属する生物の一種です。
説明と意義
Haloferax volcaniiは好塩性 中温古 細菌で、死海、グレートソルト湖、塩化ナトリウム濃度の高い海洋環境などの高塩分環境から分離できます。Haloferax volcanii は極限環境細菌としては珍しく、大きな困難もなく培養できることが注目に値します。H . volcanii は化学有機栄養性で、糖を炭素源として代謝します。[2]主に好気性ですが、無酸素条件下では嫌気呼吸が可能です。 [3]最近、カリフォルニア大学バークレー校の研究者らが、火星での塩性古細菌の生存に関するプロジェクトの一環として、この種の分離株を研究しました。
ゲノム構造
H. volcaniiのゲノムは、大きな（4 Mb ）多コピー染色体といくつかのメガプラスミドで構成されています。H . volcaniiの野生型株（DS2）の完全なゲノムは、約4130個の遺伝子で構成されています。[4]
ゲノムは完全に配列決定されており、それについて論じた論文が2010年に発表されました。[5] H. volcaniiの分子生物学は、DNA複製、DNA修復、RNA合成についてさらに詳しく知るために、過去10年間にわたって広範囲に研究されてきました。これらのプロセスで使用される古細菌タンパク質は、真核生物のタンパク質と非常に類似しているため、主にこれらの生物のモデルシステムとして研究されています。H . volcaniiは、「交配」、つまり細胞融合のメカニズムを通じて、 豊富な水平遺伝子伝達を起こします。
細胞構造と代謝
H. volcaniiの繁殖は二分裂による無性生殖で行われます。この方法は他の古細菌や細菌の繁殖方法と似ています。
多くの古細菌と同様に、H. volcanii細胞には細胞壁がないため、構造はS 層や細胞骨格タンパク質などの他のメカニズムに依存しています。 [6]個々のH. volcanii古細菌の直径は 1～3 マイクロメートルです。[7]これらは多形性があり、一般的には培養が進むにつれて、運動性のある細長い棒状から、静止したバイオフィルムを生成する円盤状に移行します。[8]さらに、H. volcaniiによって生成されたバイオフィルムは、湿度の変化にさらされると急速にハニカムパターンを生成することができます。[9]この生物の膜は、古細菌にのみ見られる典型的なエーテル結合膜脂質でできており、独特の赤い色を与えるリコピンなどのカロテノイドを多く含んでいます。
H. volcanii は、細菌に見られる一般的な適合溶質法ではなく、塩分法を使用して浸透圧を維持します。この方法では、細胞内のカリウムイオンを高濃度に維持して、外部のナトリウムイオンとバランスをとります。このため、H. volcanii は複雑なイオン調節システムを備えています。
H. volcaniiは1.5～2.5M NaClと複合栄養培地で42～45℃で最適に生育します。37℃でも生育しますが、濃縮NaClと複合培地が必要です。[4]
塩法のため、細胞質タンパク質は高イオン濃度の存在下で折りたたまれる構造になっています。そのため、通常、タンパク質の外側部分には多数の荷電残基があり、コアを形成する非常に疎水性の残基があります。この構造により、塩分や高温環境でも安定性が大幅に向上しますが、細菌相同物と比較すると、処理能力がいくらか低下します。
H. volcanii は、 Halobacterium salinarumなどの他のいくつかの塩性細菌とは異なり、ATP の唯一の供給源として呼吸を行っていますが、必要なバクテリオロドプシンがないため、光リン酸化を行うことができません。
エコロジー
H. volcaniiの分離株は、死海などの塩分濃度の高い水生環境でよく見られます。生態系における正確な役割は不明ですが、これらの生物に含まれる炭水化物は、多くの実用的な目的に役立つ可能性があります。周囲の塩分にもかかわらず恒常性を維持する能力があるため、H. volcanii はバイオテクノロジーの進歩において重要な役割を果たす可能性があります。H . volcaniiおよび類似の種は最も古い生物にランクされている可能性が高いため、遺伝学と進化に関する情報も提供します。[10]
死海
