Halobacterium -Halobacterium

Este artigo é sobre o gênero. "Halobacterium" também é a forma singular da classe " Halobacteria ".

Halobacterium
Halobacteria.jpg
Halobacterium sp. cepa NRC-1, cada célula com cerca de 5 μm de comprimento
Classificação científica
Domínio:
Archaea
Filo:
Euryarchaeota
Classe:
Halobactérias
Pedido:
Halobacteriales
Família:
Halobacteriaceae
Gênero:
Halobacterium

Elazari-Volcani 1957
Espécies
Sinônimos
  • Flavobacterium (subgênero Halobacterium) Elazari-Volcani 1940
  • Halobacter Anderson 1954
  • Halobacter
  • não "Halobacterium" Schoop 1935 (nomen nudum)

Halobacterium é um gênero da família Halobacteriaceae .

O gênero Halobacterium ("sal" ou "bactéria do oceano") consiste em várias espécies de Archaea com metabolismo aeróbio que requer um ambiente com alta concentração de sal ; muitas de suas proteínas não funcionarão em ambientes com baixo teor de sal. Eles crescem em aminoácidos em suas condições aeróbicas. Suas paredes celulares também são bastante diferentes das das bactérias , pois as membranas lipoproteicas comuns falham em altas concentrações de sal. Na forma, eles podem ser bastões ou cocos , e na cor, vermelho ou roxo. Eles se reproduzem usando fissão binária (por constrição) e são móveis . Halobacterium cresce melhor em um ambiente de 42 ° C. O genoma de uma espécie não especificada de Halobacterium , sequenciada por Shiladitya DasSarma , compreende 2.571.010 bp (pares de bases) de DNA compilado em três fitas circulares: um grande cromossomo com 2.014.239 bp e dois menores com 191.346 e 365.425 bp. Esta espécie, denominada Halobacterium sp. NRC-1, tem sido amplamente utilizado para análises pós-genômicas. As espécies de Halobacterium podem ser encontradas no Grande Lago Salgado , no Mar Morto , no Lago Magadi e em quaisquer outras águas com alta concentração de sal. As espécies roxas do Halobacterium devem sua cor à bacteriorodopsina , uma proteína sensível à luz que fornece energia química para a célula usando a luz solar para bombear prótons para fora da célula. O gradiente de prótons resultante através da membrana celular é usado para conduzir a síntese do transportador de energia ATP . Assim, quando esses prótons fluem de volta para dentro, eles são usados ​​na síntese de ATP (esse fluxo de prótons pode ser emulado com uma diminuição do pH fora da célula, causando um fluxo de íons H + ). A proteína da bacteriorodopsina é quimicamente muito semelhante ao pigmento detector de luz rodopsina, encontrado na retina dos vertebrados.

Espécies de Halobacterium

Halobacterium salinarum NRC-1
barra de tamanho = 270 nm
  • Halobacterium cutirubrum > Halobacterium salinarum
  • Halobacterium denitrificans > Haloferax denitrificans
  • Halobacterium distributum > Halorubrum distributum
  • Halobacterium halobium > Halobacterium salinarum
  • Halobacterium jilantaiense
  • Halobacterium lacusprofundi > Halorubrum lacusprofundi
  • Halobacterium mediterranei > Haloferax mediterranei
  • Halobacterium noricense
  • Halobacterium pharaonis > Natronomonas pharaonis
  • Halobacterium piscisalsi
  • Halobacterium saccharovorum > Halorubrum saccharovoru
  • Halobacterium salinarum
  • Halobacterium sodomense > Halorubrum sodomense
  • Halobacterium trapanicum > Halorubrum trapanicum
  • Halobacterium vallismortis > Haloarcula vallismortis
  • Halobacterium volcanii > Halobacterium volcanii

Estrutura do genoma

O genoma do Halobacterium NRC-1 tem 2.571.010 pb compilado em três replicons circulares. Mais especificamente, é dividido em um grande cromossomo com 2.014.239 pb e dois pequenos replicons pNRC100 (191.346 pb) e pNRC200 (365.425 pb). Embora muito menores do que o cromossomo grande, os dois plasmídeos respondem pela maioria das 91 sequências de inserção e incluem genes para uma DNA polimerase, sete fatores de transcrição, genes na captação de potássio e fosfato e divisão celular. O genoma foi descoberto para conter um alto conteúdo de G + C em 67,9% no cromossomo grande e 57,9% e 59,2% nos dois plasmídeos. O genoma também continha 91 elementos de sequência de inserção constituindo 12 famílias, incluindo 29 no pNRC100, 40 no pNRC200 e 22 no cromossomo grande. Isso ajuda a explicar a plasticidade genética observada no Halobacterium . Das arquéias, as halobactérias são vistas como estando envolvidas na genética mais lateral (transferência de genes entre domínios) e uma prova de que essa transferência ocorre.

