Архейные ацидофильные наноорганизмы Ричмондских рудников

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Полифилетическая группа архей
25K15pA9Def4sec Arman 4 Box1.png Клетка археи группы ARMAN
Название
Архейные ацидофильные наноорганизмы Ричмондских рудников
Статус названия
не определён
Родительский таксон
Домен Археи (Archaea)
Представители
  • ARMAN-1
  • ARMAN-2
  • ARMAN-3
  • ARMAN-4
  • ARMAN-5

Архе́йные ацидофи́льные нанооргани́змы Ри́чмондских руднико́в (англ. Archaeal Richmond Mine acidophilic nanoorganisms, ARMAN) — организмы из домена архей, впервые описанные Бреттом Бейкером в 2006 году в экстремально кислом руднике Iron Mountain Mine[en] в северной Калифорнии. Эти новые группы архей получили названия ARMAN-1, ARMAN-2, ARMAN-3, ARMAN-4 и ARMAN-5. Аббревиатура для обозначения данной группы архей была выбрана таким образом, чтобы соответствовать фамилии владельца рудника — Ted Arman[1]. Предшествующий анализ рудниковых вод с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) не смог выявить их наличие, поскольку у организмов ARMAN имеется несколько замен, не позволяющих детектировать их с помощью ПЦР со стандартными праймерами к 16S рРНК. Бейкеру и коллегам удалось обнаружить эти организмы с помощью секвенирования ДНК организмов рудникового сообщества с помощью метода дробовика[2].

Первоначально считалось, что три группы ARMAN относятся к типу эвриархеот. Дальнейший пересмотр данных, основанный на более детально проработанном филогенетическом дереве архей, показал, что ARMAN относятся к надтипу DPANN[3]. В настоящее время ARMAN выделяют в новые типы Micrarchaeota (Candidatus Micrarchaeum acidiphilum) и Parvarchaeota, давно отделившиеся от остальных архей. Различия между генами 16S рРНК трёх первых групп ARMAN составляют 17 %[4].

Распространение[править | править код]

Анализ с помощью флуоресцентных зондов, специфичных по отношению к ARMAN, показал, что клетки ARMAN всегда присутствуют в сообществах, связанных с кислыми дренажными рудниковыми водами[en] в руднике в Iron Mountain (северная Калифорния); pH этих рудниковых вод достигает отрицательных значений (наименьшая измеренная величина pH составила —3,6[5]). Как правило, клетки ARMAN немногочисленны в рудниковых сообществах (на них приходится 5—25 % обитателей сообществ). В 2008 году организмы, очень близкие к ARMAN, были найдены в кислом болоте в Финляндии[6], в 2010 году — в кислых дренажных рудниковых водах близ Рио-Тинто (юго-восток Испании)[7], а в 2011 году — в слабощелочном глубоком подземном горячем источнике в Японии[8].

Строение клеток и экология[править | править код]

В 2009 году был проведён анализ некультивируемых клеток ARMAN из рудниковой биоплёнки с использованием трёхмерной криоэлектронной томографии. Оказалось, что размер клеток ARMAN соответствует нижнему предсказанному пределу для живых клеток: их объём составляет 0,009—0,04 мкм³. Интересно, что, несмотря на чрезвычайно малые размеры клеток, на клетках из биоплёнки обнаружилось несколько типов вирусов. Выяснилось также, что в клетках ARMAN имеется в среднем 92 рибосомы на клетку, в то время как в клетке кишечной палочки Escherichia coli содержится около 10 тысяч рибосом. Судя по всему, ARMAN обходятся очень малым числом метаболитов на одну клетку, что поднимает вопрос о минимальных потребностях живых клеток. 3D-реконструкция клеток ARMAN в естественной среде обитания показала, что некоторые клетки ARMAN прикрепляются к другим археям из порядка Thermoplasmatales. Клетки этих архей проникают сквозь клеточную стенку ARMAN, достигая цитоплазмы. Природа этого взаимодействия неясна; возможно, здесь имеет место некоторая разновидность паразитизма или симбиоза. Возможно, ARMAN получают от других архей те метаболиты, которые не могут синтезировать сами[9].

Геномика и протеомика[править | править код]

В 2006 году были секвенированы геномы представителей трёх подгрупп ARMAN. Первый черновой вариант генома Candidatus Micrarchaeum acidiphilum из подгруппы ARMAN-2 имеет длину около 1 мегабазы (миллион пар оснований). Геномы ARMAN-4 и ARMAN-5, также имеющие размер около 1 мегабазы, отличаются необычными размерами генов, сходными с таковыми симбиотических и паразитических бактерий. Этот факт может свидетельствовать о межвидовых взаимодействиях ARMAN с другими археями. Кроме того, оказалось, что на филогенетическом дереве архей ARMAN располагаются рядом с точкой разделения ветвей эвриархеот и кренархеот, что свидетельствует о том, что ARMAN разделяют многие генетические черты с археями этих двух групп. Стоит отметить, что у ARMAN выявлены многие гены, обнаруженные только у кренархеот. Реконструировать известные метаболические пути у ARMAN очень сложно из-за необычно большого числа уникальных генов, обнаруженных у архей этой группы[10]. В 2011 году у архей ARMAN-1 и ARMAN-2 был описан новый тип эндонуклеаз, участвующих в сплайсинге тРНК[11].

