Alcanivorax - Alcanivorax
| Alcanivorax | |
|---|---|
| Vitenskapelig klassifisering | |
| Domene: | |
| Phylum: | |
| Klasse: | |
| Rekkefølge: | |
| Familie: | |
| Slekt: |
Alcanivorax
Yakimov et al. 1998
|
| Type art | |
|
Alcanivorax borkumensis |
|
| Arter | |
|
Alcanivorax balearicus |
|
Alcanivorax borkumensis er et alkan -degrading marin bakterie som naturlig forplanter seg gjennom og blir dominerende i råolje-oljeinneholdende sjøvann når nitrogen- og fosforholdige næringsmidler er tilsatt.
Beskrivelse
A. borkumensis er en stavformet bakterie uten flagella som først og fremst skaffer seg energi fra å konsumere alkaner (en type hydrokarbon ). Det er aerobt , noe som betyr at det bruker oksygen for å få energi, og det er halofilt , noe som betyr at det har en tendens til å leve i miljøer som inneholder salt, for eksempel salt havvann. Det er også gramnegativt , noe som egentlig betyr at det har en relativt tynn cellevegg. Det er også ikke-mobil. imidlertid er andre organismer som ser ut til å være i samme slekt bevegelige gjennom flageller .
Genom
Den genomet til A. borkumensis er en enkelt sirkulær kromosom som inneholder 3,120,143 basepar. Den er sterkt tilpasset nedbrytende petroleumolje . For eksempel koder en viss sekvens på genomet for nedbrytning av et bestemt område av alkaner. Den A. borkumensis genomet har mange sekvenser som hver koder for en annen type av alkan, slik at det å være svært fleksibel og allsidig. Dens genom inneholder også instruksjoner for dannelse av biooverflatemidler som hjelper til med nedbrytningsprosessen. For å håndtere eksterne trusler koder A. borkumensis- genomet også for flere defensive mekanismer. Å takle høye konsentrasjoner av natriumioner (dvs. i havvann) og beskytte mot UV-stråling som oppleves på jordens overflate er begge viktige for A. borkumensis- bakteriene, og genomet inneholder måter å løse begge disse problemene.
Økologi
A. borkumensis finnes naturlig i sjøvannsmiljøer. Det er mer vanlig i havområder som inneholder petroleumolje (enten fra utslipp, naturlige felt eller andre kilder), selv om den kan finnes i små mengder i forurenset vann. Det har blitt funnet over hele verden på forskjellige steder både i kystmiljøer og havmiljøer. Det kan også blomstre i områder med tunge tidevann og andre havrelaterte strømmer / flyt. Den finnes bare på eller nær vannoverflaten. A. borkumensis kan leve i saltholdighet fra 1,0-12,5% og i temperaturer fra 4-35 ° C. Forekomsten av A. borkumensis i oljepåvirkede miljøer er fordi bakteriene bruker forbindelsene i olje som energikilde, og dermed blomstrer populasjoner av A. borkumensis naturlig ved oljesøl eller andre lignende steder. A. borkumensis overgår andre arter av Alcanivorax- slekten , sannsynligvis på grunn av dens svært fleksible DNA og metabolisme . A. borkumensis overgår også andre alkannedbrytende organismer som Acinetobacter venetianus . Etter en viss periode vil et oljeaktig og saltoppholdende miljø som inneholder A. borkumensis og Acinetobacter venetianus til slutt bli dominert av A. borkumensis fordi A. borkumensis kan konsumere et bredere utvalg av alkaner enn andre kjente arter.
Metabolisme
A. borkumensis bruker primært alkaner som sin kilde til energi / karbon, men den kan bruke noen få andre organiske forbindelser . I motsetning til de fleste andre celler, kan den ikke konsumere mer vanlige stoffer som sukker eller aminosyrer som en energikilde. Dette skyldes mangel på gener som koder for aktive eller passive karbohydrattransportører, derav manglende evne til å konsumere monomert sukker.
I en A. borkumensis har en rekke forskjellige enzymer i oppgave å oksydere alkanmolekyler . Den aerobe metabolismen av alkaner utføres gjennom den terminale alkanoksidasjonsveien, hvor monooxygenases initierer oksidasjon av terminale karbonatomer. Denne sekvensielle banen produserer først alkoholer, deretter alkohol- og aldehyddehydrogenaser, og til slutt aldehyder og fettsyrer.
