bacteria Культура M. Silvestris, выросшая на ацетате в качестве источника углерода и энергии (FISH)

Methylocella silvestris

Таксономия:

Геном и протеом бактерии:

Описание:

Methylocella silvestris - наиболее изученный из трёх видов рода Methylocella. Она была выделена из кислого лесного камбизоля (почвы, характеризующейся отсутствием накопленного слоя глины, гумуса, растворимых солей, оксидов железа и алюминия) в Германии.

Это ацидофильная, грам-отрицательная, непигментированная, неподвижная, палочковидная, аэробная метанотрофная бактерия. Клетки представляют собой короткие, слегка изогнутые палочки. Размеры клеток составляют приблизительно 1,5 х 0,7 мкм, два полюса бактерии сильно различаются. M. silvestris имеет полисахаридную оболочку. Бактерии живут по отдельности или в виде агрегатов, в которых каждая клетка отделена от других капсульным материалом. Считается, что M. silvestris не образует спор или иных покоящихся стадий. У неё нет интерцитоплазматических мембран, которые имеются у всех прочих метанобактерий, но есть везикулярная мембранная система, связанная с цитоплазматической мембраной.

Бактерия способна расти при значениях рН от 4,5 до 7 (с оптимумом при рН 5,5) и при температуре от 4 до 30 градусов по Цельсию. По сравнению с живущим в болотах родственным видом Methylocella palustris, M. silvestris более терпима к низким температурам, растворенным солям и метанолу. Она способна фиксировать атмосферный азот с помощью чувствительной к кислороду нитрогеназы, и использует сериновый цикл для ассимиляции углерода.

Причины секвенирования генома:

Аэробные метанотрофные бактерии занимают ключевую позицию в круговороте метана. В аэробных прослойках затопленных почв их активность ограничивает потенциальный отток метана в атмосферу, а в хорошо аэрируемых почвах возвышенностей они потребляют непосредственно атмосферный метан. Одиннадцать из двенадцати известных родов метанотрофов включают виды, живущие в различных экологических условиях, для которых характерны различные биохимические пути, но всех их объединяет одно: неспособность расти на субстратах, содержащих углерод-углеродные связи. Рост таких бактерий лимитирован метаном, метанолом, формиатом, формальдегидом и метиламинами. Однако, в отличие от прочих метанотрофов, все три вида рода Methylocella являются катаболически гибкими факультативными метанотрофами, т.е. способны расти не только на субстратах, не содержащих углерод-углеродные связи, но и на таких, как ацетат, этанол, пируват, сукцинат, малат и пропан. Кроме того, только Methylocella окисляет метан исключительно с помощью растворимой метан-монооксигеназы (sMMO). У неё отсутствует нерастворимая метан-монооксигеназа (pMMO), имеющаюся у других аэробных метанотрофов, и нет интерцитоплазматических мембран, с которыми pMMO связана. Причина облигатной природы метанотрофности - давняя научная загадка. Секвенирование полного генома Methylocella silvestris поможет пролить свет на биохимию и генетическую регуляцию путей её нестандартного метаболизма. Сравнение её генома с двумя близкородственными бактериями: облигатным метанотрофом Methylocapsa acidiphila и не-метанотрофным хемоорганотрофом Beijerinckia indica , должно обеспечить понимание эволюции облигатной метанотрофности, и адаптаций метаболизма, требуемых для специализированного строго метанотрофного образа жизни в сравнении с хемоорганотрофным типом питания в целом.

Статьи в Pubmed:

2000/01:2012/12[dp] (methylocella silvestris) and (genome) – 4 результата.
Из них одна статья посвящена открытию бактерии, две – биохимическим особенностям, и ещё одна – собственно секвенированию генома. Без фильтра по дате – столько же, т.к. бактерия открыта в 2003 году.

Complete Genome Sequence of the Aerobic Facultative Methanotroph Methylocella silvestris BL2 (→)

Полная последовательность генома аэробного факультативного метанотрофа Methylocella silvestris (штамм BL2)

Авторы:

Yin Chen, Andrew Crombie, M. Tanvir Rahman, Svetlana N. Dedysh, Werner Liesack, Matthew B. Stott, Maqsudul Alam, Andreas R. Theisen, J. Colin Murrell, Peter F. Dunfield
bacteria

Электронные микрофотографии ультратонких срезов клеток штамма BL2, выросших на метаноле (a, b, f) и на метане (c–e). Цепочки плоских и овальных мембранных везикул расположены на периферии клеток (a, b, d–f) (MV, membrane vesicles). Большие гранулы поли-β-гидроксибутирата (PHB) видны в выращенных на метаноле клетках (f). Волокнистая структура полисахаридной капсулы видна на фото (с). Полисахаридная капсула не видна вокруг всех клеток (a, b, d–f), так как она отделилась во время приготовления препарата.