死海には、ナトリウム、マグネシウム、カルシウムの塩が非常に高濃度で含まれています。この組み合わせにより、死海はH.volcaniiなどの極限環境微生物にとって理想的な環境となっています。[11]死海には多様な微生物群集がありますが、カプランとフリードマンが実施したフィールドテストでは、H.volcaniiが群集内で最も多く存在することが報告されています。[12]死海は平均約37℃と非常に暖かく、細菌の繁殖がしやすいため、夏には好塩菌の数が多くなるのが一般的です。[13]残念ながら、死海は自然要因と人間の活動の両方が原因で塩分濃度が上昇しているため、 H.volcaniiなどの極限環境微生物にとって住みにくい場所になりつつあります。Haloferax volcaniiの主な環境であるため、塩分濃度の変化は種を危険にさらします。
DNAの損傷と修復
原核生物では、DNAゲノムは動的な構造である核様体で構成され、細胞質に埋め込まれています。Haloferax volcaniiがDNAを損傷するストレスにさらされると、核様体の圧縮と再編成が起こります。[14] 圧縮は、DNA二重鎖切断の相同組換え修復に用いられるMre11-Rad50タンパク質複合体に依存しています。Delmasら[14]は、核様体の圧縮はDNA修復タンパク質が標的を見つけるのを助け、相同組換え中に無傷のDNA配列の探索を容易にすることで細胞の回復を加速するDNA損傷応答の一部であると提唱しました。
遺伝子交換
H. volcanii は、固体のニトロセルロース膜上で細胞を混合することで遺伝子交換の過程を経ることができることが示されている。形質導入と形質転換の過程は除外され、接合が潜在的な伝達メカニズムとして残されている。このメカニズムは、他の既知の形態とは異なる新しいものであると考えられており、遺伝子交換は他の原核生物システムの接合の古典的な形態のように一方向ではないようだ。[15]
液体培地で培養された細胞は撹拌されている間は遺伝子転移を示さないため、細胞間の長期にわたる接触が必要である。[15]電子顕微鏡実験では、H. volcanii細胞が複数の細胞質橋のような構造を介して互いに付着している画像が撮影されており[16]、これが遺伝子交換の明らかな方法であると考えられている。これらの橋の形成と DNA の転移に直接関与するタンパク質機構はまだ発見されていないが、RNAseq データを発表した研究ではさまざまなタンパク質が関与していることが示唆されている。[17]他の研究では、環境塩濃度[18] 、全体的なグリコシル化[18] 、および細胞表面の脂質化[19]を操作すると遺伝子転移の速度が変化することも示されている。
この古細菌のDNA結合システムは、種間でも機能することが示されており、H. volcaniiと近縁種のH. mediterraneiは、このプロセスによって種内交換と同程度のレベルで遺伝情報を交換することができる。 [ 20]交換する染色体を再結合する必要があると選択しない限り、交換する細胞の生存には再結合は不要である。これにより、2つの異なる染色体を含むハイブリッド細胞の形成につながる可能性がある。[20]
CRISPRは遺伝子転移の制御にも役割を果たしている可能性があり、この過程で細胞はCRISPRアレイに新たなスペーサーを獲得することが示されている。[21]
宇宙生物学
ハロフェラックス・ボルカニが生存する環境（高塩分と高放射線）は、火星の表面の環境と非常によく似ている。そのため、この生物は現在、火星における地球固有の極限環境生物の生存可能性をテストするために使用されている。この分野の進歩は、地球外生命の可能性と発展についての理解を深めることにつながる可能性がある。[22]
参照
参考文献
- ^ "LPSN - 命名法に定められた原核生物の名前のリスト". Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen 。2022-07-14に取得。
- ^ オーレン、A. (2014)。 「ハラナエロビア目、ハラナエロビア科およびハロバクテロイド科」。 E.ローゼンバーグにて。デロング、EF;ロリー、S.シュタッケブラント、E.トンプソン、F. (編)。ファーミクテスとテネリクテス。原核生物 (第 4 版)。スプリンガー。 153–177ページ。土井：10.1007/978-3-642-30120-9_218。ISBN 978-3-642-30120-9。
