Какое дерево не является теплолюбивым: Тест с ответами: “Леса России”

Содержание

Тест с ответами: “Леса России”

1. Какие леса образуют тайгу:
а) хвойные +
б) смешанные
в) лиственные

2. Какое дерево не является хвойным:
а) пихта
б) каштан +
в) кедр

3. Какое дерево не является теплолюбивым:
а) липа
б) дуб
в) лиственница +

4. Какое дерево не является широколиственным:
а) осина +
б) клен
в) вяз

5. Какое растение не встречается в лесах России:
а) калина
б) береза
в) ягель +

6. К какой группе животных относится летяга:
а) пресмыкающиеся
б) звери +
в) птицы

7. Какой зверь не водится в лесной зоне:
а) рысь
б) бурундук
в) лемминг +

8. Какое животное не является хищником:
а) лось +
б) сокол
в) рысь

9. Вставь недостающее звено в цепи питания: желуди – … – соболь:
а) заяц
б) глухарь
в) полевка +

10. Какая птица не водится в лесной зоне:
а) кедровка
б) белая куропатка +
в) глухарь

11. Укажи верное утверждение:

а) Лето в тайге намного теплее, чем в тундре. +
б) В лесной зоне России очень тёплая зима.
в) В почве лесной зоны мало питательных веществ.

12. Какое дерево не относится к хвойным:
а) пихта
б) ясень +
в) лиственница

13. Как меняется характер лесов с севера на юг:
а) хвойные – смешанные – широколиственные +
б) смешанные – хвойные – широколиственные
в) хвойные – широколиственные – смешанные

14. Какое дерево относится к мелколиственным:
а) берёза +
б) клён
в) липа

15. Какого лесного зверька легко узнать по пяти тёмным полоскам вдоль спины:
а) бурундука +
б) соболя
в) летягу

16. Какая цепь питания составлена неправильно:
а) кедровая сосна – полёвка – соболь
б) травянистые растения – заяц-беляк – соболь +
в) кедровая сосна – кедровка

17. Найди «лишнее» дерево:
а) сосна
б) лиственница
в) вяз +

18. Укажи птицу, которая помогает размножаться сосне:
а) сокол

б) кедровка +
в) рябчик

19. Подумай, какое дерево не будет расти в тайге:
а) сосна
б) кедр
в) липа +

20. Отметь хищника:
а) белка
б) рысь +
в) заяц

21. Отметь хищника:
а) соболь +
б) олень
в) мышь

22. Отметь хищника:
а) лось
б) амурский тигр
в) зубр

23. Какое дерево растет в основном в пределах темнохвойной тайги:
а) дуб
б) ель
в) лиственница +

24. Какое дерево в наибольшей степени распространено в таежной зоне:
а) ель
б) лиственница +
в) сосна

25. В какой части России произрастают широколиственные леса:
а) на побережье Чукотского моря
б) на побережье Каспийского моря
в) в центре Русской равнины +

26. Какие почвы характерны для зоны широколиственных лесов:
а) мерзлотно-таежные
б) серые лесные +
в) арктические

27. Какое животное не водится в зоне тайги:
а) суслик +
б) соболь
в) бурый медведь

28. Сплошной полосой от западных до восточных границ России простирается:

а) тайга и смешанные леса
б) смешанные и широколиственные леса
в) тундра и тайга +

29. Как правильно называется лес, состоящий в основном из дубов:
а) дубрава +
б) задубевший
в) дубинчатый

30. Какая природная зона не относится к числу лесных зон:
а) широколиственные леса
б) степь +
в) смешанные леса

Леса России

Какие леса образуют тайгу:

хвойные

смешанные

лиственные

 

Какое дерево не является хвойным:

пихта

каштан

кедр

 

Какое дерево не является теплолюбивым:

липа

дуб

лиственница

 

Какое дерево не является широколиственным:

осина

клен

вяз

 

Какое растение не встречается в лесах России:

калина

береза

ягель

 

К какой группе животных относится летяга:

пресмыкающиеся

звери

птицы

 

Какой зверь не водится в лесной зоне:

рысь

бурундук

лемминг

 

Какое животное не является хищником:

лось

сокол

рысь

 

Вставь недостающее звено в цепи питания: желуди – … – соболь:

заяц

глухарь

полевка

 

Какая птица не водится в лесной зоне:

кедровка

белая куропатка

глухарь

 

Укажи верное утверждение:

Лето в тайге намного теплее, чем в тундре.

В лесной зоне России очень тёплая зима.

В почве лесной зоны мало питательных веществ.

 

Какое дерево не относится к хвойным:

пихта

ясень

лиственница

 

Как меняется характер лесов с севера на юг:

хвойные – смешанные – широколиственные

смешанные – хвойные – широколиственные

хвойные – широколиственные – смешанные

 

Какое дерево относится к мелколиственным:

берёза

клён

липа

 

Какого лесного зверька легко узнать по пяти тёмным полоскам вдоль спины:

бурундука

соболя

летягу

 

Какая цепь питания составлена неправильно:

кедровая сосна – полёвка – соболь

травянистые растения – заяц-беляк – соболь

кедровая сосна – кедровка

 

Найди «лишнее» дерево:

сосна

лиственница

вяз

 

Укажи птицу, которая помогает размножаться сосне:

сокол

кедровка

рябчик

 

Подумай, какое дерево не будет расти в тайге:

сосна

кедр

липа

 

Отметь хищника:

белка

рысь

заяц

 

Отметь хищника:

соболь

олень

мышь

 

Отметь хищника:

лось

амурский тигр

зубр

 

Какое дерево растет в основном в пределах темнохвойной тайги:

дуб

ель

лиственница

 

Какое дерево в наибольшей степени распространено в таежной зоне:

ель

лиственница

сосна

 

В какой части России произрастают широколиственные леса:

на побережье Чукотского моря

на побережье Каспийского моря

в центре Русской равнины

 

Какие почвы характерны для зоны широколиственных лесов:

мерзлотно-таежные

серые лесные

арктические

 

Какое животное не водится в зоне тайги:

суслик

соболь

бурый медведь

 

Сплошной полосой от западных до восточных границ России простирается:

тайга и смешанные леса

смешанные и широколиственные леса

тундра и тайга

 

Как правильно называется лес, состоящий в основном из дубов:

дубрава

задубевший

дубинчатый

 

Какая природная зона не относится к числу лесных зон:

широколиственные леса

степь

смешанные леса

 

Леса России — тест с ответами

Проверить усвоенные знания студентов можно различными способами, но быстрее всего это получится с помощью теста. На этой странице представлен тест по биологии на тему Леса России. В тесте правильные варианты ответов выделены символом [+].
Какие леса образуют тайгу:

[+] а) хвойные

[-] б) смешанные

[-] в) лиственные

Какое дерево не является хвойным:

[-] а) пихта

[+] б) каштан

[-] в) кедр

Какое дерево не является теплолюбивым:

[-] а) липа

[-] б) дуб

[+] в) лиственница

Какое дерево не является широколиственным:

[+] а) осина

[-] б) клен

[-] в) вяз

Какое растение не встречается в лесах России:

[-] а) калина

[-] б) береза

[+] в) ягель

К какой группе животных относится летяга:

[-] а) пресмыкающиеся

[+] б) звери

[-] в) птицы

Какой зверь не водится в лесной зоне:

[-] а) рысь

[-] б) бурундук

[+] в) лемминг

Какое животное не является хищником:

[+] а) лось

[-] б) сокол

[-] в) рысь

Вставь недостающее звено в цепи питания: желуди – … – соболь:

[-] а) заяц

[-] б) глухарь

[+] в) полевка

Какая птица не водится в лесной зоне:

[-] а) кедровка

[+] б) белая куропатка

[-] в) глухарь

Укажи верное утверждение:

[+] а) Лето в тайге намного теплее, чем в тундре.

[-] б) В лесной зоне России очень тёплая зима.

[-] в) В почве лесной зоны мало питательных веществ.

Какое дерево не относится к хвойным:

[-] а) пихта

[+] б) ясень

[-] в) лиственница

Как меняется характер лесов с севера на юг:

[+] а) хвойные – смешанные – широколиственные

[-] б) смешанные – хвойные – широколиственные

[-] в) хвойные – широколиственные – смешанные

Какое дерево относится к мелколиственным:

[+] а) берёза

[-] б) клён

[-] в) липа

Какого лесного зверька легко узнать по пяти тёмным полоскам вдоль спины:

[+] а) бурундука

[-] б) соболя

[-] в) летягу

Какая цепь питания составлена неправильно:

[-] а) кедровая сосна – полёвка – соболь

[+] б) травянистые растения – заяц-беляк – соболь

[-] в) кедровая сосна – кедровка

Найди «лишнее» дерево:

[-] а) сосна

[-] б) лиственница

[+] в) вяз

Укажи птицу, которая помогает размножаться сосне:

[-] а) сокол

[+] б) кедровка

[-] в) рябчик

Подумай, какое дерево не будет расти в тайге:

[-] а) сосна

[-] б) кедр

[+] в) липа

Отметь хищника:

[-] а) белка

[+] б) рысь

[-] в) заяц

Отметь хищника:

[+] а) соболь

[-] б) олень

[-] в) мышь

Отметь хищника:

[-] а) лось

[-] б) амурский тигр

[-] в) зубр

Какое дерево растет в основном в пределах темнохвойной тайги:

[-] а) дуб

[-] б) ель

[+] в) лиственница

Какое дерево в наибольшей степени распространено в таежной зоне:

[-] а) ель

[+] б) лиственница

[-] в) сосна

В какой части России произрастают широколиственные леса:

[-] а) на побережье Чукотского моря

[-] б) на побережье Каспийского моря

[+] в) в центре Русской равнины

Какие почвы характерны для зоны широколиственных лесов:

[-] а) мерзлотно-таежные

[+] б) серые лесные

[-] в) арктические

Какое животное не водится в зоне тайги:

[+] а) суслик

[-] б) соболь

[-] в) бурый медведь

Сплошной полосой от западных до восточных границ России простирается:

[-] а) тайга и смешанные леса

[-] б) смешанные и широколиственные леса

[+] в) тундра и тайга

Как правильно называется лес, состоящий в основном из дубов:

[+] а) дубрава

[-] б) задубевший

[-] в) дубинчатый

Какая природная зона не относится к числу лесных зон:

[-] а) широколиственные леса

[+] б) степь

[-] в) смешанные леса

Тест «Леса России» (4 класс)

Тест «Леса России» Фамилия __________________________

1. Какие леса образуют тайгу?

