激烈火球菌
激烈火球菌（英語：Pyrococcus furiosus），是古細菌的一種極端嗜熱菌。可以將其歸類為嗜熱菌，因為它在極高的溫度下會壯成長-高於嗜熱菌的首選。 值得注意的是，它的最佳生長溫度為100°C（該溫度會破壞大多數活生物體），並且是少數被鑑定為具有含鎢的醛鐵氧還蛋白氧化還原酶的生物之一，該酶在生物分子中很少見。
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學名
激烈火球菌屬於高溫球菌，Pyrococcus在希臘語中意為“火球”，指的是極端微生物的圓形形狀和在100攝氏度左右的溫度下生長的能力。 物種名稱furiosus在拉丁語中表示“衝”，是指極端微生物的倍增時間和快速游泳[1] 。
屬性
該物種取自海洋熱沉積物，並通過在實驗室中培養使其生長而得到研究。 激烈熱球菌 （ Pyrococcus furiosus ）在最佳條件下的快速倍增時間為37分鐘，這意味著每37分鐘將單個生物的數量乘以2，得出指數增長曲線。 它看起來主要是規則的球菌，這意味著它是大致球形的，直徑為0.8 µm至1.5 µm，具有單極多鞭毛鞭毛。 每個生物都被稱為S層的糖蛋白組成的細胞膜包圍。
它的生長溫度在70 °C （158 °F ）和103°C（217°F）之間，最佳溫度為100°C（212°F），並且在pH 5和9之間（最佳pH為7）。 它在酵母提取物，麥芽糖 ，纖維二糖 ，β-葡聚醣，澱粉和蛋白質來源（色氨酸，蛋白ept，酪蛋白和肉提取物）上生長良好。 與其他古細菌相比，這是一個相對較大的範圍。 氨基酸，有機酸，醇和大多數碳水化合物（包括葡萄糖 ，果糖 ，乳糖和半乳糖 ）的生長非常緩慢或不存在。 惡性瘧原蟲的代謝產物是CO2和H2。 氫的存在嚴重抑制了氫的生長和代謝。 但是，可以通過將硫引入生物體的環境中來避免這種影響。 在這種情況下，儘管似乎沒有能量從這一系列反應中產生，但H 2 S可以通過其代謝過程產生。 有趣的是，儘管許多其他嗜熱菌都依靠硫來生長，但狂犬病菌卻不。
激烈瘧原蟲還以不尋常且有趣的簡單呼吸系統著稱，該系統通過將質子還原為氫氣來獲取能量，並利用該能量在其細胞膜上產生電化學梯度，從而推動ATP合成 。 這樣的系統可能是當今所有高級生物中呼吸系統的非常早期的進化先驅。[2]
使用
激烈熱球菌的酶非常穩定。 結果，來自P. furiosus的DNA聚合酶 （也稱為Pfu DNA聚合酶 ）可用於聚合酶鏈反應（PCR）DNA擴增過程。
在DNA擴增中
在狂犬病菌中發現了一種DNA聚合酶 ，認為與其他已知的DNA聚合酶無關，因為在其兩種蛋白質與其他已知的DNA聚合酶之間沒有發現明顯的序列同源性。 這種DNA聚合酶具有很強的3'-5'核酸外切酶活性和模板引物偏好，這是複製性DNA聚合酶的特徵，導致科學家們認為該酶可能是狂熱假單胞菌的複制性DNA聚合酶。[3] 此後，它被置於聚合酶B族中，與DNA聚合酶II相同。 似乎已經解決了聚合酶B非常典型的結構。 [4] [5]
在生產二醇時
激烈假單胞菌的一種實際應用是在用於各種工業過程的二醇的生產中。 在食品，藥品和精細化工等行業中使用P. furiosus的酶是可能的，在這些行業中，對映體和非對映體純的二醇的生產中必須使用醇脫氫酶 。 來自諸如嗜熱假單胞菌等高溫嗜熱菌的酶在實驗室過程中表現良好，因為它們具有較強的抵抗力：它們通常在高溫，高壓以及高濃度化學藥品中都能很好地發揮作用。
為了使天然來源的酶在實驗室中有用，通常需要改變其遺傳組成。 否則，天然存在的酶可能在人工誘導的過程中無效。 儘管在高溫下， P。furiosus的酶具有最佳的功能，但科學家們不一定要在100°C（212°F）的溫度下進行操作。 因此，在這種情況下，特異酶AdhA是從P. furiosus獲得的，並在實驗室中進行了各種突變，以獲得適合用於人工過程的醇脫氫酶。 這使科學家能夠獲得一種可以在較低溫度下有效發揮功能並保持生產率的突變酶。[6]
在植物中