- ^ Zaigler A、Schuster SC 、Soppa J (2003 年 5 月)。「古細菌 Haloferax volcanii の代謝を特徴付けるための 1 倍カバレッジ ショットガン DNA マイクロアレイの構築と使用」。Mol Microbiol。48 ( 4): 1089–105。doi :10.1046/j.1365-2958.2003.03497.x。PMID 12753198 。
- ^ ab "UCSC Genome Browser Gateway". archaea.ucsc.edu . 2017年4月20日閲覧。
- ^ Hartman, AL; Norais, C; Badger, JH; Delmas, S; Haldenby, S; Madupu, R; Robinson, J; Khouri, H; Ren, Q; Lowe, TM; Maupin-Furlow, J; Pohlschroder, M; Daniels, C; Pfeiffer, F; Allers, T; Eisen, JA (2010). 「モデル古細菌 Haloferax volcanii DS2 の完全ゲノム配列」. PLOS ONE . 5 (3): e9605. Bibcode : 2010PLoSO ...5.9605H. doi : 10.1371/journal.pone.0009605 . PMC 2841640. PMID 20333302.
- ^ ダギン他 2014
- ^ Garrity, GM, Castenholz, RW, Boone, DR (編) Bergey's Manual of Systemic Bacteriology, Volume One: The Archaea and the Deeply Branching and Phototrophic Bacteria. 第 2 版. ニューヨーク: Springer. 2001. p. 316.
- ^ ウォルシュ他 2019
- ^ ヘザー・シラー;シュルツ、ステファン。ムータン、ズハ。ド・ヴォー、シャーロット。ランシー、カタリナ。シュワルツ、ジェシカ。ラドス、テオピ。ビッソン・フィリョ、アレクサンドル・W.ポールシュレーダー、メヒティルド（2020年1月）。 「Haloferax Volcaniiに浸漬された液体バイオフィルムは、既知のバイオフィルム機械とは独立して発達し、急速なハニカム パターン形成を示します。」bioRxiv 10.1101/2020.07.18.206797。
- ^ Haloferax に関する NCBIウェブページを参照してください。データは「NCBI 分類リソース」から抽出されました。国立生物工学情報センター。2007年 3 月 19 日閲覧。
- ^ Oren, A. (1983). 「死海の水柱における塩性細菌の個体群動態」.陸水学と海洋学. 28 (6): 1094–1103. Bibcode :1983LimOc..28.1094O. doi :10.4319/lo.1983.28.6.1094.
- ^ Mullakhanbhai MF、Larsen H (1975 年 8 月)。「Halobacterium volcanii spec. nov.、中程度の塩分要求性を持つ死海の塩性細菌」。Arch Microbiol . 104 (3 ) : 207–14。Bibcode :1975ArMic.104..207M。doi :10.1007/BF00447326。PMID 1190944 。
- ^ Neev, D.; Emery, KO (1967). 死海: 蒸発岩の堆積プロセスと環境。速報 (Makhon ha-geʼologi (イスラエル))。第41巻。OCLC 525060。
- ^ ab Delmas, S; Duggin, IG; Allers, T (2013). 「DNA損傷は、古細菌Haloferax volcaniiにおけるMre11-Rad50複合体を介して核様体の圧縮を誘導する」Mol Microbiol . 87 (1): 168–79. doi :10.1111/mmi.12091. PMC 3565448. PMID 23145964 .