1) лиственные 2) смешанные 3) хвойные

2. Какое дерево не является хвойным?

1) кедр 2) каштан 3) пихта

3. Какая птица не водится в лесной зоне?

1) глухарь 2) белая куропатка 3) кедровка

4. Какое дерево не является щироколиственным?

1) осина 2) клён 3) вяз

5. К какой группе животных относится летяга?

1) птицы 2) звери 3) пресмыкающиеся

6. Какое дерево не является теплолюбивым?

1) дуб 2) липа 3) лиственница

7. Какое животное не является хищником?

1) лось 2) рысь 3) сокол

8. Какой зверь не водится в лесной зоне?

1) лемминг 2) рысь 3) бурундук

9. Вставь недостающее звено в цепи питания: ЖЁЛУДИ — … — СОБОЛЬ

1) глухарь 2) заяц 3) полёвка

10. Какое растение не встречается в лесах России?

1) берёза 2) калина 3) ягель

Тест «Леса России» Фамилия __________________________

1. Какие леса образуют тайгу?

1) лиственные 2) смешанные 3) хвойные

2. Какое дерево не является хвойным?

1) кедр 2) каштан 3) пихта

3. Какая птица не водится в лесной зоне?

1) глухарь 2) белая куропатка 3) кедровка

4. Какое дерево не является щироколиственным?

1) осина 2) клён 3) вяз

5. К какой группе животных относится летяга?

1) птицы 2) звери 3) пресмыкающиеся

6. Какое дерево не является теплолюбивым?

1) дуб 2) липа 3) лиственница

7. Какое животное не является хищником?

1) лось 2) рысь 3) сокол

8. Какой зверь не водится в лесной зоне?

1) лемминг 2) рысь 3) бурундук

9. Вставь недостающее звено в цепи питания: ЖЁЛУДИ — … — СОБОЛЬ

1) глухарь 2) заяц 3) полёвка

10. Какое растение не встречается в лесах России?

1) берёза 2) калина 3) ягель

1. 3) 2. 2) 3. 3) 4. 1) 5. 2) 6. 3) 7. 1) 8. 1) 9. 3) 10. 3.

Тест «Леса России» 4 класс

ФИ__________________________

1. Самую большую территорию занимают …

1.смешанные леса 2.хвойные леса 3.широколиственные леса

2. Какие леса образуют тайгу?

1.лиственные 2.смешанные 3.хвойные

3. Какая птица не водится в лесной зоне?

1.глухарь 2.белая куропатка 3.кедровка 4.рябчик

4. Какое дерево не является широколиственным?

1.дуб 2.клён 3.вяз 4. осина

5. К какой группе животных относится летяга?

1.птицы 2.звери 3.пресмыкающиеся 4. рептилии

6. У какого зверька вдоль спины идет 5 тёмных полосок. _________________________

7. Укажи птицу, которая помогает размножаться сосне.

1.рябчик 2.кедровка 3. глухарь 4. сокол

8. Укажи мелколиственное дерево.

1.сосна 2.дуб 3.береза 4.вяз

9. Какое животное не является хищником?

1.рысь 2.лось 3.сокол 4.соболь

10. Какой зверь не водится в лесной зоне?

1.лось 2.бурундук 3.лемминг 4. рысь

11. Выбери недостающее звено в цепи питания: жёлуди-____- соболь

1.глухарь 2.заяц 3.полёвка 4.лось

12. Какое растение не встречается в лесах России?

1.берёза 2. калина 3. ягель 4.ель

13. Какое дерево не является теплолюбивым?

1.лиственница 2.липа 3.дуб 4.клён

14. Выбери недостающее звено в цепи питания: орехи-бурундук-___.

1.заяц 2.соболь 3 глухарь 4.лось

15. Как меняется характер лесов с севера на юг?

1.хвойные – широколиственные – смешанные

2.смешанные – хвойные – широколиственные

3.широколиственные – хвойные – смешанные

4.хвойные – смешанные – широколиственные

ФИ__________________________

1. Самую большую территорию занимают …

1.смешанные леса 2.хвойные леса 3.широколиственные леса

2. Какие леса образуют тайгу?

1.лиственные 2.смешанные 3.хвойные

3. Какая птица не водится в лесной зоне?

1.глухарь 2.белая куропатка 3.кедровка 4.рябчик

4. Какое дерево не является широколиственным?

1.дуб 2.клён 3.вяз 4. осина

5. К какой группе животных относится летяга?

1.птицы 2.звери 3.пресмыкающиеся 4. рептилии

6. У какого зверька вдоль спины идет 5 тёмных полосок. _________________________

7. Укажи птицу, которая помогает размножаться сосне.

1.рябчик 2.кедровка 3. глухарь 4. сокол

8. Укажи мелколиственное дерево.

1.сосна 2.дуб 3.береза 4.вяз

9. Какое животное не является хищником?

1.рысь 2.лось 3.сокол 4.соболь

10. Какой зверь не водится в лесной зоне?

1.лось 2.бурундук 3.лемминг 4. рысь

11. Выбери недостающее звено в цепи питания: жёлуди-____- соболь

1.глухарь 2.заяц 3.полёвка 4.лось

12. Какое растение не встречается в лесах России?

1.берёза 2. калина 3. ягель 4.ель

13. Какое дерево не является теплолюбивым?

1.лиственница 2.липа 3.дуб 4.клён

14. Выбери недостающее звено в цепи питания: орехи-бурундук-___.

1.заяц 2.соболь 3 глухарь 4.лось

15. Как меняется характер лесов с севера на юг?

1.хвойные – широколиственные – смешанные

2.смешанные – хвойные – широколиственные

3.широколиственные – хвойные – смешанные

4.хвойные – смешанные – широколиственные

Тест по окружающему миру 4 класс «Леса России»

ФИ__________________________

1. Самую большую территорию занимают …

1.смешанные леса 2.хвойные леса 3.широколиственные леса

2. Какие леса образуют тайгу?

1.лиственные 2.смешанные 3.хвойные

3. Какая птица не водится в лесной зоне?

1.глухарь 2.белая куропатка 3.кедровка 4.рябчик

4. Какое дерево не является широколиственным?

1.дуб 2.клён 3.вяз 4. осина

5. К какой группе животных относится летяга?

1.птицы 2.звери 3.пресмыкающиеся 4. рептилии

6. У какого зверька вдоль спины идет 5 тёмных полосок. _________________________

7. Укажи птицу, которая помогает размножаться сосне.

1.рябчик 2.кедровка 3. глухарь 4. сокол

8. Укажи мелколиственное дерево.

1.сосна 2.дуб 3.береза 4.вяз

9. Какое животное не является хищником?

1.рысь 2.лось 3.сокол 4.соболь

10. Какой зверь не водится в лесной зоне?

1.лось 2.бурундук 3.лемминг 4. рысь

11. Выбери недостающее звено в цепи питания: жёлуди-____- соболь

1.глухарь 2.заяц 3.полёвка 4.лось

12. Какое растение не встречается в лесах России?

1.берёза 2. калина 3. ягель 4.ель

13. Какое дерево не является теплолюбивым?

1.лиственница 2.липа 3.дуб 4.клён

14. Выбери недостающее звено в цепи питания: орехи-бурундук-___.

1.заяц 2.соболь 3 глухарь 4.лось

15. Как меняется характер лесов с севера на юг?

1.хвойные – широколиственные – смешанные

2.смешанные – хвойные – широколиственные

3.широколиственные – хвойные – смешанные

4.хвойные – смешанные – широколиственные

ФИ__________________________

1. Самую большую территорию занимают …

1.смешанные леса 2.хвойные леса 3.широколиственные леса

2. Какие леса образуют тайгу?

1.лиственные 2.смешанные 3.хвойные

3. Какая птица не водится в лесной зоне?

1.глухарь 2.белая куропатка 3.кедровка 4.рябчик

4. Какое дерево не является широколиственным?

1.дуб 2.клён 3.вяз 4. осина

5. К какой группе животных относится летяга?

1.птицы 2.звери 3.пресмыкающиеся 4. рептилии

6. У какого зверька вдоль спины идет 5 тёмных полосок. _________________________

7. Укажи птицу, которая помогает размножаться сосне.

1.рябчик 2.кедровка 3. глухарь 4. сокол

8. Укажи мелколиственное дерево.

1.сосна 2.дуб 3.береза 4.вяз

9. Какое животное не является хищником?

1.рысь 2.лось 3.сокол 4.соболь

10. Какой зверь не водится в лесной зоне?

1.лось 2.бурундук 3.лемминг 4. рысь

11. Выбери недостающее звено в цепи питания: жёлуди-____- соболь

1.глухарь 2.заяц 3.полёвка 4.лось

12. Какое растение не встречается в лесах России?

1.берёза 2. калина 3. ягель 4.ель

13. Какое дерево не является теплолюбивым?

1.лиственница 2.липа 3.дуб 4.клён

14. Выбери недостающее звено в цепи питания: орехи-бурундук-___.