Estrutura celular e metabolismo

As espécies de Halobacterium têm a forma de bastonete e são envolvidas por uma única membrana de bicamada lipídica rodeada por uma camada S feita a partir da glicoproteína da superfície celular. Eles crescem em aminoácidos em condições aeróbicas. Embora Halobacterium NRC-1 contenha genes para degradação de glicose, bem como genes para enzimas de uma via de oxidação de ácidos graxos, ele não parece capaz de usá-los como fontes de energia. Embora o citoplasma mantenha um equilíbrio osmótico com o ambiente hipersalino, a célula mantém uma alta concentração de potássio usando muitos transportadores ativos.

Muitas espécies de Halobacterium possuem organelas proteicas chamadas vesículas gasosas.

Ecologia

As halobactérias podem ser encontradas em lagos altamente salinos, como o Grande Lago Salgado, o Mar Morto e o Lago Magadi. Halobacterium pode ser identificado em corpos d'água pelo pigmento detector de luz bacteriorodopsina, que não apenas fornece energia química ao archaeon, mas também aumenta sua tonalidade avermelhada. Uma temperatura ótima para o crescimento foi observada a 37 ° C.

Halobacterium pode ser um candidato a uma forma de vida presente em Marte. Um dos problemas associados à sobrevivência em Marte é a destrutiva luz ultravioleta. Esses microrganismos desenvolvem uma fina crosta de sal que pode moderar parte da luz ultravioleta. O cloreto de sódio é o sal mais comum e os sais de cloreto são opacos aos ultravioletas de ondas curtas. Seu pigmento fotossintético, a bacteriorodopsina, é na verdade opaco ao ultravioleta de comprimento de onda mais longo (sua cor vermelha). Além disso, o Halobacterium fabrica pigmentos chamados bacterioruberinas, que protegem as células dos danos causados ​​pela luz ultravioleta. O obstáculo que eles precisam superar é ser capaz de crescer em baixa temperatura durante um tempo presumivelmente curto, quando uma poça de água poderia ser líquida.

Formulários

Indústria alimentícia

O beta-caroteno , um pigmento em bactérias halofílicas que contribui para sua coloração vermelha, é usado na indústria de alimentos como um corante natural para alimentos. Halófilos produzem enzimas degradativas, como lipases , amilases , proteases e xilanases que são usadas em vários métodos de processamento de alimentos. As aplicações notáveis ​​dessas enzimas incluem o aumento do processo de fermentação de alimentos salgados, melhorando a qualidade da massa para assar pães e contribuindo para a produção de café.

Biorremediação

Muitas espécies de bactérias halofílicas produzem exopolissacarídeos (EPS) que são usados ​​industrialmente como agentes de biorremediação . Os biossurfactantes também são liberados por muitas bactérias halofílicas e esses compostos anfifílicos têm sido usados ​​para a remediação do solo. Muitos halófilos são altamente tolerantes a metais pesados, tornando-os potencialmente úteis na biorremediação de compostos xenobióticos e metais pesados ​​que são liberados no meio ambiente pela mineração e revestimento de metais. Os halófilos contribuem para a biorremediação de contaminantes ao converter xenobióticos em compostos menos tóxicos. Algumas espécies de Halobacterium demonstraram ser eficazes na biorremediação de poluentes, incluindo hidrocarbonetos alifáticos, como os encontrados no petróleo bruto; e hidrocarbonetos aromáticos, como ácido 4-hidroxibenzóico , um contaminante em alguns escoamentos industriais de alta salinidade.

Farmacêutica

Algumas cepas de Halobacterium , incluindo Halobacterium salinarum , estão sendo exploradas para aplicações médicas de seus mecanismos de resistência à radiação. A bacterioruberina é um pigmento carotenóide encontrado no Halobacterium que diminui a sensibilidade da bactéria à radiação γ e à radiação ultravioleta. Foi demonstrado em estudos de nocaute, que a ausência de bacterioruberina aumenta a sensibilidade da bactéria aos agentes oxidantes que danificam o DNA. O peróxido de hidrogênio, por exemplo, reage com a bacteroruberina, o que impede a produção de espécies reativas de oxigênio e, portanto, protege a bactéria ao reduzir a capacidade oxidativa do agente que danifica o DNA. H. salinarum também exibe altas concentrações intracelulares de cloreto de potássio, que também demonstrou conferir resistência à radiação. Halobacterium também está sendo explorado para as aplicações farmacêuticas de compostos bioativos que eles produzem, incluindo agentes anticâncer, biossurfactantes antimicrobianos e metabólitos antimicrobianos.