- ^ ab メヴァレク、M;ウェルツバーガー、R (1985 年 4 月)。 「Halobacterium volcanii における遺伝子導入」。細菌学ジャーナル。162 (1): 461-2.土井：10.1128/jb.162.1.461-462.1985。ISSN 0021-9193。PMC 219016。PMID 3980444。
- ^ Rosenshine, I.; Tchelet, R.; Mevarech, M. (1989-09-22). 「古細菌の交配システムにおける DNA 伝達のメカニズム」. Science . 245 (4924): 1387–9. Bibcode :1989Sci...245.1387R. doi :10.1126/science.2818746. ISSN 0036-8075. PMID 2818746.
- ^ Makkay, Andrea M.; Louyakis, Artemis S.; Ram-Mohan, Nikhil; Gophna, Uri; Gogarten, J. Peter; Papke, R. Thane (2020-12-18). 「モデル古細菌の水平遺伝子伝達（交配）を促進する条件下での遺伝子発現変化に関する洞察」. Scientific Reports . 10 (1): 22297. Bibcode :2020NatSR..1022297M. doi :10.1038/s41598-020-79296-w. ISSN 2045-2322. PMC 7749143. PMID 33339886 .
- ^ ab Shalev, Yarden; Turgeman-Grott, Israela; Tamir, Adi; Eichler, Jerry; Gophna, Uri (2017). 「細胞表面グリコシル化はHaloferax volcaniiの効率的な交配に必要である」。Frontiers in Microbiology . 8 : 1253. doi : 10.3389 /fmicb.2017.01253 . ISSN 1664-302X. PMC 5496957. PMID 28725221.
- ^ Abdul Halim, Mohd Farid; Pfeiffer, Friedhelm; Zou, James; Frisch, Andrew; Haft, Daniel; Wu, Si; Tolić, Nikola; Brewer, Heather; Payne, Samuel H.; Paša-Tolić, Ljiljana; Pohlschroder, Mechthild (2013 年 6 月)。「Haloferax volcanii のアーキオソルターゼは、S 層糖タンパク質の運動性、交配、および C 末端処理に必要である」。分子微生物学 。88 ( 6 ): 1164–75。doi :10.1111/mmi.12248。ISSN 1365-2958。PMID 23651326。S2CID 5756916 。
- ^ ab ナオール、アディット;ラピエール、パスカル。メヴァレク、モシェ。パプケ、R. セイン。ゴフナ、ウリ (2012-08-07)。 「好塩性古細菌における低い種障壁と組換え雑種の形成」。現在の生物学。22 (15): 1444–8。Bibcode :2012CBio...22.1444N。土井：10.1016/j.cub.2012.05.056。ISSN 1879-0445。PMID 22748314。S2CID 12634287 。
- ^ Turgeman-Grott, Israela; Joseph, Shirley; Marton, Sam; Eizenshtein, Kim; Naor, Adit; Soucy, Shannon M.; Stachler, Aris-Edda; Shalev, Yarden; Zarkor, Mor; Reshef, Leah; Altman-Price, Neta; Marchfelder, Anita; Gophna, Uri (2019年1月)。「古細菌の種間交配によって促進されるCRISPRメモリの広範な獲得は、遺伝子転移を制限し、種分化に影響を与える可能性がある」。Nature Microbiology。4 ( 1 ) : 177–186。doi : 10.1038/s41564-018-0302-8。ISSN 2058-5276。PMC 6298592。PMID 30478289。
- ^ DasSarma, S. (2006). 「極度好塩菌は宇宙生物学のモデルとなる」(PDF) . Microbe Magazine . 1 (3): 120–6. doi :10.1128/MICROBE.1.120.1.
