Bolal bakteriyalari - Cable bacteria - Wikipedia

Ikki qatlam cho'kindilar orasidagi kabel bakteriyalari shisha silindr ichida bo'linadi.
Sirt cho'kindilarida kabel bakteriyalarining metabolizmini ko'rsatadigan diagramma. Vodorod sulfidi (H2S) sulfidli cho'kindi qatlamida oksidlanib, hosil bo'lgan elektronlar (e−) kabeli bakteriyalar filamentlari orqali o'tkaziladi oksidli qatlam va molekulyar kislorodni kamaytirish uchun ishlatiladi (O2).

Bolal bakteriyalari ipli bakteriyalar cho'kindi va er osti suv qatlamlarida 1 sm dan ortiq masofada elektr tokini o'tkazadigan.[1][2] Kabel bakteriyalari uzoq masofalarga elektron transportni amalga oshirishga imkon beradi, bu elektron donorlarni elektron akseptorlari bilan bog'laydi, ilgari ajratilgan oksidlanish va qaytarilish reaktsiyalarini birlashtiradi.[3] Bolal bakteriyalari kislorodning kamayishini juftlashtiradi[2] yoki nitrat[4] cho'kindi yuzasida sulfid oksidlanishiga qadar[2] chuqurroq, anoksik, cho'kindi qatlamlarda.

Kashfiyot

Cho'kindilarning uzoq masofadagi elektr o'tkazuvchanligi birinchi marta 2010 yilda sulfid oksidlanishining fazoviy ajratilishi va dengiz cho'kindisida kislorodning kamayishi kuzatilgan bo'lib, u kimyoviy diffuziya bilan izohlanadigan darajada tezroq qayta tiklandi.[1] Keyinchalik, ushbu elektr o'tkazuvchanligi shisha mikrosferalarning o'tkazuvchan bo'lmagan qatlami bo'ylab kuzatilishi mumkinligi aniqlandi, bu erda faqat o'tkazuvchan tuzilmalar oilaga tegishli filamentli bakteriyalar bo'lgan. Desulfobulbaceae.[2] Yagona, jonli iplarning o'tkazuvchanligi keyinchalik oksidlanish holatini kuzatish orqali namoyon bo'ldi sitoxromlar foydalanish Raman mikroskopi.[5] Xuddi shu hodisa keyinchalik chuchuk suv cho'kindilarida ham kuzatilgan[6] va er osti suv qatlamlari.[7] 15 sm qalinlikdagi cho'kindining ustki qatlami bo'ylab, har bir santimetr sirt uchun 2 km gacha bo'lgan uzunlikdagi kabel bakteriyalarining zichligi kuzatildi.[8]

Morfologiya

Kabel bakteriyalarining iplari diametri 0,4-1,7 µm va uzunligi 15 mm gacha.[8] Filamentlar o'rtacha uzunligi 3 um bo'lgan novda shaklidagi hujayralardan iborat. Filamentlar - bu bir-biriga yig'ilgan kataklardan tashkil topgan uzun iplar bo'lib, ular 30-70 mm gacha bo'lishi mumkin. Ba'zi filamentlar yuqoriga qarab 10 000 hujayradan iborat.[9] Har bir hujayraning 15 dan 54 tagacha tizmalari bor va tizmalar filamaning butun uzunligini qamrab oladi.[2][10] Ushbu tizmalar hujayralarning Supero'tkazuvchilar tuzilishini o'z ichiga olgan deb faraz qilingan.[2][11]

Aloqalar

Filamentdagi hujayralar birlashma bilan bog'langan.[12] Filaman ichidagi hujayralar orasidagi bog'lanishlar diametri hujayra diametridan kichikroq, tutashgan tomonning ikkala tomonidagi hujayralar bilan bir xil diametrda yoki bo'rtib chiqib, hujayra diametridan kengroq bo'ladi.[12] Birlashmalar hujayralarning o'ziga qaraganda ko'proq kuchga bardosh berishga qodir.[12] Har bir o'tish joyining qarama-qarshi tomonidagi hujayralar ajratiladi; agar bitta hujayra yorilib ketsa, tutashgan tomonning boshqa tomonidagi hujayra buzilmasdan qoladi.[12]