Pubmed ID:

20472789

PMC ID:

PMC2897342

Дата публикации в сети:

14 мая 2010

Abstract:

Methylocella silvestris BL2 - аэробный метанотроф, первоначально выделенный из кислой лесной почвы в Германии. Это первый обнаруженный факультативный метанотроф. Бактерия растет не только на метане и других одноуглеродных (С1) субстратах, но и на некоторых соединениях, содержащих углерод-углеродные связи, таких, как ацетат, пируват, пропан и сукцинат. Здесь мы сообщаем о секвенировании полной последовательности генома этой бактерии.

Methylocella spp. встречаются в изобилии в кислых почвах и болотах и помогают уменьшать выбросы метана из этих мест обитания. Они уникальны по сравнению со всеми другими известными аэробными метанотрофами. В частности, они не имеют обширных внутренних мембранных систем, а также, по всей видимости, ключевого фермента pPMO, обнаруженного во всех других метанотрофах. Вместо этого они используют только sMMO для окисления метана.

Геном Methylocella silvestris BL2 был cеквенирован, собран и аннотирован в Объединенном институте генома (Министерство энергетики США). В общей сложности 38459 ридов (шестикратное покрытие), в том числе 32,993 ридов по обеим цепям, секвенированных по Сэнгеру «методом дробовика», 5040 ридов, полученных методом пиросеквенирования, и 580 окончательных ридов были включены в итоговую сборку. Три полосы данных с прибора Solexa были использованы для “шлифовки” результатов.

(Исходный текст фрагмента: A total of 38,459 reads (6 x coverage), including 32,993 paired-end shotgun Sanger reads, 5,040 Roche 454 reads, and 580 finishing reads were included in the final assembly. Three lanes of Solexa data were used to polish the project).

Размер генома составляет 4,3 млн. п.н. Содержание G+C составляет 63%. В общей сложности, было предсказано 3917 генов-кандидатов и среди них обнаружено 99 псевдогенов. Функции предположены у 67,9% генов, в то время как 30,9% генам не может быть назначено никакой известной функции. На основании BLASTP-поиска в базе данных KEGG (Энциклопедия генов и геномов Киото), 3413 из 3917 (87,1%) генов-кандидатов имеют значительное сходство с генами протеобактерий. Только 11 и 14 генов имеют хорошие совпадения с генами архей и эукариот, соответственно. Все тРНК-кодирующие регионы были выявлены, обнаружено два одинаковых оперона рРНК. Отсутствие гена pmoCAB, кодирующего фермент pMMO, который присутствует у всех других родов метанотрофов, теперь окончательно подтверждено последовательностью генома. Полный оперон, кодирующий sMMO (mmoXYBZDC) был обнаружен, как и полный оперон, кодирующий метанол-дегидрогеназу (mxaFJGIRSACKLDEH) и все гены, необходимые для фиксации метана через сериновый цикл. Гены, кодирующие ключевые ферменты тетрагидрофолат- и тетрагидрометаноптерин-опосредованного путей окисления формальдегида обнаружены не были.

М. silvestris может расти на двухуглеродных соединениях, в частности, ацетате. Гены ацетаткиназы и фосфотрансацетилазы присутствуют, позволяя ацетату быть поданным в цикл трикарбоновых кислот (ТСА). Гены, кодирующие ферменты глиоксилатного шунта (т.е. изоцитратлиазу и малатсинтазу) выявлены не были. Этот путь имеет важное значение для бактерий при росте на двухуглеродных соединениях. Бактерия также может расти на С3 и С4 соединениях, и полный набор генов, кодирующих ферменты ЦТК присутствует, в том числе гены, кодирующие α-кетоглутаратдегидрогеназу, которые отсутствуют у некоторых метанотрофов. Интересно, что кластер генов ди-железосодержащей многокомпонентной пропанмонооксигеназы также присутствует. Последовательность генома М. silvestris является первым доступным геномом альфапротеобактериального метанотрофа и третьим доступным геномом метанотрофа, наряду с геномами гаммапротеобактерии Methylococcus capsulatus и Methylacidiphilum infernorum из Verrucomicrobia. Более подробный анализ генома, а также сравнительный анализ с геномами облигатными метанотрофами обеспечит более полное представление о метаболизме этой удивительной бактерии.

Источники: