Cupriavidus metallidurans

Cupriavidus metallidurans (лат.) — неспорообразующая грамотрицательная бактерия, которая эволюционно адаптировалась к высоким концентрациям ионов тяжёлых металлов во внешней среде — концентрациям, заведомо убийственным для большинства других микроорганизмов или, как минимум, существенно нарушающим их размножение и жизнедеятельность[2][3]. В силу этого данная бактерия является очень удобным субъектом для лабораторного изучения нарушений в протекании биохимических процессов внутри живой клетки, вызываемых интоксикацией ионами тяжёлых металлов.

Cupriavidus metallidurans
CSIRO ScienceImage 3908 Coloured scanning electron image of bacterioform gold on a gold grain from the Hit or Miss Mine in northern Queensland.jpg
Фотография золотого самородка под сканирующим электронным микроскопом, демонстрирующая бактериоформную (геометрически сходную с очертаниями бактерий) структуру самородка
Научная классификация
Международное научное название

Cupriavidus metallidurans (Goris et al. 2001) Vandamme and Coenye 2004

Синонимы
  • Ralstonia metallidurans
    Goris et al. 2001
    [1]
  • Wautersia metallidurans (Goris et al. 2001) Vaneechoutte et al. 2004[1]

Синонимы

Ранее эту бактерию называли Ralstonia metallidurans[4]. Ещё ранее она была известна под названиями Ralstonia eutropha и Alcaligenes eutrophus[5].

Лучше всего на данный момент изучен штамм CH34 данной бактерии[5].

Генетические особенности

Данная бактерия, хотя сама не является патогенной ни для растений, ни для человека и животных, проявляет высокую степень генетического родства (гомологии последовательностей в геноме) с важной патогенной для растений бактерией Ralstonia solanacearum[6].

Устойчивость к высоким концентрациям тяжёлых металлов во внешней среде у данной бактерии обеспечивается целым рядом биохимических адаптационных механизмов. Гены, кодирующие все эти биохимические адаптации, и в конечном счёте — предопределяющие устойчивость C. metallidurans к высоким концентрациям тяжёлых металлов, сосредоточены в двух естественных мегаплазмидами pMOL28 и pMOL30 бактериальных хромосом. Потенциально это позволяет плазмидную передачу другим видам бактерий всего комплекса механизмов устойчивости к тяжёлым металлам, через механизмы горизонтального плазмидного переноса генов[2][3][7].

На данный момент геном этой бактерии уже полностью секвенирован. Предварительные, неаннотированные данные секвенирования её генома могут быть получены учёными в Объединённом институте генетики[3].

Биохимические особенности

Данная бактерия является аэробным литоавтотрофом, обладающим факультативной способностью жить и развиваться на среде, в которой присутствуют только неорганические минеральные соли, а также растворённые в воде газообразные H2, O2 и CO2, в отсутствие источников органического углерода. В этих жёстких, ограничительных условиях энергетическая подсистема, обеспечивающая бактериальную клетку необходимой для её жизнедеятельности и для биосинтеза органических соединений энергией, упрощается. В неё в таких условиях входят только гидрогеназа, ферменты дыхательной цепи переноса электронов и аденозинтрифосфатаза. Таким образом, энергетическая подсистема данной бактерии в этих жёстко ограничительных условиях получается очень простой, и чётко отделена от анаболических подсистем, деятельность которых начинается с цикла Кальвина для фиксации углекислого газа (CO2). Это облегчает учёным изучение энергетической подсистемы данной бактерии[8].

Непатогенность

Данная бактерия не является патогенной, то есть она не опасна ни для человека и животных, ни для растений. Это позволяет удобно и безопасно изучать её в лабораторных условиях, на искусственных питательных средах, приближённых к её естественным природным условиям обитания, без повышенных мер безопасности, необходимых при работе с опасными патогенными бактериями[3].

Экологическое значение

Данная бактерия имеет важное экологическое значение, поскольку как сама она, так и генетически родственные ей или биогеоценотически тесно связанные с ней виды бактерий преобладают в мезофильных, сильно загрязнённых тяжёлыми металлами, средах[5][9].

Промышленное значение

Данная бактерия имеет важное промышленное значение. Она применяется для биоремедиации (биологического удаления) загрязнений тяжёлыми металлами из сточных вод, содержащих отходы производства, а также из загрязнённых почв и вод, и для детектирования присутствия этих загрязнений[3]. Кроме того, она также применяется в промышленности для разрушения или обезвреживания различных органических ксенобиотиков. При промышленном применении данной бактерии для обезвреживания органических ксенобиотиков важно то, что она сохраняет свою способность к биотрансформации ксенобиотиков даже в присутствии высоких концентраций тяжёлых металлов, которые угнетают метаболизм большинства других бактерий, в том числе и их способность метаболизировать и обезвреживать ксенобиотики[10].