1.заяц 2.соболь 3 глухарь 4.лось

15. Как меняется характер лесов с севера на юг?

1.хвойные – широколиственные – смешанные

2.смешанные – хвойные – широколиственные

3.широколиственные – хвойные – смешанные

4.хвойные – смешанные – широколиственные

леса россии тесты | Тест (4 класс):

Тест 12

ЛЕСА РОССИИ

1. Самую большую территорию занимают …

  1. смешанные леса
  2. хвойные леса
  3. широколиственные леса

2. Какие леса образуют тайгу?

  1. лиственные
  2. смешанные
  3. хвойные

3.Какая птица не водится в лесной зоне?

1. глухарь            2. белая куропатка             3. кедровка

4.Какое дерево не является широколиственным?

            1.осина                2.клён                 3.вяз

5.К какой группе животных относится летяга?

            1.птицы              2.звери            3.пресмыкающиеся

6. Узнай по описанию.

Этот зверёк похож на белку, но почти вдвое меньше её. Хорошо заметный отличительный признак – 5 тёмных полосок вдоль спины. Этот зверёк ловко лазает по деревьям, а живёт в неглубокой норе под упавшим стволом или пнём. Питается в основном кедровыми орехами и другими семенами.     ______________________________________

7. Какую важную лесную «работу» выполняет кедровка?

             1. помогает размножаться кедровой сосне

             2. уничтожает личинки вредных насекомых

             3. ловит вредных насекомых

             4. способствует скорейшему образованию перегноя

8. Почему все соболя были почти уничтожены? __________________________________________

9.Какое животное не является хищником?

             1.лось                 2.рысь                3.сокол

10.Какой зверь не водится в лесной зоне?

             1.лемминг          2.бурундук         3.рысь

11.Вставь недостающее звено в цепи питания: жёлуди — ……….. – соболь

             1.глухарь            2.заяц                3.полёвка

12.Какое растение не встречается в лесах России?

             1. берёза             2. калина             3. ягель

13. Какое дерево не является теплолюбивым?

             1. дуб                 2.липа                 3.лиственница

       

Thermophile — обзор | Темы ScienceDirect

5.1 Источники

Ксиланазы, ферменты, гидролизующие ксилан, широко распространены и разнообразны по своей природе. Было обнаружено, что эти ферменты продуцируются рядом различных источников, включая морские и наземные бактерии, бактерии рубца, грибы, морские водоросли, простейшие, улиток, ракообразных, насекомых, наземные растения и их семена (Smith et al., 1991; Bajpai, 1997, 2009; Beg et al., 2001; Subramaniyan, Prema, 2002). Однако нитчатые грибы являются особенно интересными продуцентами ксиланаз с промышленной точки зрения.Это связано с тем, что они выделяют в среду ферменты, расщепляющие ксилан, что устраняет необходимость разрушения клеток перед очисткой (Sunna and Antranikian, 1997; Polizeli et al., 2005). Кроме того, уровни ксиланазы в культурах грибов обычно намного выше, чем в дрожжах или бактериях. Кроме того, помимо ксиланаз, грибы продуцируют несколько вспомогательных ферментов, необходимых для разложения замещенного ксилана (Bajpai, 2009). Роды Aspergillus и Trichoderma занимают ведущие позиции в производстве ксиланазы среди мезофильных грибов.Были предприняты попытки изолировать термофильные и даже экстремофильные микроорганизмы, поскольку они продуцируют более стабильные ферменты (Lasa and Berenguer, 1993; Harris et al., 1997; Ishihara et al., 1997; Kalogeris et al., 1998; Andrade et al. ., 1999; Niehaus et al., 1999; Puchart et al., 1999; Maheshwari et al., 2000; Rizzatti et al., 2001; Bruins et al., 2001; Monti et al., 2003; Sharma and Kumar, 2013). Несколько видов бактерий и грибов — Thermomonospora sp. , Bacillus sp ., Melanocarpus albomyces , Chaetomium thermophilum , Nonomuraea flexuosa , Streptomyces sp ., Dictyoglomus sp ., Thermotogales sp . Clostridium abusonum , Arthrobacter — сообщалось, что они продуцируют ферменты ксиланазы. К известным термофильным грибам относятся: Humicola insolens , Humicola lanuginosa , Humicola grisea , Melanocarpus albomyces , Paecylomyces variotii , Talaromyces 00050005, Talaromyces и Talaromyces и др. (Амаре, 1998; Прабху и Махешвари, 1999; Сварупа и Кришна, 2000; Махешвари и др., 2000; Кохилу и др., 2001; Джордж и др., 2001; Хакулинен и др., 2003; Вирупакши и др., 2005; Ghatora et al., 2006; Хандепаркар и Бхосле, 2006; Гарг и др., 2009, 2010). Ксиланазы этих грибов обладают оптимальными температурами от 60 ° C до 80 ° C и очень стабильны в этом диапазоне. Эти ферменты обычно представляют собой гликопротеины и проявляют активность при кислом pH (4,5–6,5). Они существуют во множестве форм, и большинство из них демонстрируют переменную молекулярную массу в диапазоне 6–38 кДа.

Эндоксиланазы термофилов имеют некоторую степень структурной гомологии с таковыми из мезофилов.Многие исследователи пытались объяснить термостабильность, наблюдаемую в ферментах термофилов, с точки зрения дополнительных дисульфидных мостиков, N-концевого остатка пролина, вызывающего снижение конформационной свободы, солевых мостиков и присутствия гидрофобных боковых цепей (Turunen et al., 2001). Hakulinen et al. (2003) также описывают некоторые незначительные модификации, ответственные за повышенную термическую стабильность ксиланаз:

—

Более высокое отношение Thr / Ser

—

Повышенное количество заряженных остатков, особенно Arg, что приводит к усилению полярных взаимодействий.

—

Улучшенная стабилизация вторичных структур с участием большего количества остатков в бета-цепях и стабилизация области альфа-спирали

Согласно Polizeli et al.(2005), некоторые ксиланазы улучшают свою стабильность за счет уплотнения структуры белка с большим количеством ионных пар или ароматических остатков на поверхности белка, что приводит к усилению взаимодействий. Однако однозначного вывода сделано не было, поскольку явление, наблюдаемое у одного микроорганизма, может отсутствовать у другого.

Термофильные микроорганизмы


Немного термофильные прокариоты могут продолжать расти во время пикового нагрева и сохраняются во время длительного высокотемпературного плато, когда температура поддерживается в пределах 40-60 o C.На этом этапе запускается вторая группа теплолюбивых грибов. расти ( c на рис. E). Эти грибы включают Chaetomium thermophile , Humicola insolens , Humicola ( Thermomyces ) lanuginosus ( Рисунок G ), Thermoascus aurantiacus ( Рисунок H ), a Paecilomyces- как гриб ( Рисунок I ) и Aspergillus fumigatus ( рис. J ).По их комбинированные действия, эти грибы вызывают основные фаза разложения материалов клеточной стенки растений, таких как как целлюлоза, так и гемицеллюлозы, так что сухой вес компоста можно уменьшить вдвое во время относительно высокой температурная фаза продолжительностью 20 дней и более после пика обогрев.

В конце концов температура снижается, и тогда мезофильные организмы реколонизировать компост и вытеснить термофилов ( d на рис.E). Однако некоторые жаростойкие виды, такие как Aspergillus fumigatus может продолжать расти. Этот грибок может расти в диапазоне температур от 12 o до прибл. 52-55 или . Строго говоря, это не термофил, поскольку его температурный оптимум ниже 50 o , но это очень распространенный и важный член высокотемпературное компостное сообщество.


Термофильный грибы компостов

Все указанные ниже термофильные грибы были получены посыпать мелкие частицы садового компоста на картофельно-декстозный агар, содержащий антибактериальные агенты (стрептомицин плюс хлортетрациклин) при 45 o C.

Рисунок F. Rhizomucor pusillus . Типичная колония серого цвета на тарелке картофельно-декстрозный агар при 45 o C (левый изображение). Этот гриб дает обильные «пушистые» воздушные гифы и спороносные стебли ( спорангиеносов ) которые разветвлены (центральное и правое изображения) и имеют спорангии на кончиках веток.Нежный спорангий стены ломаются, высвобождая многочисленные споры, оставляя только центральная луковичная область (колумелла , c ) и остатки спорангиальной стенки (стрелка на правое изображение).

С диапазоном температур с температурой 20-55 o C, этот гриб является типичным ранним колонизатор компостов, использующий простые сахара, амино кислоты и т. д., которые изначально присутствуют в растении материал.Он инактивируется во время пикового нагрева, и он после этого не переселяется в колонию.

Рисунок G. Humicola (или Thermomyces ) lanuginosus. Рост колоний на картофельно-декстрозном агаре (вверху слева) и агаре с солодовым экстрактом (вверху справа) при 45 o C. Этот гриб производит единичные споры, образующиеся в результате набухания, напоминающего воздушный шар, на кончики коротких веточек гиф (внизу, слева).В зрелости (внизу справа) споры имеют коричневые орнаментированные стенки.

H. lanuginosus вырастает с 30 до 52-55 o C. Это чрезвычайно распространен во всех типах самонагревающихся материалов, а также в птичьи гнезда и нагретые солнцем почвы. Заселяет компосты после пикового нагрева и сохраняется в течение всего высокотемпературная фаза. Однако он не может ухудшиться целлюлоза, и кажется, что она живет как комменсал с разлагающие целлюлозу виды, делящие часть сахаров высвобождается из клеточных стенок растений за счет целлюлолитического виды деятельности.


Рисунок H. Thermoascus aurantiacus колония (слева), растущая на солодовом агаре при 45 o C. Оранжево-коричневый цвет вызван наличием многих мелкие (около 1 миллиметра) плодовые тела (аскокарпы), которые видны при большем увеличении (вверху справа). Эти аскокарпы представляют собой закрытые тела, обозначаемые cleistothecia , содержащий много asci , каждый с 8 аскоспоры.Клейстотеция и стенки аска ломаются вниз по достижении зрелости, чтобы высвободить аскоспоры. Четыре аски содержащие аскоспоры показаны на композитном изображении в внизу справа. Их выпустили, когда клейстотеций был раздавлен на слайде, и они показывают аскоспоры в различные стадии созревания — коричневые споры почти зрелый.

Этот гриб растет из примерно от 25 до 55 o C и представляет собой энергичную целлюлозу деградатор.

Рисунок I. Paecilomyces видов выращивание на агаре с солодовым экстрактом при 45 o C (слева изображение). Желто-коричневый цвет колонии вызван: наличие бесполых споровых структур на надземной гифы. Стадии спорения рода Paecilomyces (изображение справа) внешне напоминают Penicillium , потому что споры (конидии , c ) образуются из клеток в форме колб ( фиалидов, p ) несет на концах коротких ветвистых щетинок конструкции.Но схема ветвления этих «кисти» менее регулярны, чем у Penicillium .

Рисунок J. Aspergillus fumigatus . Этот распространенный гриб компоста и заплесневелого зерна имеет серо-зеленый цвет на чашках с агаром (левое изображение), в контрастирует с более ярким зеленым цветом некоторых других Aspergillus разновидность. Типичная стадия бесполого спорования Aspergillus состоит из споровой гифы (конидиофор , , центральное изображение), который на кончике раздувается в пузырь, и везикула несет клетки в форме колбы ( фиалидов ) которые продуцируют споры ( конидий, ).В г. fumigatus пузырек обычно булавовидный, фиалиды возникают только из верхней части пузырька, и все фиалиды направлены вверх. Вместе с серо-зеленый цвет и диапазон температур около 12-52 o C, эти особенности отличают A. fumigatus от всех прочие Aspergillus видов.

A. fumigatus есть чрезвычайно распространенный, интересный и опасный гриб из-за его питательного оппортунизма.Это сильно целлюлолитический, но он также может расти на углеводородах в авиационный керосин, и он может попасть в легкие при вдыхании споры, вызывающие аллергию или растущие в легких полости, вызывающие аспергилломы (см. Воздушно-капельный Микроорганизмы). Его способность быстро расти при 37 o C сделала этот грибок — серьезная проблема в операционных, где можно установить инфекции внутренних органов через хирургические раны, особенно во время операции по трансплантации когда иммунная система пациента подавлена.


В прокариоты компоста

Хотя теплолюбивые грибы играют важную роль роль в разложении целлюлозы и других основных полимеров в компоста, активность бактерий также важна. Это подтверждают два недавних открытия.

  • В 1996 г. сообщил, что компосты разных типов (садовые и кухонные отходы, отстой сточных вод, промышленные системы компостирования) содержат высокие количество бактерий рода Thermus которые растут на органических субстратах при температурах от 40-80 o C, при оптимальном росте от 65 до 75 o C.Цифры были от 10 7 до 10 10 на грамм сухой массы компоста. Спорообразующие Bacillus Также обнаружено видов, но они были не может вырасти выше 70 o C. Таким образом, он кажется, что Thermus видов, ранее известны только из геотермальных источников, вероятно, адаптирован к системе горячего компоста и играет важную роль в фазе пикового нагрева.[Т. Beffa et al. al ., 1996. Прикладная и экологическая Микробиология 62 , 1723-1727].
  • Также в 1996 г. номер автотрофных (самокормляющиеся) бактерии были изолированы от компосты. Эти неспоровые бактерии росли на 60-80 o C, с оптимумом 70-75 o C, и очень похож на Hydrogenobacter штаммы, которые ранее были известны только из геотермальные участки.Они получают свою энергию окисление серы или водорода и синтез их органическое вещество из CO 2 . [Т. Beffa et al ., 1996. Архивы Микробиология 165 , 34-40]

Микробный взаимодействия в компостах: коммерческие аспекты

Здесь можно многое узнать взаимодействия микроорганизмов в системах компостирования.Работа в этой области во многом обусловлена ​​коммерческими потребностями. для производства компостов для получения высоких урожаев грибов ( Agaricus видов) и для быстрой и эффективной обработки муниципальных (бытовые) и промышленные отходы.

В отличие от типичного «естественная» последовательность компостирования (Рисунок E), коммерческие грибные компосты производятся усеченным, двухфазный процесс, предназначенный для минимизации потерь целлюлозные материалы, которые Agaricus может использовать для рост.Фаза I включает пиковый нагрев компоста из соломы до 70-80 o C в течение нескольких дней. Тогда компост пастеризован при температуре 70 o C и выдержан при температуре около 45 o C в течение следующих нескольких дней (Фаза II). Наконец, температура понижается, и в компост вносится Агарикус . Обе предварительные фазы необходим для получения высоких урожаев грибов. Недавняя работа предполагает что термофильный гриб Scytalidium thermophilum становится доминирующим в фазе II, и его присутствие может почти удвойте урожай грибов [G.Straatsma и др. ., 1995. Канадский журнал ботаники 73 , S1019-1024]. Причина этого до сих пор неизвестна.

Другая работа показала, что Agaricus bisporus (коммерческий гриб) можно использовать либо живые или убитые нагреванием бактерии в качестве единственного источника азот для роста. Как и многие другие члены группа грибов basidiomycota , этот гриб не питается от источников неорганического азота, таких как аммоний или нитрат, но легко утилизирует органические азот, который он может разлагать, высвобождая протеазу ферменты.Таким образом, изначально высокая бактериальная активность в компост может обеспечить грибок его любимым источник азота.

Дополнительная литература — компостирование

Веб-сайты:

Страница ресурсов компоста. Сайт «общего интереса», хорошее развлечение, но возможно, немного евангелистский. http://www.oldgrowth.org/compost/

Золотой компост Glacier Inc (коммерческая компания по производству компоста): http: // www.speakeasy.org/ggc/

ГО К ПОЛНОМУ СПИСКУ ПРОФИЛЕЙ?

Установление мезофильных каталитических свойств термофильного фермента без влияния на его термостабильность

  • 1.

    Sterner, R. & Liebl, W. Термофильная адаптация белков. Crit Rev Biochem Mol Biol 36 , 39–106, https://doi.org/10.1080/200140174 (2001).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 2.

    Сармьенто, Ф., Перальта, Р. и Блейми, Дж. М. Холодные и горячие экстремозимы: промышленная значимость и современные тенденции. Front Bioeng Biotechnol 3 , 148, https://doi.org/10.3389/fbioe.2015.00148 (2015).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 3.

    Сиддики, К.С. Кому-то нравится жарко, кому-то холодно: биотехнологические приложения, зависящие от температуры, и усовершенствования экстремофильных ферментов. Biotechnol Adv 33 , 1912–1922, https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.11.001 (2015).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 4.

    Habbeche, A. et al. . Очистка и биохимическая характеристика устойчивой к детергентам кератиназы из нового термофильного актиномицета Actinomadura keratinilytica штамма Cpt29, выделенного из птичьего компоста. J Biosci Bioeng 117 , 413–421, https: // doi.org / 10.1016 / j.jbiosc.2013.09.006 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 5.

    Аквист Дж. Холодовая адаптация триозофосфат-изомеразы. Биохимия 56 , 4169–4176, https://doi.org/10.1021/acs.biochem.7b00523 (2017).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 6.

    Merz, A. et al. . Повышение каталитической активности термофильного фермента при низких температурах. Биохимия 39 , 880–889 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 7.

    Леббинк, Дж. Х., Капер, Т., Брон, П., ван дер Ост, Дж. И де Вос, В. М. Улучшение низкотемпературного катализа в гипертермостабильной бета-глюкозидазе CelB Pyrococcus furiosus путем направленной эволюции. Биохимия 39 , 3656–3665 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 8.

    Сузуки Т., Ясуги М., Арисака Ф., Ямагиши А. и Осима Т. Адаптация термофильного фермента, 3-изопропилмалатдегидрогеназы, к низким температурам. Protein Eng 14 , 85–91 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 9.

    Ясуги М., Амино М., Судзуки Т., Осима Т. и Ямагиши А. Адаптация к холоду термофильного фермента 3-изопропилмалатдегидрогеназы. J Biochem 129 , 477–484 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 10.

    Lonn, A., Gardonyi, M., van Zyl, W., Hahn-Hagerdal, B. & Otero, R.C. Адаптация к холоду ксилозоизомеразы из Thermus thermophilus посредством случайного мутагенеза ПЦР. Клонирование генов и характеристика белков. Eur J Biochem 269 , 157–163 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 11.

    Sriprapundh, D., Vieille, C. & Zeikus, J. G. Направлял эволюцию ксилозоизомеразы Thermotoga neapolitana: высокая активность в отношении глюкозы при низкой температуре и низком pH. Protein Eng 16 , 683–690 (2003).

    CAS Статья Google Scholar

  • 12.

    Sasaki, M., Uno, M., Akanuma, S. & Yamagishi, A. Случайный мутагенез улучшает низкотемпературную активность тетрамерной 3-изопропилмалатдегидрогеназы из гипертермофильных Sulfolobus tokodaii. Protein Eng Des Sel 21 , 721–727, https://doi.org/10.1093/protein/gzn054 (2008).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 13.

    Чжун, К. К. и др. . Повышение низкотемпературной казеинолитической активности термофильной субтилазы путем направленной эволюции и сайт-направленного мутагенеза. Biotechnol Bioeng 104 , 862–870, https://doi.org/10.1002/bit.22473 (2009).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 14.