Etter et oljeutslipp kan store ubalanser i forholdet karbon / nitrogen og karbon / fosfor observeres. For dette har A. borkumensis et utall transportproteiner som tillater raskt opptak av viktige næringsstoffer som er begrensende i miljøet. For å øke vekstraten til en populasjon av A. borkumensis- bakterier, kan fosfor og nitrogenholdige forbindelser tilsettes miljøet. Disse stoffene fungerer som gjødsel for bakteriene og hjelper dem å vokse i økt hastighet.
A. borkumensis og biooverflatemidler
Når A. borkumensis- bakterier bruker alkaner eller pyruvat som energikilde, danner hver celle et biosurfaktant . En biosurfaktant er et ekstra lag med materiale som dannes langs cellemembranen. Stoffene som utgjør biosurfaktanten av A. borkumensis kan redusere overflatespenningen til vann, noe som hjelper til med nedbrytning av olje. De er også emulgatorer , som ytterligere tjener til å skape olje / vann-emulsjonen, noe som gjør oljen mer løselig. A. borkumensis danner en biofilm rundt en oljedråpe i sjøvann og fortsetter med å bruke biooverflatemidler og metabolisme for å nedbryte oljen til et vannløselig stoff.
Bioteknologiske applikasjoner
Roll i nedbrytning av olje
Petroleumolje er giftig for de fleste livsformer og forurensning av miljøet med olje forårsaker store økologiske problemer. En betydelig mengde petroleumolje som kommer inn i havet, elimineres av mikrobielle biologiske nedbrytningsaktiviteter i mikrobielle samfunn. Som en nylig oppdaget hydrokarbonoklast er A. borkumensis i stand til å nedbryte olje i sjøvannsmiljøer. Hydrokarbonoklast har roten 'klastisk' som betyr at den kan dele noe i deler (i dette tilfellet hydrokarboner ). Råolje, eller petroleum, består hovedsakelig av hydrokarboner, et produkt som består av en lang kjede av karbonatomer festet til hydrogenatomer. Mens de fleste organismer bruker sukker eller aminosyrer for deres kilde til karbon / energi, bruker A. borkumensis alkaner, en type hydrokarbon, i sin metabolske prosess. Denne dietten lar A. borkumensis blomstre i marine miljøer som har blitt påvirket av oljesøl . Gjennom metabolismen kan A. borkumensis bryte ned olje til ufarlige forbindelser. Denne evnen gjør denne spesielle arten til en viktig potensiell kilde for bioremediering av oljeforurensede marine miljøer.
Potensielt som oljevernmiddel
Oljesøl kan oppstå under transport av olje eller under utvinning . Slike utslipp kan dumpe betydelige mengder olje i havet og forurense miljøet, og påvirke økosystemer nær og fjern.
Normalt er det mange år som trengs for at et økosystem skal komme seg fullt ut (om i det hele tatt) fra et oljeutslipp, så forskere har sett på måter å påskynde opprydding av områder som er berørt av et oljesøl. De fleste anstrengelser så langt bruker direkte menneskelig involvering / arbeidskraft for å fysisk fjerne oljen fra miljøet. Men A. borkumensis presenterer et mulig alternativ. Siden A. borkumensis naturlig bryter ned oljemolekyler til en ikke-forurensende tilstand, vil det hjelpe økosystemer raskt å komme seg etter en oljekatastrofe. Organismene vokser også naturlig i oljeforurenset sjøvann, og er dermed en innfødt art. Hvis prosessen A. borkumensis bruker for å bryte ned olje, kan økes eller effektiviseres, vil dette hjelpe utvinnende økosystemer. Noen eksempler inkluderer å oppmuntre til vekst av A. borkumensis (gjennom fosfor og nitrogengjødsling), så flere av dem bryter ned olje, eller oppmuntrer metabolismen til A. borkumensis slik at de metaboliserer raskere og mer.
Potensial i produksjon av biopolymer
Ved å forstyrre et acyl-koenzym A (CoA) tioesterasegen, klarte Sabirova og kollegaer å mutere organismen for å produsere polyhydroksyalkanoater (PHA). De var da i stand til å gjenopprette de store mengdene PHA som ble frigjort av mutant Alcanivorax fra kulturmediene med letthet. Før måtte kostbare og miljøfarlige løsningsmidler brukes for å hente PHA fra intracellulære granulater. Dette muliggjør produksjon av miljøvennlige polymerer i fabrikker som benyttet mutant Alcanivorax.