Iplar

Kabel bakteriyalarida simlar deb nomlanadigan tuzilmalar mavjud.[12] Iplar tashqi membranadagi tizmalar ichida joylashgan bo'lib, bitta hujayrani boshqasiga ulaydi.[12] Iplar butun filamaning uzunligini uzluksiz uzaytiradi.[12] Iplarning kengligi taxminan 20-40 nm.[12] Ipning kattaligi va funktsiyasi a ga o'xshaydi mikrotubula.[12] Iplar iplar uchun strukturaviy poydevor bo'lib xizmat qiladi va iplar shaklini saqlab turishda, ayniqsa o'sish davrida asosiy rol o'ynaydi deb o'ylashadi.[12]

Tarqatish

Kabel bakteriyalari odatda qisqargan cho'kindilarda uchraydi.[13] Ular bitta filaman yoki filamentlarning aglomeratsiyasi sifatida mavjud bo'lishi mumkin.[13] Kabel bakteriyalari suv o'simliklarining ildiz tuklari bilan birlashtirilganligi va rizosferada mavjudligi aniqlandi.[13] Ularning tarqalishi sho'rlanish gradyaniga teng; ular chuchuk suvda, sho'r suvli ko'llarda va dengiz yashash joylarida mavjud.[14][15] Kabel bakteriyalari butun dunyo bo'ylab turli xil iqlim sharoitida aniqlangan,[16] shu jumladan Daniya,[2][6] The Gollandiya,[11] Yaponiya,[17] Avstraliya,[18] va Qo'shma Shtatlar.[19]

Harakatlanish

Kabel bakteriyalarida flagella yo'q, ammo bunga qodir harakatchanlik sirpanish shaklida[20] moddalarni chiqarib tashlash orqali o'zlarini oldinga siljitish orqali.[21] Kabel bakteriyalari 2,2 µm / s tezlikda harakatlanishi kuzatilgan, o'rtacha tezligi 0,5 µm / s.[20] Kabel bakteriyalarida harakatlanish tezligi bakteriyalar hajmi bilan bog'liq emas.[20] Kabel bakteriyasi sirpanishining o'rtacha masofasi uzilmasdan taxminan 74 um.[20] Kabel bakteriyalarining iplari yarmiga egilishga moyil bo'lib, ularning harakati ipning bir uchi bilan olib borilishidan farqli o'laroq, burilish tepasi tomonidan boshqariladi.[20] Qaytib siljish orqali harakatlanish uchun burama kamdan-kam uchraydi, lekin sodir bo'ladi.[20] Kabel bakteriyalari, ehtimol, kislorod bilan shug'ullanadi kemotaksis, chunki ular anoksik yoki gipoksik muhitda harakatlanishi va kislorod bilan aloqa qilishda siljishni to'xtatishi kuzatiladi.[20] Harakatlanish boshqa mikroorganizmlar uchun muhim bo'lsa-da, simi bakteriyalari kislorodni sulfid bilan bog'laydigan joyda joylashganidan so'ng, ular endi harakat qilishlari shart emas.[20] Motilitga bo'lgan ehtiyojning pasayishi, nima uchun kabel bakteriyalarining genomida xemotaksis bilan bog'liq bo'lgan boshqa operonlarning boshqalarnikiga qaraganda kamligi tushuntirilishi mumkin Desulfobulbaceae.[21] Xemotaksis bilan bog'liq kamroq operonlar harakatlanishning cheklanishiga olib keladi.[21]

Taksonomiya

Kabel bakteriyalarining ikkita nomzod nasli tavsiflangan: Elektrotex dengiz yoki sho'r cho'kindilarida uchraydigan to'rtta nomzod turini o'z ichiga olgan va Elektronema chuchuk suv cho'kindilarida joylashgan ikkita nomzod turini o'z ichiga oladi.[17] Chuchuk suv va dengiz simi bakteriyalari 88 foizga o'xshash ekanligi aniqlandi 16S ribosomal RNK taqqoslashlar.[9] Ushbu nasllar oila ichida tasniflanadi Desulfobulbaceae. Ga binoan so'nggi umumiy ajdod kabel bakteriyalarining kelib chiqishi ehtimol Deltaproteobakteriyalar, Gammaproteobakteriyalar, Xromatiales va Thiotrichales.[21] Bolal bakteriyalari ularning filogeneziga emas, balki ularning funktsiyalari bilan belgilanadi va bundan tashqari kabel bakteriyalari taksonlari topilishi mumkin.