    Шарма М., Кумар Р., Сингх Р. и Каур Дж. Сдвиг на 30 градусов оптимальной температуры термофильной липазы из-за одноточечной мутации: влияние мутации серина на треонин на структурная гибкость. Mol Cell Biochem 430 , 21–30, https://doi.org/10.1007/s11010-017-2950-z (2017).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 15.

    Ли, Г., Мария-Солано, М. А., Ромеро-Ривера, А., Осуна, С. и Ритц, М. Т. Выведение высокой активности термофильного фермента при температуре окружающей среды путем направленной эволюции. Chem Commun (Camb) 53 , 9454–9457, https://doi.org/10.1039/c7cc05377k (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16.

    Мяо, Л. Л. и др. . Молекулярно-структурная основа холодовой адаптации психрофильной бета-глюкозидазы BglU у Micrococcus antarcticus. Appl Environ Microbiol 82 , 2021–2030, https://doi.org/10.1128/aem.03158-15 (2016).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 17.

    Сааведра, Х. Г., Врабл, Дж. О., Андерсон, Дж. А., Ли, Дж. И Хилсер, В. Дж. Динамическая аллостерия может управлять адаптацией к холоду ферментов. Nature 558 , 324–328, https://doi.org/10.1038/s41586-018-0183-2 (2018).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 18.

    Занфорлин, Л. М. и др. . Олигомеризация как стратегия адаптации к холоду: структура и динамика бета-глюкозидазы Gh2 из Exiguobacterium antarcticum B7. Sci Rep 6 , 23776, https://doi.org/10.1038/srep23776 (2016).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 19.

    Феллер, Г. Стабильность белка и активность ферментов при экстремальных биологических температурах. J Phys Condens Matter 22 , 323101, https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/32/323101 (2010).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 20.

    Исаксен, Г. В., Аквист, Дж. И Брандсдал, Б. О. Мягкость поверхности белка является источником ферментативной адаптации трипсина к холоду. PLoS Comput Biol 10 , e1003813, https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1003813 (2014).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 21.

    Исаксен, Г. В., Аквист, Дж. И Брандсдал, Б. О. Ферментная поверхностная жесткость регулирует температурную зависимость каталитических скоростей. Proc Natl Acad Sci USA 113 , 7822–7827, https://doi.org/10.1073/pnas.1605237113 (2016).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 22.

    Ямада Т. и др. . Очистка, каталитические свойства и термическая стабильность трео-Ds-3-изопропилмалатдегидрогеназы, кодируемой геном leuB из экстремального термофила, штамма Thermus thermophilus HB8. J Biochem 108 , 449–456 (1990).

    CAS Статья Google Scholar

  • 23.

    Имада, К. и др. . Трехмерная структура высокотермостабильного фермента 3-изопропилмалатдегидрогеназы Thermus thermophilus при разрешении 2,2 A. J Mol Biol 222 , 725–738 (1991).

    CAS Статья Google Scholar

  • 24.

    Палло, А. и др. . Структурно-энергетические основы ферментативного катализа изопропилмалатдегидрогеназы. FEBS J 281 , 5063–5076, https://doi.org/10.1111/febs.13044 (2014).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 25.

    Hayashi, S., Akanuma, S., Onuki, W., Tokunaga, C. & Yamagishi, A. Замены коферментсвязывающих неполярных остатков улучшают низкотемпературную активность термофильных дегидрогеназ. Биохимия 50 , 8583–8593, https://doi.org/10.1021/bi200925f (2011).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 26.

    Siddiqui, K. S. Отказ от компромисса между активностью и стабильностью в ферментах: использование энтропии для повышения активности и термостабильности. Crit Rev Biotechnol 37 , 309–322, https://doi.org/10.3109/07388551.2016.1144045 (2017).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 27.

    Лэй, В. Дж. и др. . Ключевые аминокислотные остатки, обеспечивающие повышенную ферментативную активность антарктической полиэстремофильной бета-галактозидазы при низких температурах. Proc Natl Acad Sci USA 114 , 12530–12535, https://doi.org/10.1073/pnas.1711542114 (2017).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 28.

    Siddiqui, K. S. & Cavicchioli, R. Ферменты, адаптированные к холоду. Annu Rev Biochem 75 , 403–433, https: // doi.org / 10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142723 (2006).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 29.

    Стеттер К. О. Гипертермофилы в истории жизни. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361 , 1837–1842; обсуждение 1842–1833, https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1907 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 30.

    Сузуки Т., Ясуги М., Арисака Ф., Осима Т. и Ямагиши А. Механизм адаптации к холоду мутантных ферментов 3-изопропилмалатдегидрогеназы из Thermus thermophilus. Protein Eng 15 , 471–476 (2002).

    CAS Статья Google Scholar

  • 31.

    Аканума, С., Ямагиши, А., Танака, Н. и Осима, Т. Дальнейшее улучшение термостабильности частично стабилизированного варианта 3-изопропилмалатдегидрогеназы Bacillus subtilis путем случайного и сайт-направленного мутагенеза. Eur J Biochem 260 , 499–504 (1999).

    CAS Статья Google Scholar

  • 32.

    Bjelic, S., Brandsdal, B.O. & Aqvist, J. Холодная адаптация скорости ферментативных реакций. Биохимия 47 , 10049–10057, https://doi.org/10.1021/bi801177k (2008).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 33.

    Смалас, А.О., Лейрос, Х. К., Ос, В. и Уиллассен, Н. П. Ферменты, адаптированные к холоду. Biotechnol Annu Rev 6 , 1–57 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 34.

    Филдс, П. А. Обзор: Функция белков при экстремальных температурах: баланс стабильности и гибкости. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol 129 , 417–431 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 35.

    Zhao, H. Y. & Feng, H. Разработка щелочной сериновой протеазы Bacillus pumilus для повышения ее низкотемпературной протеолитической активности путем направленной эволюции. BMC Biotechnol 18 , 34, https://doi.org/10.1186/s12896-018-0451-0 (2018).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 36.

    Truongvan, N., Jang, S.H. и Lee, C. Компромисс гибкости и стабильности в активном сайте адаптированной к холоду эстеразы Pseudomonas mandelii EstK. Биохимия 55 , 3542–3549, https://doi.org/10.1021/acs.biochem.6b00177 (2016).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 37.

    Zavodszky, P., Kardos, J., Svingor, A. & Petsko, G.A. Регулировка конформационной гибкости является ключевым моментом в термической адаптации белков. Proc Natl Acad Sci USA 95 , 7406–7411 (1998).

    ADS CAS Статья Google Scholar

  • 38.

    Се, Б. Б. и др. . Холодовая адаптация металлопротеиназ цинка в семействе термолизинов из глубоководных и арктических ледяных бактерий, выявленная каталитическими и структурными свойствами и молекулярной динамикой: новое понимание взаимосвязи между конформационной гибкостью и водородными связями. J Biol Chem 284 , 9257–9269, https://doi.org/10.1074/jbc.M808421200 (2009).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 39.

    Lam, S. Y., Yeung, R. C., Yu, T. H., Sze, K. H. & Wong, K. B. Укрепляющий солевой мостик способствует активности термофильного фермента при высоких температурах за счет низкотемпературной активности. PLoS Biol 9 , e1001027, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001027 (2011).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 40.

    Миллер, С. Р. Оценка компромисса между стабильностью ферментов и активностью. Evolution 71 , 1876–1887, https://doi.org/10.1111/evo.13275 (2017).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 41.

    Nguyen, V. et al. . Эволюционные драйверы термоадаптации в ферментативном катализе. Наука 355 , 289–294, https://doi.org/10.1126/science.aah4717 (2017).

    ADS CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 42.

    Fedoy, A.E., Yang, N., Martinez, A., Leiros, H.K. & Steen, I.H. Структурные и функциональные свойства изоцитратдегидрогеназы из психрофильной бактерии Desulfotalea Psyrophila свидетельствуют о холода-активном ферменте с необычно высокой термостабильностью. J Mol Biol 372 , 130–149, https://doi.org/10.1016/j.jmb.2007.06.040 (2007).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 43.

    Лейрос, Х.К. и др. . Структура фенилаланингидроксилазы из Colwellia psychorerythraea 34H, мономерного холодового активного фермента с локальной гибкостью вокруг активного центра и высокой общей стабильностью. J Biol Chem 282 , 21973–21986, https://doi.org/10.1074/jbc.M610174200 (2007).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 44.

    Хортон Р. М. и др. . Сплайсинг генов путем удлинения перекрытия. Методы Enzymol 217 , 270–279 (1993).

    CAS Статья Google Scholar

  • 45.

    Пейс, К. Н., Вайдос, Ф., Фи, Л., Гримсли, Г. и Грей, Т. Как измерить и предсказать молярный коэффициент поглощения белка. Protein Sci 4 , 2411–2423, https://doi.org/10.1002/pro.5560041120 (1995).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 46.

    Gill, S.C. & von Hippel, P.H. Расчет коэффициентов экстинкции белка по данным аминокислотной последовательности. Anal Biochem 182 , 319–326 (1989).

    CAS Статья Google Scholar

  • 47.

    Katoh, K. & Toh, H. Последние разработки в программе множественного выравнивания последовательностей MAFFT. Brief Bioinform 9 , 286–298, https://doi.org/10.1093/bib/bbn013 (2008).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 48.

    Ларкин, М.А. и др. . Clustal W и Clustal X версии 2.0. Биоинформатика 23 , 2947–2948, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btm404 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 49.

    Капелла-Гутьеррес, С., Силла-Мартинес, Дж. М. и Габалдон, Т. trimAl: инструмент для автоматического выравнивания выравнивания в крупномасштабных филогенетических анализах. Биоинформатика 25 , 1972–1973, https: // doi.org / 10.1093 / bioinformatics / btp348 (2009).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 50.

