激烈火球菌
激烈火球菌（英语：Pyrococcus furiosus），是古细菌的一种极端嗜热菌。可以将其归类为嗜热菌，因为它在极高的温度下会壮成长-高于嗜热菌的首选。 值得注意的是，它的最佳生长温度为100°C（该温度会破坏大多数活生物体），并且是少数被鉴定为具有含钨的醛铁氧还蛋白氧化还原酶的生物之一，该酶在生物分子中很少见。
目录
学名
激烈火球菌属于高温球菌，Pyrococcus在希腊语中意为“火球”，指的是极端微生物的圆形形状和在100摄氏度左右的温度下生长的能力。 物种名称furiosus在拉丁语中表示“冲”，是指极端微生物的倍增时间和快速游泳[1] 。
属性
该物种取自海洋热沉积物，并通过在实验室中培养使其生长而得到研究。 激烈热球菌 （ Pyrococcus furiosus ）在最佳条件下的快速倍增时间为37分钟，这意味著每37分钟将单个生物的数量乘以2，得出指数增长曲线。 它看起来主要是规则的球菌，这意味著它是大致球形的，直径为0.8 µm至1.5 µm，具有单极多鞭毛鞭毛。 每个生物都被称为S层的糖蛋白组成的细胞膜包围。
它的生长温度在70 °C （158 °F ）和103°C（217°F）之间，最佳温度为100°C（212°F），并且在pH 5和9之间（最佳pH为7）。 它在酵母提取物，麦芽糖 ，纤维二糖 ，β-葡聚糖，淀粉和蛋白质来源（色氨酸，蛋白ept，酪蛋白和肉提取物）上生长良好。 与其他古细菌相比，这是一个相对较大的范围。 氨基酸，有机酸，醇和大多数碳水化合物（包括葡萄糖 ，果糖 ，乳糖和半乳糖 ）的生长非常缓慢或不存在。 恶性疟原虫的代谢产物是CO2和H2。 氢的存在严重抑制了氢的生长和代谢。 但是，可以通过将硫引入生物体的环境中来避免这种影响。 在这种情况下，尽管似乎没有能量从这一系列反应中产生，但H 2 S可以通过其代谢过程产生。 有趣的是，尽管许多其他嗜热菌都依靠硫来生长，但狂犬病菌却不。
激烈疟原虫还以不寻常且有趣的简单呼吸系统著称，该系统通过将质子还原为氢气来获取能量，并利用该能量在其细胞膜上产生电化学梯度，从而推动ATP合成 。 这样的系统可能是当今所有高级生物中呼吸系统的非常早期的进化先驱。[2]
使用
激烈热球菌的酶非常稳定。 结果，来自P. furiosus的DNA聚合酶 （也称为Pfu DNA聚合酶 ）可用于聚合酶链反应（PCR）DNA扩增过程。
在DNA扩增中
在狂犬病菌中发现了一种DNA聚合酶 ，认为与其他已知的DNA聚合酶无关，因为在其两种蛋白质与其他已知的DNA聚合酶之间没有发现明显的序列同源性。 这种DNA聚合酶具有很强的3'-5'核酸外切酶活性和模板引物偏好，这是复制性DNA聚合酶的特征，导致科学家们认为该酶可能是狂热假单胞菌的复制性DNA聚合酶。[3] 此后，它被置于聚合酶B族中，与DNA聚合酶II相同。 似乎已经解决了聚合酶B非常典型的结构。 [4] [5]
在生产二醇时
激烈假单胞菌的一种实际应用是在用于各种工业过程的二醇的生产中。 在食品，药品和精细化工等行业中使用P. furiosus的酶是可能的，在这些行业中，对映体和非对映体纯的二醇的生产中必须使用醇脱氢酶 。 来自诸如嗜热假单胞菌等高温嗜热菌的酶在实验室过程中表现良好，因为它们具有较强的抵抗力：它们通常在高温，高压以及高浓度化学药品中都能很好地发挥作用。
为了使天然来源的酶在实验室中有用，通常需要改变其遗传组成。 否则，天然存在的酶可能在人工诱导的过程中无效。 尽管在高温下， P。furiosus的酶具有最佳的功能，但科学家们不一定要在100°C（212°F）的温度下进行操作。 因此，在这种情况下，特异酶AdhA是从P. furiosus获得的，并在实验室中进行了各种突变，以获得适合用于人工过程的醇脱氢酶。 这使科学家能够获得一种可以在较低温度下有效发挥功能并保持生产率的突变酶。[6]
在植物中
通过增加植物对热的耐受性，在植物假单胞菌中发现的某些基因的表达也可使它们更持久。响应诸如热暴露的环境压力，植物产生活性氧 ，可能导致细胞死亡。 如果这些自由基被去除，则细胞死亡可以被延迟。 植物中称为超氧化物歧化酶的酶可从细胞中去除超氧化物阴离子自由基 ，但是增加这些酶的数量和活性是困难的，不是提高植物耐久性的最有效方法。“激烈热球菌超氧化物歧化酶在拟南芥中的表达增强了耐热性” 。 植物生理学