Ekologik ahamiyati

Kabel bakteriyalari atrofdagi muhitning geokimyoviy xususiyatlariga kuchli ta'sir ko'rsatadi. Ularning faoliyati oksidlanishiga yordam beradi temir cho'kma yuzasida va hosil bo'lgan temir oksidlari fosfor tarkibidagi birikmalarni bog'laydi[22] va vodorod sulfidi,[23] miqdorini cheklash fosfor va vodorod sulfidi suvda. Fosfor sabab bo'lishi mumkin evrofikatsiya va vodorod sulfidi dengiz hayoti uchun toksik bo'lishi mumkin, ya'ni kabel bakteriyalari qirg'oq hududlarida dengiz ekotizimlarini saqlashda muhim rol o'ynaydi.

Metan chiqindilari

Kabel bakteriyalarining mavjudligi to'yingan tuproqlardan metan chiqindilarining pasayishiga olib kelishi mumkin. Elektronlarning simi bakteriyalari orqali o'tishi suv ostida bo'lgan tuproqlarda yuzaga keladigan sulfatning kamayishini sulfat oksidlanish bilan muvozanatlashiga imkon beradi. Kabel bakteriyalari filamentlari orqali elektronlar chiqarilishi tufayli oksidlanish mumkin. Ushbu muvozanat orqali sulfat mavjud bo'lib qoladi sulfat kamaytiradigan bakteriyalar, raqobatlashadigan metanogenlar. Bu metanogenlar tomonidan metan ishlab chiqarishning pasayishiga olib keladi.[24]