Significado e aplicações

Halobactérias são microrganismos halofílicos que estão sendo estudados para seu uso em pesquisa científica e biotecnologia. Por exemplo, o sequenciamento genômico da espécie Halobacterium NRC-1 revelou seu uso de RNA polimerase II do tipo eucariótico e maquinaria translacional que está relacionada a Escherichia coli e outras bactérias Gram-negativas. Além disso, eles possuem genes para replicação, reparo e recombinação de DNA semelhantes aos presentes em bacteriófagos, leveduras e bactérias. A capacidade dessa espécie de Halobacterium de ser facilmente cultivada e geneticamente modificada permite que seja usada como organismo modelo em estudos biológicos. Além disso, Halobacterium NRC-1 também tem sido empregado como um vetor potencial para a distribuição de vacinas. Em particular, eles produzem vesículas de gás que podem ser geneticamente modificadas para exibir epítopos específicos. Além disso, as vesículas de gás demonstram a capacidade de funcionar como adjuvantes naturais para ajudar a evocar respostas imunológicas mais fortes. Devido à necessidade das Halobactérias para um ambiente com alto teor de sal, o preparo dessas vesículas de gás é barato e eficiente, necessitando apenas de água encanada para seu isolamento.

As halobactérias também contêm uma proteína chamada Bacteriorodopsinas, que são bombas de prótons acionadas pela luz encontradas na membrana celular. Embora a maioria das proteínas em halófilos necessitem de altas concentrações de sal para estrutura e funcionamento adequados, esta proteína tem mostrado potencial para ser usada para fins biotecnológicos devido à sua estabilidade, mesmo fora desses ambientes extremos. Bacteriorodopsinas isoladas de Halobacterium salinarum têm sido especialmente estudadas para suas aplicações em eletrônica e óptica. Particularmente, as bacteriorodopsinas têm sido usadas em armazenamento holográfico, comutação óptica, detecção de movimento e nanotecnologia . Embora vários usos desta proteína tenham sido apresentados, ainda não existem aplicações comerciais em grande escala estabelecidas neste momento.

Recombinação e acasalamento

Irradiação UV de Halobacterium sp. a cepa NRC-1 induz vários produtos gênicos empregados na recombinação homóloga . Por exemplo, um homólogo do gene rad51 / recA , que desempenha um papel fundamental na recombinação, é induzido 7 vezes por UV. A recombinação homóloga pode resgatar bifurcações de replicação paralisadas e / ou facilitar o reparo de recombinação de danos no DNA. Em seu habitat natural, a recombinação homóloga é provavelmente induzida pela radiação ultravioleta da luz solar.

Halobacterium volcanii tem um sistema de acasalamento distinto no qual as pontes citoplasmáticas entre as células parecem ser usadas para a transferência de DNA de uma célula para outra. Em populações selvagens de Halorubrum , a troca genética e a recombinação ocorrem com frequência. Essa troca pode ser uma forma primitiva de interação sexual, semelhante à transformação bacteriana mais bem estudada, que também é um processo de transferência de DNA entre células levando ao reparo de recombinação homóloga de danos no DNA.

Leitura adicional

Revistas científicas

Livros científicos

  • DasSarma, S . 2004. Sequência do genoma de um archaeon extremamente halofílico, em Microbial Genomes, pp. 383-399, CM Fraser, T. Read e KE Nelson (eds.), Humana Press, Inc., Totowa, NJ.
  • Lynn Margulis, Karlene V.Schwartz, Cinco Reinos. An Illustrated Guide to the Phyla of Life on Earth (WHFreeman, San Francisco, 1982) pp. 36-37
  • Gibbons, NE (1974). "Família V. Halobacteriaceae fam. Nov.". Em RE Buchanan; NE Gibbons (eds.). Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (8ª ed.). Baltimore: The Williams & Wilkins Co.
  • Elazari-Volcani, B (1957). "Genus XII. Halobacterium Elazari-Volcani, 1940". Na Raça RS; EGD Murray; NR Smith (eds.). Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (7ª ed.). Baltimore:. O pp Williams & Wilkins Co.  207 -212.
  • Elazari-Volcani, B (1940). "Estudos sobre a microflora do Mar Morto". Tese de doutorado, Universidade Hebraica, Jerusalém: 1–116 e i – xiii. Citar diário requer |journal=( ajuda )

Referências

links externos