通过将恶性疟原虫的超氧化物还原酶引入植物中，可以迅速降低O 2的水平。[7]]科学家使用拟南芥植物测试了该方法。 该程序的结果是，植物中细胞死亡的发生频率降低，从而导致对环境胁迫的反应严重性降低。 这提高了植物的存活率，使其更耐光，化学和热胁迫。
这项研究有可能被用作创建可以在其他极端气候（例如火星）上生存的植物的起点。 通过将更多来自极端嗜热菌（如恶性疟原虫）的酶引入其他植物物种，可能会产生难以置信的抗性物种。
在研究氨基酸时
通过将P. furiosus与古细菌的一个相关种（ Pyrococcus abyssi）进行比较 ，科学家试图确定某些氨基酸与不同物种对某些压力的亲和力之间的相关性。 强烈假单胞菌不是嗜碱性的 ，而深渊假单胞菌则是，这意味著它在非常高的压力下具有最佳的功能。 使用两种超嗜热古细菌减少了与环境温度有关的偏差的可能性，从根本上减少了实验设计中的变量。[8]
除了获得有关某些氨基酸的嗜酸性的信息外，该实验还提供了对遗传密码起源及其组织影响的宝贵见解。 已经发现，大多数决定亲液性的氨基酸在遗传密码的组织中也很重要。 还发现更多的极性氨基酸和较小的氨基酸更可能是嗜碱性的。 通过对这两个古细菌的比较，可以得出结论，遗传密码可能是在高静水压力下构造的，并且静水压力是确定遗传密码的重要因素，而不是温度。
发现
激烈热球菌最初是从地热加热的海洋沉积物中进行厌氧分离的，其温度在90°C（194°F）至100°C（212°F）之间，收集于义大利武尔卡诺岛的Porto Levante海滩。 它由德国雷根斯堡大学的 Karl Stetter和他的同事Gerhard Fiala首次描述。 激烈的火球菌实际上起源于1986年的一个相对较新的古细菌属。[9]
基因组
激烈热球菌完整基因组的测序于2001年由马里兰大学生物技术学院的科学家完成。 马里兰小组发现，该基因组有1,908千个碱基，编码约2,065个蛋白质[10]
视频
参考资料
- ↑ 转录起始位点相关的RNA（TSSaRNA）在生活的所有领域中无处不在美国国家医学图书馆/一等奖
- ↑ 一个简单的节能系统：质子还原与质子易位耦合美国国家科学院学报
- ↑ 森隆; 佐藤佳美 加之，育之信； 土井裕文 Ishino Yoshizumi（1997）。“超嗜热古细菌，激烈热球菌中的一种新型DNA聚合酶：基因的克隆，表达和表征”。细胞基因 。2（8）：499–512
- ↑ “ DNA聚合酶作为生物技术的有用试剂-该领域的发展研究历史微生物学前沿
- ↑ Kim，Suhng Wook; 金东玉 金振光 姜林宇 赵贤S（2008年5月）。 “ Pfu的晶体结构，Pyrococcus furiosus的高保真DNA聚合酶”。 国际生物高分子学报 。42（4）：356–361
- ↑ 激烈热球菌乙醇脱氢酶的实验室演变，以提高在适度温度下（2S，5S）-己二醇的生产极端微生物
- ↑ 可乐; 等。（2013）。“激烈热球菌代谢活性氧和自由基代谢的进化意义”。进化生物学杂志 。34（10）：12-28
- ↑ “激烈热球菌和深热球菌的蛋白质比较：氨基酸的物理化学性质和遗传密码中的嗜热性”。 基因 346 ：1-6
- ↑ Fiala，格哈德； Stetter，Karl O（1986）。激烈热球菌（Pyrococcus furiosus sp。nov。）代表海洋异养性古细菌的一个新属，在100°C最佳生长。” 微生物学档案 。145（1）：56-61
- ↑ Robb，弗兰克·T； Maeder，丹尼斯·L； 布朗，詹姆斯·R； Jocelyne的Diruggiero； 树桩，马克D； 是的，Raymond K； 魏斯，罗伯特·B； 邓恩（Dinn），Dianne M（2001）。 “嗜热嗜热球菌的基因组序列：对生理学和酶学的影响”。 嗜热酶A部分 。 酶学方法。 330 。 第134–57页