Amaliy qo'llanmalar

Kabel bakteriyalari bentik bilan bog'liqligi aniqlandi mikrobial yonilg'i xujayralari, okean tubidagi kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantiradigan qurilmalar.[25] Kelajakda simi bakteriyalari samaradorligini oshirishda muhim rol o'ynashi mumkin mikrobial yonilg'i xujayralari. Kabel bakteriyalari dengiz cho'kindilarida ifloslantiruvchi uglevodorodlarni parchalash uchun bioelektrokimyoviy tizim bilan bog'liqligi ham aniqlandi. [26] va shu bilan kelajakda rol o'ynashi mumkin neft to'kilishi tozalash texnologiyalari.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b Nilsen LP, Risgaard-Petersen N, Fossing H, Kristensen PB, Sayama M (fevral 2010). "Dengiz cho'kindisidagi fazoviy ajratilgan biogeokimyoviy jarayonlarning elektr toklari". Tabiat. 463 (7284): 1071–4. Bibcode:2010 yil natur.463.1071N. doi:10.1038 / nature08790. PMID  20182510.
  2. ^ a b v d e f g Pfeffer C, Larsen S, Song J, Dong M, Besenbacher F, Meyer RL va boshq. (2012 yil noyabr). "Filamentli bakteriyalar elektronlarni santimetr masofada tashiydi". Tabiat. 491 (7423): 218–21. Bibcode:2012 yil natur.491..218P. doi:10.1038 / tabiat 1155. PMID  23103872.
  3. ^ Nilsen LP, Risgaard-Petersen N (2015). "Elektr toklari kashf qilingandan keyin cho'kindi biogeokimyosini qayta ko'rib chiqish". Dengizchilik fanining yillik sharhi. 7: 425–42. Bibcode:2015 ARMS .... 7..425N. doi:10.1146 / annurev-marine-010814-015708. PMID  25251266.
  4. ^ Marzocchi U, Trojan D, Larsen S, Meyer RL, Revsbech NP, Schramm A va boshq. (Avgust 2014). "Dengiz cho'kindilarida uzoqdan nitratning kamayishi va sulfid oksidlanishining elektr aloqasi". ISME jurnali. 8 (8): 1682–90. doi:10.1038 / ismej.2014.19. PMC  4817607. PMID  24577351.
  5. ^ Bjerg JT, Boschker HT, Larsen S, Berri D, Shmid M, Millo D va boshq. (2018 yil may). "Shaxsiy, tirik kabel bakteriyalarida uzoq masofalarga elektron transporti". Amerika Qo'shma Shtatlari Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari. 115 (22): 5786–5791. doi:10.1073 / pnas.1800367115. PMC  5984516. PMID  29735671.
  6. ^ a b Risgaard-Petersen N, Kristiansen M, Frederiksen RB, Dittmer AL, Bjerg JT, Trojan D va boshq. (Sentyabr 2015). "Chuchuk suv cho'kindilaridagi kabel bakteriyalari". Amaliy va atrof-muhit mikrobiologiyasi. 81 (17): 6003–11. doi:10.1128 / AEM.01064-15. PMC  4551263. PMID  26116678.
  7. ^ Myuller H, Bosch J, Griebler C, Damgaard LR, Nielsen LP, Lueders T, Meckenstock RU (avgust 2016). "Er osti qatlamlari chog'larida kabel orqali bakteriyalar orqali uzoq masofalarga elektron uzatilishi". ISME jurnali. 10 (8): 2010–9. doi:10.1038 / ismej.2015.250. PMC  4939269. PMID  27058505.
  8. ^ a b Schauer R, Risgaard-Petersen N, Kjeldsen KU, Tataru Bjerg JJ, B Jørgensen B, Schramm A, Nielsen LP (iyun 2014). "Dengiz cho'kindilaridagi kabel bakteriyalari va elektr tokining ketma-ketligi". ISME jurnali. 8 (6): 1314–22. doi:10.1038 / ismej.2013.239. PMC  4030233. PMID  24451206.
  9. ^ a b Meysman FJ (2018 yil may). "Kabel bakteriyalari uzoq masofadagi elektr energiyasidan foydalangan holda yangi nafas oladi". Mikrobiologiya tendentsiyalari. 26 (5): 411–422. doi:10.1016 / j.tim.2017.10.011. PMID  29174100.
  10. ^ Cornelissen R, Bøggild A, Thiruvallur Everyambadi R, Koning RI, Kremer A, Hidalgo-Martinez S va boshq. (2018). "Kabel bakteriyalarining hujayra konvertlari tarkibi". Mikrobiologiyadagi chegara. 9: 3044. doi:10.3389 / fmicb.2018.03044. PMC  6307468. PMID  30619135.
  11. ^ a b Malkin SY, Rao AM, Seitaj D, Vaskes-Kardenas D, Zetsche EM, Hidalgo-Martinez S va boshq. (2014 yil sentyabr). "Dengiz qavatida uzoq muddatli elektron transporti bilan mikrobial oltingugurt oksidlanishining tabiiy paydo bo'lishi". ISME jurnali. 8 (9): 1843–54. doi:10.1038 / ismej.2014.41. PMC  4139731. PMID  24671086.
  12. ^ a b v d e f g h men j Jiang Z, Zhang S, Klausen LH, Song J, Li Q, Vang Z va boshq. (2018 yil avgust). "Kabel bakteriyalarining ichki tuzilishini ko'rsatadigan in vitro bir hujayrali disektsiya". Amerika Qo'shma Shtatlari Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari. 115 (34): 8517–8522. doi:10.1073 / pnas.1807562115. PMC  6112711. PMID  30082405.