Роль в биогеохимии золота

Данная бактерия, вместе с бактерией Delftia acidovorans, играет очень важную роль в биогеохимии золота и, в частности, в формировании золотых месторождений и самородков золота. Она способна осаждать металлическое золото из раствора трихлорида золота — соединения, высокотоксичного для большинства других микроорганизмов[11][12][13].

Примечания

  1. 1 2 Genus Cupriavidus : [англ.] // LPSN[en]. (Проверено 7 сентября 2018).
  2. 1 2 Nies, D. H. Microbial heavy metal resistance (англ.) // Applied Microbiology and Biotechnology (англ.). — Springer, 1999. — Vol. 51, no. 6. — P. 730—750. — DOI:10.1007/s002530051457. — PMID 10422221.
  3. 1 2 3 4 5 Nies, D. H. Heavy metal resistant bacteria as extremophiles: molecular physiology and biotechnological use of Ralstonia spec. CH34 (англ.) // Extremophiles : journal. — 2000. — Vol. 4, no. 2. — P. 77—82. — DOI:10.1007/s007920050140. — PMID 10805561.
  4. Vandamme P., Coeyne T. Taxonomy of the genus Cupriavidus: a tale of lost and found (англ.) // International Journal of systematic and Evolutionary Microbiology : journal. — 2004. — 18 June (vol. 54, no. Pt 6). — P. 2285—2289. — DOI:10.1099/ijs.0.63247-0. — PMID 15545472.
  5. 1 2 3 Goris J. et al. Classification of metal-resistant bacteria from industrial biotopes as Ralstonia campinensis sp. nov., Ralstonia metallidurans sp. nov. and Ralstonia basilensis Steinle et al. 1998 emend. (англ.) // Int J Syst Evol Microbiol : journal. — 2001. — Vol. 51, no. Pt 5. — P. 1773—1782. — DOI:10.1099/00207713-51-5-1773. — PMID 11594608.
  6. Salanoubat M. et al. Genome sequence of the plant pathogen Ralstonia solanacearum (англ.) // Nature : journal. — 2002. — Vol. 415, no. 6871. — P. 497—502. — DOI:10.1038/415497a. — PMID 11823852.
  7. Monchy, S.; M.A. Benotmane; P. Janssen; T. Vallaeys; S. Taghavi; D. van der Lelie; M. Mergeay. Plasmids pMOL28 and pMOL30 of Cupriavidus metallidurans are specialized in the maximal viable response to heavy metals (англ.) // Journal of Bacteriology (англ.) : journal. — American Society for Microbiology (англ.), 2007. — October (vol. 189, no. 20). — P. 7417—7425. — DOI:10.1128/JB.00375-07. — PMID 17675385.
  8. Mergeay, M.; D. Nies; H.G. Schlegel; J. Gerits; P. Charles; F. van Gijsegem. Alcaligenes eutrophus CH34 is a facultative chemolithotroph with plasmid-bound resistance to heavy metals (англ.) // Journal of Bacteriology (англ.) : journal. — American Society for Microbiology (англ.), 1985. — Vol. 162, no. 1. — P. 328—334. — PMID 3884593.
  9. Diels, L.; Q. Dong; D. van der Lelie; W. Baeyens; M. Mergeay. The czc operon of Alcaligenes eutrophus CH34: from resistance mechanism to the removal of heavy metals (англ.) // Journal of Industrial Microbiology : journal. — 1995. — Vol. 14, no. 2. — P. 142—153. — DOI:10.1007/BF01569896. — PMID 7766206.
  10. Springael, D.; L. Diels; L. Hooyberghs; S. Kreps; M. Mergeay. Construction and characterization of heavy metal resistant haloaromatic-degrading Alcaligenes eutrophus strains (англ.) // Appl Environ Microbiol : journal. — 1993. — Vol. 59, no. 1. — P. 334—339. — PMID 8439161.
  11. Reith, Frank; Stephen L. Rogers; D. C. McPhail; Daryl Webb. Biomineralization of Gold: Biofilms on Bacterioform Gold (англ.) // Science : journal. — 2006. — 14 July (vol. 313, no. 5784). — P. 233—236. — DOI:10.1126/science.1125878. — Bibcode2006Sci...313..233R. — PMID 16840703.
  12. Бактерия, способная производить чистое золото.
  13. Бактерия, преобразующая токсичные соли золота в чистое золото.

Ссылки