Aquifex

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A Microbial Biorealm page on the genus Aquifex

Aquifex pyrophilus (platinum shadowed).
© K.O. Stetter & Reinhard Rachel, University of Regensburg.

Aquifex pyrophilus (freeze-etched).
© K.O. Stetter & Reinhard Rachel, University of Regensburg.

Classification

Higher order taxa:

Bacteria; Aquificae; Aquificae (class); Aquificales; Aquificaceae; Aquifex

Species:

Aquifex aeolicus, Aquifex pyrophilus, Aquifex sp.

NCBI: Taxonomy Genome

Description and Significance

Deep-branching bacteria of the genus Aquifex, such as Aquifex pyrophilus and Aquifex aeolicus, can grow at 95 degrees C; they are among the most extreme thermophilic bacteria known. A. aeolicus wurde zuerst von R. Huber und K.O. Stetter auf
den Äolischen Inseln (nördlich von Sizilien, Italien) erhalten, während A. pyrophilus am Kolbensey Ridge, nördlich von Island, erhalten wurde..

Aus diesem Grund wird angenommen, dass Aquifex eines der frühesten Bakterien ist, die von Eubakterien abweichen. Hyperthermophile Bakterien wie Aquifex sind wichtig für industrielle Prozesse und ihre Gene können in einer Vielzahl von biotechnologischen Anwendungen eingesetzt werden.

Genomstruktur

Obwohl Aquifex die Fähigkeit hat, bei extremen Temperaturen zu überleben, gibt es im A. aeolicusgenom nur wenige spezifische Hitzebeständigkeitsindikatoren. Das Genom, das 1.551.335 bp lang ist, ist dicht gepackt und enthält Gene, die andere überlappen. Darüber hinaus wurden keine Introns oder Proteinspleißelemente gefunden.. Dies, zusammen mit einer verringerten metabolischen Flexibilität, ist wahrscheinlich auf die begrenzte Genomgröße zurückzuführen; Das Genom dieses komplexen Organismus beträgt etwa ein Drittel des E. coli-Genoms. Die berechnete Sequenzredundanz für die A. aeolicus Genom ist 4.83 (Deckert et al. 1998). Der Vergleich des Aquifex-Genoms mit anderen Organismen zeigte, dass 16% der Gene von Archaea-Bakterien stammten. Besuchen Sie TIGR für weitere Informationen über das Genom und die Chromosomenstruktur von A. aeolicus VF5.

Zellstruktur und Stoffwechsel

Aquifex pyrophilus (ultradünner Abschnitt).
© K.O. Stetter & Reinhard Rachel, Universität Regensburg.

Aquifex sind nicht porenbildende, gramnegative, meist stäbchenförmige Organismen. Sie sind etwa 2,0-6,0 Mikrometer lang und haben einen Durchmesser von 0,4-0,5 Mikrometern. Als autotrophe Organismen binden Aquifex Kohlendioxid aus der Umwelt, um den Kohlenstoff zu erhalten, den sie benötigen. Sie sind chemolithotroph, was bedeutet, dass sie Energie für die Biosynthese aus anorganischen chemischen Quellen beziehen. Die Enzyme, die dieser Organismus für die aerobe Atmung verwendet, ähneln den Enzymen, die in anderen aeroben Bakterien vorkommen (Deckert et al. 1998). A. aeolicus benötigt Sauerstoff aus der Luft als Elektronenakzeptor, um Wasserstoffgas zu oxidieren (Prokaryoten):

2 H2 + O2 → 2 H2O

Aquifex, was „Wassermacher“ bedeutet, erhielt seinen Namen, weil das Endprodukt dieser Reaktion Wasser ist. Trotzdem können die meisten Aquificales Thiosulfat oder Schwefel als Energiequelle verwenden (ähnlich wie Chlorob und andere grüne Schwefelbakterien) und Schwefelsäure und H2S anstelle von Wasser produzieren. Obwohl die meisten Aquifkalen streng aerob sind, konnte gezeigt werden, dass A. pyrophilus anaerob wachsen kann, indem Stickstoff anstelle von Sauerstoff reduziert wird (wobei ein Endprodukt von N2 anstelle von Wasser gebildet wird). Weitere Informationen und Diagramme der bekannten A. aeolicus Stoffwechselwege, besuchen Systems Biology Inc.

Eine kürzlich durchgeführte Studie hat ergeben, dass nicht-N-methylierte APT-Lipide als häufige Phospholipid-Kopfgruppe in Aquifex beobachtet werden können. Die Studie kam zu dem Schluss, dass „dieser offensichtliche Beweis für eine weiter verbreitete Präsenz der APT-Kopfgruppe unter den tief verzweigten Bakterien weitere Beweise dafür liefert, dass bestimmte tief verzweigte Bakterien andere strukturelle Merkmale aufweisen als das gut beschriebene Vorhandensein von ethergebundenen Alkylketten mit der archaealen Domäne.“

Nicht-N-methylierte APT-Lipide in Aquifex beobachtet, Bild von Sturt et al (2004)

Ökologie

Als hyperthermophiles Bakterium, Aquifex aeolicus wächst in extrem heißen Tempuraturen wie in der Nähe von Vulkanen oder heißen Quellen. Sie wachsen optimal bei Temperaturen um 85 Grad, können aber bei Temperaturen bis zu 95 Grad wachsen. Es braucht Sauerstoff, um seine Stoffwechselmaschinerie weiterzuführen, aber es kann in relativ niedrigen Sauerstoffgehalten funktionieren (A. pyrophilus kann in Sauerstoffgehalten von nur 7 wachsen.5 ppm). A. aeolicus can grow on hydrogen, oxygen, carbon dioxide, and mineral salts (Deckert et al. 1998). Aquifex species generally form large cell aggregates, which can be comprised of up to 100 individual cells.

Aquifex aeolicus. © K.O. Stetter & Reinhard Rachel, University of Regensburg.

A hot spring at Octopus Spring. From the Lunar and Planetary Institute.

Etwa 2 Meter stromabwärts der rechts abgebildeten Quelle. In diesem Kanal wurden rosa mikrobielle Filamente gefunden, die Aquifex und Thermotoga enthielten. Die tempurature wurde gemessen, um 83 Grad Celsius zu sein und der pH wurde gefunden, um 8 zu sein. Vom Lunar and Planetary Institute.

Deckert, Gerard, et al. 1998. „Das komplette Genom des hyperthermophilen Bakteriums Aquifex aeolicus.“ Nature, Vol. 392. In: Macmillan Publishers. 353-358.

Huber, R., et al. 1998 Thermocrinus ruber, gen. nov., sp. Nov., ein rosa filamentbildendes hyperthemophiles Bakterium, das aus dem Yellowstone-Nationalpark isoliert wurde. Appl. Env. Microbiol. 64:3576-3583.

Prescott, Harley, Klein. 21bakterien: Die Deinokokken und Nichtproteobakterien: Gramnegative. McGraw Hill Higher Education.

Sturt, Helen F.; Roger E. Summons, Kristin Smith, Marcus Elvert und Kai-Uwe Hinrichs. „Intakte polare Membranlipide in Prokaryoten und Sedimenten entschlüsselt durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie / Elektrospray-Ionisation mehrstufige Massenspektrometrie — neue Biomarker für die Biogeochemie und mikrobielle Ökologie.“ Schnelle Kommunikation. Massenspektrometrie. 2004; 18: 617–628.

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