  13. ^ a b v Scholz VV, Myuller H, Koren K, Nilsen LP, Meckenstock RU (iyun 2019). "Suv o'simliklarining rizosferasi simi bakteriyalari uchun yashash joyidir". FEMS Mikrobiologiya Ekologiyasi. 95 (6). doi:10.1093 / femsec / fiz062. PMC  6510695. PMID  31054245.
  14. ^ Trojan D, Schreiber L, Bjerg JT, Boggild A, Yang T, Kjeldsen KU, Schramm A (2016 yil iyul). "Kabel bakteriyalari uchun taksonomik tizim va nomzodlar Electrothrix va Electronema". Sistematik va amaliy mikrobiologiya. 39 (5): 297–306. doi:10.1016 / j.syapm.2016.05.006. PMC  4958695. PMID  27324572.
  15. ^ Risgaard-Petersen N, Kristiansen M, Frederiksen RB, Dittmer AL, Bjerg JT, Trojan D va boshq. (Sentyabr 2015). Kostka JE (tahrir). "Chuchuk suv cho'kindilaridagi kabel bakteriyalari". Amaliy va atrof-muhit mikrobiologiyasi. 81 (17): 6003–11. doi:10.1128 / AEM.01064-15. PMC  4551263. PMID  26116678.
  16. ^ Burdorf LD, Tramper A, Seitaj D, Meire L, Hidalgo-Martinez S, Zetsche EM va boshq. (2017). "Uzoq masofalarga elektronlar tashish dunyo miqyosida dengiz cho'kindilarida sodir bo'ladi". Biogeoscience. 14 (3): 683–701. Bibcode:2017BGeo ... 14..683B. doi:10.5194 / bg-14-683-2017.
  17. ^ a b Trojan D, Schreiber L, Bjerg JT, Boggild A, Yang T, Kjeldsen KU, Schramm A (2016 yil iyul). "Kabel bakteriyalari uchun taksonomik tizim va nomzodlar Electrothrix va Electronema". Sistematik va amaliy mikrobiologiya. 39 (5): 297–306. doi:10.1016 / j.syapm.2016.05.006. PMC  4958695. PMID  27324572.
  18. ^ Smit B (2014 yil 5-dekabr). "Olimlar Yarrada" elektr "bakteriyalarni topganda shok". Yosh.
  19. ^ Larsen S, Nilsen LP, Shramm A (2015 yil aprel). "Yangi Angliya sho'r botqoq cho'kindilarida uzoq masofalarga elektronlar tashish bilan bog'liq bo'lgan kabel bakteriyalari". Atrof-muhit mikrobiologiyasi bo'yicha hisobotlar. 7 (2): 175–9. doi:10.1111/1758-2229.12216. PMID  25224178.
  20. ^ a b v d e f g h Bjerg JT, Damgaard LR, Holm SA, Schramm A, Nielsen LP (iyul 2016). Drake HL (tahrir). "Elektr kabeli bakteriyalarining harakatlanishi". Amaliy va atrof-muhit mikrobiologiyasi. 82 (13): 3816–21. doi:10.1128 / AEM.01038-16. PMC  4907201. PMID  27084019.
  21. ^ a b v d Kjeldsen KU, Schreiber L, Thorup CA, Boesen T, Bjerg JT, Yang T va boshq. (Sentyabr 2019). "Kabel bakteriyalari evolyutsiyasi va fiziologiyasi to'g'risida". Amerika Qo'shma Shtatlari Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari. 116 (38): 19116–19125. doi:10.1073 / pnas.1903514116. PMC  6754541. PMID  31427514.
  22. ^ Sulu-Gambari F, Seitaj D, Meysman FJ, Schauer R, Polerecky L, Slomp CP (fevral 2016). "Kabel bakteriyalarini qirg'oqdagi gipoksik havzasi cho'kindilarida temir-fosfor dinamikasi". Atrof-muhit fanlari va texnologiyalari. 50 (3): 1227–33. Bibcode:2016 ENST ... 50.1227S. doi:10.1021 / acs.est.5b04369. PMID  26720721.
  23. ^ Seitaj D, Schauer R, Sulu-Gambari F, Hidalgo-Martinez S, Malkin SY, Burdorf LD va boshq. (Oktyabr 2015). "Kabel bakteriyalari mavsumiy gipoksik havzalarda euxiniyaga qarshi xavfsizlik devorini hosil qiladi". Amerika Qo'shma Shtatlari Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari. 112 (43): 13278–83. Bibcode:2015PNAS..11213278S. doi:10.1073 / pnas.1510152112. PMC  4629370. PMID  26446670.
  24. ^ Scholz VV, Meckenstock RU, Nielsen LP, Risgaard-Petersen N (aprel, 2020). "Kabel bakteriyalari guruch o'simliklari bo'lgan tuproqlardan metan chiqindilarini kamaytiradi". Tabiat aloqalari. 11 (1): 1878. doi:10.1038 / s41467-020-15812-w. PMC  7171082. PMID  32313021.
  25. ^ Wendeberg A (2010 yil yanvar). "Atrof-muhit mikroblarini aniqlash uchun floresans in situ gibridizatsiyasi". Sovuq bahor porti protokollari. 2010 (1): pdb.prot5366. doi:10.1101 / pdb.prot5366. PMID  20150125.
  26. ^ Matturro B, Cruz Viggi C, Aulenta F, Rossetti S (2017). "Kabel bakteriyalari va bioelektrokimyoviy snorkel: dengiz cho'kindilarida uglevodorodlar parchalanishida tabiiy va muhandislik tomonlari". Mikrobiologiyadagi chegara. 8: 952. doi:10.3389 / fmicb.2017.00952. PMC  5447156. PMID  28611751.

Tashqi havolalar