通過增加植物對熱的耐受性，在植物假單胞菌中發現的某些基因的表達也可使它們更持久。響應諸如熱暴露的環境壓力，植物產生活性氧 ，可能導致細胞死亡。 如果這些自由基被去除，則細胞死亡可以被延遲。 植物中稱為超氧化物歧化酶的酶可從細胞中去除超氧化物陰離子自由基 ，但是增加這些酶的數量和活性是困難的，不是提高植物耐久性的最有效方法。“激烈熱球菌超氧化物歧化酶在擬南芥中的表達增強了耐熱性” 。 植物生理學
通過將惡性瘧原蟲的超氧化物還原酶引入植物中，可以迅速降低O 2的水平。[7]]科學家使用擬南芥植物測試了該方法。 該程序的結果是，植物中細胞死亡的發生頻率降低，從而導致對環境脅迫的反應嚴重性降低。 這提高了植物的存活率，使其更耐光，化學和熱脅迫。
這項研究有可能被用作創建可以在其他極端氣候（例如火星）上生存的植物的起點。 通過將更多來自極端嗜熱菌（如惡性瘧原蟲）的酶引入其他植物物種，可能會產生難以置信的抗性物種。
在研究氨基酸時
通過將P. furiosus與古細菌的一個相關種（ Pyrococcus abyssi）進行比較 ，科學家試圖確定某些氨基酸與不同物種對某些壓力的親和力之間的相關性。 強烈假單胞菌不是嗜鹼性的 ，而深淵假單胞菌則是，這意味著它在非常高的壓力下具有最佳的功能。 使用兩種超嗜熱古細菌減少了與環境溫度有關的偏差的可能性，從根本上減少了實驗設計中的變量。[8]
除了獲得有關某些氨基酸的嗜酸性的信息外，該實驗還提供了對遺傳密碼起源及其組織影響的寶貴見解。 已經發現，大多數決定親液性的氨基酸在遺傳密碼的組織中也很重要。 還發現更多的極性氨基酸和較小的氨基酸更可能是嗜鹼性的。 通過對這兩個古細菌的比較，可以得出結論，遺傳密碼可能是在高靜水壓力下構造的，並且靜水壓力是確定遺傳密碼的重要因素，而不是溫度。
發現
激烈熱球菌最初是從地熱加熱的海洋沉積物中進行厭氧分離的，其溫度在90°C（194°F）至100°C（212°F）之間，收集於義大利武爾卡諾島的Porto Levante海灘。 它由德國雷根斯堡大學的 Karl Stetter和他的同事Gerhard Fiala首次描述。 激烈的火球菌實際上起源於1986年的一個相對較新的古細菌屬。[9]
基因組
激烈熱球菌完整基因組的測序於2001年由馬里蘭大學生物技術學院的科學家完成。 馬里蘭小組發現，該基因組有1,908千個鹼基，編碼約2,065個蛋白質[10]
視頻
參考資料
- ↑ 轉錄起始位點相關的RNA（TSSaRNA）在生活的所有領域中無處不在美國國家醫學圖書館/一等獎
- ↑ 一個簡單的節能係統：質子還原與質子易位耦合美國國家科學院學報
- ↑ 森隆; 佐藤佳美 加之，育之信； 土井裕文 Ishino Yoshizumi（1997）。“超嗜熱古細菌，激烈熱球菌中的一種新型DNA聚合酶：基因的克隆，表達和表徵”。細胞基因 。2（8）：499–512
- ↑ “ DNA聚合酶作為生物技術的有用試劑-該領域的發展研究歷史微生物學前沿
- ↑ Kim，Suhng Wook; 金東玉 金振光 姜林宇 趙賢S（2008年5月）。 “ Pfu的晶體結構，Pyrococcus furiosus的高保真DNA聚合酶”。 國際生物高分子學報 。42（4）：356–361
- ↑ 激烈熱球菌乙醇脫氫酶的實驗室演變，以提高在適度溫度下（2S，5S）-己二醇的生產極端微生物
- ↑ 可樂; 等。（2013）。“激烈熱球菌代謝活性氧和自由基代謝的進化意義”。進化生物學雜誌 。34（10）：12-28
- ↑ “激烈熱球菌和深熱球菌的蛋白質比較：氨基酸的物理化學性質和遺傳密碼中的嗜熱性”。 基因 346 ：1-6
- ↑ Fiala，格哈德； Stetter，Karl O（1986）。激烈熱球菌（Pyrococcus furiosus sp。nov。）代表海洋異養性古細菌的一個新屬，在100°C最佳生長。” 微生物學檔案 。145（1）：56-61
- ↑ Robb，弗蘭克·T； Maeder，丹尼斯·L； 布朗，詹姆斯·R； Jocelyne的Diruggiero； 樹樁，馬克D； 是的，Raymond K； 魏斯，羅伯特·B； 鄧恩（Dinn），Dianne M（2001）。 “嗜熱嗜熱球菌的基因組序列：對生理學和酶學的影響”。 嗜熱酶A部分 。 酶學方法。 330 。 第134–57頁