    Stamatakis, A. RAxML версия 8: инструмент для филогенетического анализа и постанализа крупных филогений. Биоинформатика 30 , 1312–1313, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu033 (2014).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 51.

    Дарриба Д., Табоада Г. Л., Доалло Р. и Посада Д. ProtTest 3: быстрый выбор наиболее подходящих моделей эволюции белка. Биоинформатика 27 , 1164–1165, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btr088 (2011).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

    • Разнообразие термофильных и нетермофильных кренархей при 80 ° C | Письма о микробиологии FEMS

    Абстрактные

    Горячий источник в сольфатарном поле Пишарелли (Неаполь, Италия) был проанализирован на предмет разнообразия архей.Тотальную ДНК экстрагировали из окружающей среды, гены 16S рРНК архей были амплифицированы с праймерами, специфичными для архей, и была создана библиотека клонов, состоящая из 201 клона. Клоны были сгруппированы в 10 различных групп, каждая из которых представляла определенный узор полос, с использованием полиморфизма длины рестрикционных фрагментов (ПДРФ). Члены всех 10 групп были секвенированы и филогенетически проанализированы. Неожиданно большое количество клонов, принадлежащих к нетермофильным кластерам кренархей, было обнаружено вместе с термофильным археоном Acidianus infernus в этой термофильной среде.Ни видов Sulfolobus , ни другие гипертермофильные Crenarchaeota не были обнаружены в библиотеке клонов. Относительное количество секвенированных клонов подтверждали анализами концевых рестрикционных фрагментов. Амплификация генов 16S рРНК из архей, перенесенных из окружающей среды, считалась незначительной, поскольку ДНК из нетермофильных Crenarchaeota, инкубированных в условиях, аналогичных сольфатарам, не могла быть амплифицирована с помощью ПЦР через 5 мин.

    1 Введение

    Микробное биоразнообразие в экстремальных условиях обычно считается недостаточным по сравнению с большинством других сред.Хотя археи, по оценкам, составляют до 20% биомассы, обнаруженной на Земле [1], и, таким образом, считается, что они играют важную роль в глобальной экосистеме, только несколько различных видов до сих пор были обнаружены и изолированы от сольфатарной среды. До сих пор большая часть информации о биоразнообразии сольфатарной среды была получена в результате исследований изоляции и культивирования [2]. Однако существует общее предположение, что накопительные культуры недооценивают фактическое разнообразие, потому что разные организмы требуют разных условий для поддержания роста [3, 5].Другие исследования показали, что лишь 0,1–1% прокариотических организмов можно успешно культивировать традиционными методами [6,7].

    Царство Crenarchaeota в настоящее время разделено на семь основных групп: одну группу составляют культивируемые термофильные и гипертермофильные изоляты, а шесть групп представлены последовательностями, извлеченными из низкотемпературных сред [8]. Пока культивирован только один член группы из нетермофильных сред («Crenarchaeum symbiosum») [9], но еще не в аксенической культуре.Таким образом, знания о нетермофильных Crenarchaeota основаны исключительно на данных о последовательности, собранных в различных низкотемпературных средах, таких как почва, пресная вода, глубокие скважины и морская вода [4,10,13].

    Хотя существует множество примеров различных монофилетических прокариотических групп, имеющих родственные экологические потребности (например, метаногенные археи и анаэробные грамположительные бактерии), существуют также примеры очень разнообразных экологических требований внутри родственных монофилетических групп (например,g., метаногенные и галофильные археи). В этом исследовании мы демонстрируем, что члены, ранее предполагавшиеся ограниченными низкотемпературным кластером кренархей, могут быть обнаружены в гипертермофильной кислой среде в тех же количествах, что и члены гипертермофильного / термофильного кластера кренархей.

    2 Материалы и методы

    2.1 Отбор проб осадка

    Проба, содержащая приблизительное соотношение воды горячего источника 1: 1 и поверхностных отложений (0–2 см), была собрана с помощью стерильной ложки из горячего источника на сольфатарном поле Пишарелли в Неаполе (Италия).Образец собирали в стерильные флаконы объемом 20 мл и распределяли по аликвотам для параллельных анализов. Все образцы хранили на льду до возвращения в лабораторию (примерно 9 ч), а образцы для анализа ДНК затем замораживали при -80 ° C в 20% глицерине. Температура горячего источника составляла 80 ° C, а pH составлял 3,0 (измерения на месте).

    2.2 Экстракция нуклеиновой кислоты

    Экстракцию проводили, как описано Yu и Mohn [14] с рядом незначительных модификаций, перечисленных ниже.Примерно 1 г образца переносили в пробирку с завинчивающейся крышкой для взбивания шариков, содержащую 1 г гранул диоксида кремния 0,2 мм (Bio Spec. Products — США). Добавляли один мл буфера для экстракции [14], содержащего 30 мкл DEPC, и образец дважды взбивали в течение 2 минут с промежуточным охлаждением льдом. Экстракт центрифугировали при 14000 g в течение 3 минут и собирали ДНК-содержащий супернатант. Процедуру взбивания повторяли со свежим буфером с последующим центрифугированием и объединением двух супернатантов.SDS удаляли, сначала добавляя ацетат аммония до конечной концентрации 2 М. Затем смесь инкубировали 5 минут на льду с последующим центрифугированием в течение 10 минут при 14000 g (4 ° C). Супернатант переносили в двойной объем 7 М гуанидин-HCl, осторожно перемешивали и переносили в спин-колонку, полученную из Genomic Mini Kit — (Aabiot — Польша). Жидкость удаляли из колонки путем создания вакуума в колонке с использованием коллектора, совместимого с вращающейся колонкой, и промывку проводили, как описано производителем.ДНК элюировали с колонок с использованием 100 мкл трис-буфера (75 ° C) после 5 мин инкубации при комнатной температуре. Четыре параллельных образца были извлечены из одного источника с последующим объединением элюированных ДНК.

    2.3 Библиотека клонов

    Частичные последовательности гена 16S рРНК амплифицировали с использованием специфичных для архей праймеров Arch31F (5′-TTC CGG TTG ATC CYG CCG GA-3 ‘) [15] и Ar9R (5′-CCC GCC AAT TCC TTT AAG TTT C-3’) ( 906–927 Escherichia coli, нумерация ) [10] с использованием готовых к употреблению ПЦР-шариков (Amersham Biosciences) в реакциях по 25 мкл.Программа ПЦР была инициирована 5-минутной денатурацией при 94 ° C, за которой следовали 30 циклов: 90-секундная денатурация при 94 ° C — 90-секундный отжиг при 55 ° C — 90-секундное удлинение при 72 ° C. Эксперимент был прекращен после последнего 7-минутного удлинения. Отрицательные контроли были приготовлены как с H 2 O, так и с нецелевым шаблоном из E. coli , экстрагированного описанным выше способом. Продукты ПЦР очищали путем вырезания продуктов из 1% агарозного геля с использованием набора Gel-Out, поставляемого Aabiot (Польша), как описано производителем.

    Клонирование продукта ПЦР проводили с использованием клонирования TOPO TA (Invitrogen), и успешно трансформированные клетки отбирали из чашек с агаром LB, содержащего 50 мкг / мл канамицина, после 24 ч инкубации при 37 ° C.

    Каждый клон переносили в смесь для ПЦР Euro-Taq (Eurogentec — Бельгия), и для всех клонов проводили ПЦР с праймерами Arch31F и Ar9R. Наличие продукта ПЦР правильного размера проверяли электрофорезом продуктов в 1% агарозном геле. Каждый продукт из ПЦР колоний разрезали в параллельных реакциях с использованием рестрикционных ферментов Alu I и Bsu RI, соответственно, и картину каждой рестрикционной реакции визуализировали электрофорезом продукта на 3% агарозном геле.Размер / миграцию каждого фрагмента измеряли с помощью Gel-Pro Analyzer 3.1 (Media Cybernetics), и для секвенирования выбирали представителя каждого образца.

    2.4 Секвенирование и филогенетический анализ

    Прямое и обратное секвенирование было выполнено MWG-Biotech (Германия) с использованием праймеров для секвенирования T3 / T7 или M13 uni / M13 rev (Invitrogen), совпадающих с последовательностями в векторе клонирования TOPO. Контиги прямой и обратной последовательностей были сконструированы с использованием «Cap Contig Assembly» (BioEdit) [16].Все полученные последовательности были протестированы на химерные свойства с помощью функции «Проверка химеры» [17], а ближайшие родственники были обнаружены с помощью функции «Соответствие последовательности» [17] и «Blastn» из NCBI [18]. Выравнивание всех последовательностей, их ближайших родственников и чужой группы было выполнено с использованием ClustalW для множественных последовательностей [19], а затем выравнивание было проверено вручную на наличие ошибок. Филогенетическое дерево сопоставления было построено путем объединения соседей (NJ: Jukes-Cantor / Bootstrap100) с Methanobacterium thermoautotrophicum в качестве внешней группы с использованием программного обеспечения Mega2 phylogeny [20].Общая топология дерева была проверена с помощью анализа максимальной экономии (MP: Min-Mini Heuristic — Search Factor 2) [20].

    2,5 Конструкция зонда и флуоресцентная гибридизация in situ

    Дизайн олигонуклеотидного зонда (SoilCren750r), нацеленного только на последовательности, извлеченные из нетермофильных сред, был выполнен с использованием программного пакета Primrose [21]. Последовательность зонда (5′-TTC ATC CCT CAC CGT CGA-3 ‘) проверяли с помощью Probe Match от RDPII [17].Флуоресцентную гибридизацию in situ (FISH) проводили, как описано Jürgens et al. [22] с использованием 4% параформальдегида при фиксации с добавлением 0–40% формамида в гибридизационном буфере. Sulfolobus solfataricus P2, зондированный специфическим для архей зондом Arch915 [23], был использован в качестве положительного контроля в процедуре FISH.