出典
- Duggin, Iain G.; Aylett, Christopher HS; Walsh, James C.; Michie, Katharine A.; Wang, Qing; Turnbull, Lynne; Dawson, Emma M.; Harry, Elizabeth J.; Whitchurch, Cynthia B.; Amos, Linda A.; Löwe, Jan (2014 年 12 月)。「CetZ チューブリン様タンパク質が古細菌細胞の形状を制御する」。Nature . 519 ( 7543): 362–5. doi :10.1038/nature13983. PMC 4369195 . PMID 25533961。
- Walsh, James C.; Angstmann, Christopher N.; Bisson-Filho, Alexandre W.; Garner, Ethan C.; Duggin, Iain G.; Curmi, Paul MG (2019 年 6 月)。「多形性古細菌の分裂面配置は細胞の形状に動的に連動している」。分子微生物学 。112 ( 3 ): 785–799。doi :10.1111/mmi.14316。PMC 6736733。PMID 31136034。
さらに読む
- Carletti, Micaela; Martinez, Maria J.; Gimenez, Maria I.; Sastre, Diego E.; Paggi, Roberto A.; De Castro, Rosana E. (2014 年 6 月)。「LonB プロテアーゼは膜脂質組成を制御し、極限環境好塩古細菌 Haloferax volcanii の生存に必須である」。Environmental Microbiology。16 ( 6 , Sp. Iss. SI): 1779–92。Bibcode :2014EnvMi..16.1779C。doi : 10.1111 / 1462-2920.12385。hdl : 11336/13121。PMID 24428705。2014 年11月 11日閲覧。
- Chimileski, Scott; Franklin, Michael J; Papke, R Thane (2014 年 8 月 14 日) 。「古細菌 Haloferax volcanii によって形成されたバイオフィルムは、細胞分化と社会運動性を示し、遺伝子の水平伝播を促進する」。BMC Biology。12 : 65。doi : 10.1186 / s12915-014-0065-5。PMC 4180959。PMID 25124934。
- Oren A、Ventosa A (2000)。「国際細菌分類学委員会 塩性細菌科の分類に関する小委員会。会議議事録、1999 年 8 月 16 日、オーストラリア、シドニー」。Int . J. Syst. Evol. Microbiol . 50 (3): 1405–7. doi : 10.1099/00207713-50-3-1405 . PMID 10843089。
- Parente, Juliana; Casabuono, Adriana; Ferrari, Maria; Paggi, Roberto; De Castro, Rosana; Cuoto, Alicia; Gimenez, Maria (2014 年 4 月 18 日)。「Rhomboid Protease 遺伝子の欠失は Haloferax volcanii の S 層糖タンパク質に N 結合した新規オリゴ糖に影響する」。Journal of Biological Chemistry。289 ( 16 ) : 11304–17。doi : 10.1074/ jbc.M113.546531。PMC 4036268。PMID 24596091。
- Torreblanca M, Rodriquez-Valera F, Juez G, Ventosa A, Kamekura M, Kates M (1986). 「数値分類と極性脂質組成に基づく非アルカリ好塩性細菌の分類、および新属Haloarculaと新属Haloferaxの説明」. Syst. Appl. Microbiol . 8 (1–2): 89–99. Bibcode :1986SyApM...8...89T. doi :10.1016/s0723-2020(86)80155-2.
- Schiller, Heather; Schulze, Stefan; Mutan, Zuha; de Vaulx, Charlotte; Runcie, Catalina; Schwartz, Jessica; Rados, Theopi; Bisson Filho, Alexandre W.; Pohlschroder, Mechthild (2020-07-18)、「Haloferax volcanii 浸漬液体バイオフィルムは、既知のバイオフィルム機構とは独立して発達し、急速なハニカムパターン形成を示す」、mSphere、5 (6)、Cold Spring Harbor Laboratory、bioRxiv 10.1101/2020.07.18.206797、doi : 10.1128/mSphere.00976-20、PMC 7771232、PMID 33328348
- de Silva, Roshali T.; Abdul-Halim, Mohd F.; Pittrich, Dorothea A.; Brown, Hannah J.; Pohlschroder, Mechthild; Duggin, Iain G. (2021年2月). 「Haloferax volcanii の成長と形態の可塑性の向上」. Microbiology (Reading) . 167 (2). doi : 10.1099/mic.0.001012 . hdl : 10453/147869 . PMC 8131023 . PMID 33459585.
科学書
外部リンク
- BacDive の Haloferax volcanii のタイプ株 — 細菌多様性メタデータ