Примечания[править | править код]

  1. Weird, ultra-small microbes turn up in acidic mine drainage (3 May 2010).
  2. Baker B. J., Tyson G. W., Webb R. I., Flanagan J., Hugenholtz P., Allen E. E., Banfield J. F. Lineages of acidophilic archaea revealed by community genomic analysis. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2006. — Vol. 314, no. 5807. — P. 1933—1935. — DOI:10.1126/science.1132690. — PMID 17185602. [исправить]
  3. Rinke C., Schwientek P., Sczyrba A., Ivanova N. N., Anderson I. J., Cheng J. F., Darling A., Malfatti S., Swan B. K., Gies E. A., Dodsworth J. A., Hedlund B. P., Tsiamis G., Sievert S. M., Liu W. T., Eisen J. A., Hallam S. J., Kyrpides N. C., Stepanauskas R., Rubin E. M., Hugenholtz P., Woyke T. Insights into the phylogeny and coding potential of microbial dark matter. (англ.) // Nature. — 2013. — Vol. 499, no. 7459. — P. 431—437. — DOI:10.1038/nature12352. — PMID 23851394. [исправить]
  4. Castelle C. J., Wrighton K. C., Thomas B. C., Hug L. A., Brown C. T., Wilkins M. J., Frischkorn K. R., Tringe S. G., Singh A., Markillie L. M., Taylor R. C., Williams K. H., Banfield J. F. Genomic expansion of domain archaea highlights roles for organisms from new phyla in anaerobic carbon cycling. (англ.) // Current biology : CB. — 2015. — Vol. 25, no. 6. — P. 690—701. — DOI:10.1016/j.cub.2015.01.014. — PMID 25702576. [исправить]
  5. Nordstrom D. K., Alpers C. N. Negative pH, efflorescent mineralogy, and consequences for environmental restoration at the Iron Mountain Superfund site, California // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1999. — 30 марта (т. 96, № 7). — С. 3455—3462. — ISSN 0027-8424. — DOI:10.1073/pnas.96.7.3455. [исправить]
  6. Juottonen H., Tuittila E. S., Juutinen S., Fritze H., Yrjälä K. Seasonality of rDNA- and rRNA-derived archaeal communities and methanogenic potential in a boreal mire. (англ.) // The ISME journal. — 2008. — Vol. 2, no. 11. — P. 1157—1168. — DOI:10.1038/ismej.2008.66. — PMID 18650929. [исправить]
  7. Amaral-Zettler L. A., Zettler E. R., Theroux S. M., Palacios C., Aguilera A., Amils R. Microbial community structure across the tree of life in the extreme Río Tinto. (англ.) // The ISME journal. — 2011. — Vol. 5, no. 1. — P. 42—50. — DOI:10.1038/ismej.2010.101. — PMID 20631808. [исправить]
  8. Murakami Shinnosuke, Fujishima Kosuke, Tomita Masaru, Kanai Akio. Metatranscriptomic Analysis of Microbes in an Oceanfront Deep-Subsurface Hot Spring Reveals Novel Small RNAs and Type-Specific tRNA Degradation // Applied and Environmental Microbiology. — 2011. — 9 декабря (т. 78, № 4). — С. 1015—1022. — ISSN 0099-2240. — DOI:10.1128/AEM.06811-11. [исправить]
  9. Weird, ultra-small microbes turn up in acidic mine drainage (3 May 2010).
  10. Baker B. J., Comolli L. R., Dick G. J., Hauser L. J., Hyatt D., Dill B. D., Land M. L., Verberkmoes N. C., Hettich R. L., Banfield J. F. Enigmatic, ultrasmall, uncultivated Archaea. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2010. — Vol. 107, no. 19. — P. 8806—8811. — DOI:10.1073/pnas.0914470107. — PMID 20421484. [исправить]
  11. Fujishima K., Sugahara J., Miller C. S., Baker B. J., Di Giulio M., Takesue K., Sato A., Tomita M., Banfield J. F., Kanai A. A novel three-unit tRNA splicing endonuclease found in ultrasmall Archaea possesses broad substrate specificity. (англ.) // Nucleic acids research. — 2011. — Vol. 39, no. 22. — P. 9695—9704. — DOI:10.1093/nar/gkr692. — PMID 21880595. [исправить]