    2.6 Стабильность ДНК в сольфатарных условиях

    Примерно 1 г сельскохозяйственной почвы смешивали с 10 мл питательной среды Sulfolobus pH 3 (DSM 88), распределяли по аликвотам и инкубировали при 80 ° C.Образцы переносили на лед через 0, 5, 10, 30 и 60 мин инкубации. Экстракцию общих нуклеиновых кислот немедленно проводили, как описано выше. ПЦР экстрагированных продуктов проводили, как описано выше. Как экстракты нуклеиновых кислот, так и продукты ПЦР визуализировали с использованием 1% агарозного геля.

    2.7 t-RFLP для проверки библиотеки клонов

    Экстрагированную рДНК 16S амплифицировали с использованием прямого праймера Arch31F, меченного TET (MWG-Biotech — Германия), и Ar9R в качестве обратного праймера с последующей очисткой продукта ПЦР, как описано выше.10 мкл элюированного продукта ПЦР разрезали рестрикционным ферментом Alu I, и фрагменты анализировали на анализаторе капиллярного электрофореза MegaBace со стандартом размера MegaBace ET900-R. Анализ профиля t-RFLP был выполнен с использованием программного обеспечения Genetic Profiler (Amersham Biosciences).

    2,8 Номер доступа нуклеотидной последовательности

    Последовательности гена рРНК депонированы в NCBI / GenBank под номерами доступа GenBank AY650012 – AY650023.

    3 Результаты

    Всего 201 клон был выделен и сгруппирован согласно рестрикционному анализу (таблица 1). Были выделены десять различных групп, и члены всех групп были выбраны для дальнейшего анализа. Из-за большого количества представителей группы А было выбрано три представителя для проверки надежности группировки клонов.

    909

    bp

    2 AY6512018 900156
    ID группы Клоны в этой группе Относительное присутствие (%) t-RF размер Группы идентификаторов пиков b Ближайший родственник Сходство с ближайшим родственником (%) Представитель группы Регистрационный номер
    A 100 49,8 149 п. 358 п. AY650013
    D 34 16.9 III Клон SCA1154 (RDP) 100 AY650014
    E 16 8,0 149 bp NCIUSB 9 NCI 9990 NC 9126 99 AY650021
    F 4 2.0 705 bp V Клон SCA1150 (RDP) 100 358 bp II Клон SCA1145 (RDP) 98 AY650016
    H 2 1.0 358 bp RDP II AY650018
    I 1 0,5 582 bp IV Клон SCA11 (RDP) 99 AY650019
    J0 149 п. 201
    Пик размер 909

    bp

    2 AY6512018 900156
    Идентификатор группы Клоны в этой группе Относительное присутствие (%) t-RF a ID группы b Ближайший родственник Сходство с ближайшим родственником (%) Представитель группы Регистрационный номер
    A 100 49,8 149 п. 358 п. AY650013
    D 34 16.9 III Клон SCA1154 (RDP) 100 AY650014
    E 16 8,0 149 bp NCIUSB 9 NCI 9990 NC 9126 99 AY650021
    F 4 2.0 705 bp V Клон SCA1150 (RDP) 100 358 bp II Клон SCA1145 (RDP) 98 AY650016
    H 2 1.0 358 bp RDP II AY650018
    I 1 0,5 582 bp IV Клон SCA11 (RDP) 99 AY650019
    J0 149 п. 201
    Пик размер 909

    bp

    2 AY6512018 900156
    Идентификатор группы Клоны в этой группе Относительное присутствие (%) t-RF a ID группы b Ближайший родственник Сходство с ближайшим родственником (%) Представитель группы Регистрационный номер
    A 100 49,8 149 п. 358 п. AY650013
    D 34 16.9 III Клон SCA1154 (RDP) 100 AY650014
    E 16 8,0 149 bp NCIUSB 9 NCI 9990 NC 9126 99 AY650021
    F 4 2.0 705 bp V Клон SCA1150 (RDP) 100 358 bp II Клон SCA1145 (RDP) 98 AY650016
    H 2 1.0 358 bp RDP II AY650018
    I 1 0,5 582 bp IV Клон SCA11 (RDP) 99 AY650019
    J0 149 п. 201
    Пик размер 909

    bp

    2 AY6512018 900156
    Идентификатор группы Клоны в этой группе Относительное присутствие (%) t-RF a ID группы b Ближайший родственник Сходство с ближайшим родственником (%) Представитель группы Регистрационный номер
    A 100 49,8 149 п. 358 п. AY650013
    D 34 16.9 III Клон SCA1154 (RDP) 100 AY650014
    E 16 8,0 149 bp NCIUSB 9 NCI 9990 NC 9126 99 AY650021
    F 4 2.0 705 bp V Клон SCA1150 (RDP) 100 358 bp II Клон SCA1145 (RDP) 98 AY650016
    H 2 1.0 358 bp RDP II AY650018
    I 1 0,5 582 bp IV Клон SCA11 (RDP) 99 AY650019
    J0 149 п. 201

    3.1 Филогения клонов

    Филогенетическое родство выровненных последовательностей и их ближайших родственников показано на дереве объединения соседей на рис.1. Секвенированные клоны сгруппированы в два кластера. Один кластер, наиболее близкий к Acidianus infernus , представлял 58,8% последовательностей, в то время как 41,2% последовательностей клонов замечательно кластеризовались вместе с последовательностями кренархей, ранее распознаваемыми только в нетермофильной среде. Анализ максимальной экономии подтвердил топологию дерева объединения соседей, так как при использовании обоих методов все группы и подгруппы попадали в идентичные кластеры.

    1

    Филогенетическое дерево клонированных генов 16S рРНК (жирный шрифт) и их ближайших родственников (нормальный).Значения начальной загрузки ниже 50 не отображаются. Полоса указывает количество изменений в каждой позиции последовательности. Все клоны SCA были получены из сельскохозяйственных почв с умеренным климатом. Клоны 660mAr были получены из пробы воды, в то время как Gritt-GR-39 был получен из полигона для отходов добычи урана.

    1

    Филогенетическое дерево клонированных генов 16S рРНК (жирный шрифт) и их ближайших родственников (нормальный). Значения начальной загрузки ниже 50 не отображаются. Полоса указывает количество изменений в каждой позиции последовательности.Все клоны SCA были получены из сельскохозяйственных почв с умеренным климатом. Клоны 660mAr были получены из пробы воды, в то время как Gritt-GR-39 был получен из полигона для отходов добычи урана.

    3.2 Проверка библиотеки клонов

    Чтобы убедиться, что все основные группы представлены в библиотеке клонов, был включен анализ экстрагированной ДНК с помощью t-RFLP (рис. 2). В связи с тем, что не все последовательности дифференцируются на 5′-конце рестрикционного анализа, невозможно назначить пик конкретному клону, но все 201 клон, обнаруженный в библиотеке клонов, могут быть отнесены к одна из самых распространенных вершин.Кроме того, нет пиков без представителей библиотеки клонов (таблица 1). Сравнение распределения клонов и площадей соответствующих пиков (таблица 2) показывает разумное сходство, указывающее на то, что все основные амплифицируемые гены 16S рРНК архей сольфатары представлены в библиотеке клонов.

    2

    Профиль t-RFLP генов 16S рРНК, амплифицированных из ДНК, экстрагированной из горячего источника Сольфатарик. Ампликоны были разрезаны с использованием Alu I.Пики ниже 50–60 п.н. рассматриваются как шум анализа, а не как фактические положительные результаты, поскольку эти пики не воспроизводятся в параллельных анализах. Небольшие пики между 150–250 п.н. не принимались во внимание, поскольку количество ДНК, представленное в этих пиках, ниже предела обнаружения для библиотеки клонов (0,50%). Пик VI прибл. 870 п.н. представляют собой неразрезанные ПЦР-фрагменты.

    2

    Профиль t-RFLP генов 16S рРНК, амплифицированных из ДНК, экстрагированной из горячего источника Сольфатарик.Ампликоны были разрезаны с использованием Alu I. Пики ниже 50-60 п.н. рассматриваются как шум анализа, а не как фактические положительные результаты, поскольку эти пики не воспроизводятся в параллельных анализах. Небольшие пики между 150–250 п.н. не принимались во внимание, поскольку количество ДНК, представленное в этих пиках, ниже предела обнаружения для библиотеки клонов (0,50%). Пик VI прибл. 870 п.н. представляют собой неразрезанные ПЦР-фрагменты.

    2

    Сравнение библиотеки клонов и t-RFLP

    Группы идентификаторов пиков% клонов в этом пике% концевых фрагментов в этом пике
    I 5990 51
    II 11 19
    III 17 21
    IV 11 3
    V 2 0 V 2 3
    Группы идентификаторов пиков% клонов в этом пике% концевых фрагментов в этом пике
    I 5990 51 11 19
    III 17 21
    IV 11 3
    V 2 3
    VI 0 3
    2

    Сравнение групп идентификаторов клонов и t-RFLP

    9909 клонов в этом пике
    % концевых фрагментов в этом пике
    I 59 51
    II 11 19
    III99
    IV 11 3
    V 2 3
    VI 0 3
    Группа 0
    % пик% концевого фрагмента в этом пике
    I 59 51
    II 11 19
    III 17 21
    IV 11 3
    V 2 2 2 3

    3.3 Флуоресцентная гибридизация in situ

    Никакого детектируемого сигнала с помощью этого зонда на пробе осадка обнаружено не было. Положительные контрольные реакции, проведенные на S. solfataricus , служили подтверждением процедуры FISH с использованием специфического для архей зонда Arch915.

    3.4 Стабильность ДНК в сольфатарных условиях

    Экстракции нуклеиновых кислот из эксперимента, в котором нестерильная почва добавлялась к искусственной среде сольфатара, показаны на рис.3 (а). Соответствующие продукты ПЦР, полученные с использованием праймеров, специфичных для архей, показаны на рис. 3 (b). Ни геномная ДНК, ни продукты ПЦР архей не были обнаружены после 5 мин инкубации при 80 ° C, pH 3.

    3

    (a) Судьба ДНК в сольфатарных условиях в течение различных периодов. Дорожка 1: маркер ( λ / ECO91I). Дорожка 2: ДНК из 0,1 г почвы (положительный контроль). Дорожки 3, 4, 5 и 6: ДНК, экстрагированная после 0, 5, 10 и 30 мин инкубации соответственно.(b) Продукты, полученные в результате амплификации ДНК, подвергнутой воздействию сольфатарных условий в течение различных периодов с использованием праймеров, специфичных для гена 16S рРНК архей. Дорожка 1: маркер ( λ / ECO91I). Дорожка 2: отрицательный контроль. Дорожка 3: положительная реакция ПЦР-контроля (матрица Sulfolobus solfataricus ). Дорожка 4, 5, 6 и 7: продукты ПЦР архей после 0, 5, 10 и 30 мин инкубации соответственно.

    3

    (a) Судьба ДНК в сольфатарных условиях в течение различных периодов. Дорожка 1: маркер ( λ / ECO91I).Дорожка 2: ДНК из 0,1 г почвы (положительный контроль). Дорожки 3, 4, 5 и 6: ДНК, экстрагированная после 0, 5, 10 и 30 мин инкубации соответственно. (b) Продукты, полученные в результате амплификации ДНК, подвергнутой воздействию сольфатарных условий в течение различных периодов с использованием праймеров, специфичных для гена 16S рРНК архей. Дорожка 1: маркер ( λ / ECO91I). Дорожка 2: отрицательный контроль. Дорожка 3: положительная реакция ПЦР-контроля (матрица Sulfolobus solfataricus ). Дорожка 4, 5, 6 и 7: продукты ПЦР архей после 0, 5, 10 и 30 мин инкубации соответственно.

    4 Обсуждение

    Обнаружение 10 различных групп среди 201 клона, проанализированного в суровой сольфатарной среде, было довольно неожиданным, поскольку более ранние исследования в аналогичных средах показали меньшее разнообразие [24,25]. Другим неожиданным результатом является тот факт, что в библиотеке клонов не было обнаружено представителей рода Sulfolobus . Исследования селективного обогащения и зондирования ранее продемонстрировали присутствие Sulfolobales в этой среде [2,26, 28].Типовые штаммы Metallosphaera sedula, S. solfataricus и Acidianus infernus также были выделены из того же места [2,27,28]. И M. sedula , и S. solfataricus были легко обогащены и выделены из наших проб донных отложений в среде, богатой органическими веществами (DSM 88). Успешная экстракция ДНК и последующая ПЦР-амплификация и секвенирование генов 16S РНК из этих обогащений убедительно показали, что Sulfolobus можно было бы найти в библиотеке клонов, если бы они присутствовали в образце осадка в достаточных количествах (данные не показаны).Следовательно, присутствие in situ Metallosphaera и Sulfolobus должно быть ниже предела обнаружения библиотеки клонов. Sulfolobus не был обнаружен с помощью анализа t-RFLP (размер фрагмента 423 п.н.). Небольшой пик прибл. 870 п. не показан) и поэтому может быть скрыт в неразрезанном фрагменте.

    Филогенетические исследования, основанные на культивировании, были проведены для сольфатар, но до сих пор были изолированы только члены одной из термофильных групп кренархей. Следовательно, наиболее доступная информация о разнообразии сольфатар основывается на данных о последовательности гена 16S рРНК. Клоны архей, сгруппированные как нетермофильные экологические клоны, ранее были обнаружены в различных и географически удаленных средах [7,10,29]. Связь между клонами архей, обнаруженными в морской среде и горячих источниках, предполагалась ранее [30], но, насколько нам известно, это первый случай, когда последовательности, попадающие в нетермофильные кластеры, были обнаружены как значительная часть 16S рРНК архей. гены в теплолюбивой среде.До сих пор культивировался только один представитель нетермофильных Crenarchaeota, и существование этой группы в основном было продемонстрировано последовательностями гена 16S рРНК. На данный момент только одно исследование идентифицировало другие гены этих организмов [31]. Наше открытие, что клоны, тесно связанные с нетермофильными клонами Crenarchaeal, составляют 42% от общего числа клонов, обнаруженных в нашей библиотеке, предполагает, что нетермофильные Crenarchaeota значительно более экологически разнообразны, чем предполагалось до сих пор.Большинство последовательностей, тесно связанных с клонами сольфатар (последовательности SCA), были извлечены из сельскохозяйственных угодий West Madison Agricultural Research Station (США) [7]. Сольфатарные поля известны как высокодинамичные области, где часто возникают и исчезают горячие источники. Следовательно, микроорганизмы, населяющие берега и окрестности, могут быть включены в сольфатар и привести к ошибочным выводам о разнообразии. Проверка этого путем воздействия на микроорганизмы из прилегающей почвы сольфатарных условий не решит этот вопрос, поскольку микроорганизмы могут быть остатками сольфатарического материала, а также местных организмов.Поэтому мы решили проверить стабильность ДНК истинных нетермофильных Crenarchaeota, инкубируя сельскохозяйственную почву умеренного климата в сольфатарных условиях. Ранее было обнаружено, что нетермофильные Crenarchaeota составляют единственные амплифицируемые гены 16S рРНК архей из этой среды (данные не показаны). Потеря амплифицируемой ДНК после 5 мин инкубации указывает на то, что ДНК истинных нетермофильных Crenarchaeota не будет сохраняться в сольфатарах, даже если они заключены и защищены частицами почвы.Вместе с высокой представленностью в библиотеке клонов это говорит о том, что популяция Crenarchaeota, относящаяся к нетермофильным штаммам, способна противостоять экстремальным условиям в сольфатарах.

    Marteinsson et al. [32] описали находки термофильных Desulfurococcus и нетермофильных клонов кренархей в библиотеке, построенной из подземного горячего источника (72 ° C). Клон (Subt-14) также сгруппирован вместе с клонами типа SCA и показан на рис.1. Huber et al. [26] продемонстрировали высокое количество кокков неправильной формы в Piscarelli solfatara с помощью специфического зонда Sulfolobales . Поскольку Acidianus принадлежит к этому порядку, их результаты не противоречат нашим. К сожалению, в их статье не приводятся данные или ссылки на зонды, и поэтому невозможно подтвердить специфичность специфического зонда Sulfolobales в отношении нетермофильных Crenarchaeota. Анализ зондов из библиотеки зондов ARB v.1.2 [33], однако, показывает, что по крайней мере некоторые из предложенных зондов Sulfolobales нацелены на большинство клонов SCA только с одним несоответствием (проанализировано с помощью «Probe Match» [17]). Насколько нам известно, пока нет опубликованных результатов, указывающих на какую-либо узнаваемую морфологию низкотемпературных кренархейских организмов, которая отделяет эти организмы от известных термофильных и / или гипертермофильных архей. Для поиска этой морфологии мы разработали зонд, нацеленный только на архей, обитающих в умеренных климатических условиях (SoilCren750r).Зонд был подтвержден с использованием зонда Match от RDPII [17] и протестирован на специфичность с использованием этого зонда в качестве обратного праймера, что привело к получению продуктов из клонированных фрагментов. К сожалению, этот зонд не дал никакого сигнала от образца Pisciarelli после нескольких попыток зондирования FISH. Поскольку для этой группы организмов нет культивируемых контролей, невозможно оценить, было ли отсутствие сигнала следствием неоптимальных процессов фиксации или условий гибридизации.

    Данные, представленные в этом исследовании, позволяют предположить, что группа нетермофильных Crenarchaeota значительно более экологически разнообразна, чем предполагалось ранее.Подобно, например, метаногенным Euryarchaeota, нетермофильные Crenarchaeota, по-видимому, содержат как истинных нетермофилов, так и организмов, способных переносить термофильные условия. Дальнейшее выяснение функций и возможностей нетермофильных Crenarchaeota ожидает выделения или анализа генома представителя этой группы организмов.

    Благодарности

    Эта работа была выполнена в Датском центре архей при поддержке гранта Датского совета естественных исследований (SNF).Мы благодарим Андерса Приеме за его отличную помощь в выполнении анализа t-RFLP, а также Томаса Ишёя и Славомира Домбровски за их научную и техническую помощь в работе и подготовке этой статьи.

    Список литературы

    [1]

    (

    2001

    )

    Экологическое разнообразие бактерий и архей

    .

    Syst. Биол

    .

    50

    ,

    470

    —

    478

    . [2]

    (

    1986

    )

    Acidianus infernus gen.nov., sp. nov. и Acidianus brierleyi comb. nov .: факультативно аэробные, чрезвычайно ацидофильные термофильные, метаболизирующие серу архебактерии

    .

    Внутр. J. Syst. Бактериол

    .

    36

    ,

    559

    —

    564

    . [3]

    (

    2000

    )

    Последовательность пелагических морских бактерий во время обогащения: пристальный взгляд на сдвиги, вызванные культивированием

    .

    заявл. Environ. Микробиол

    66

    ,

    4634

    —

    4640

    .[4]

    (

    2000

    )

    Микробиологическое исследование гидротермальных биотопов острова Монтсеррат

    .

    Экстремофилы

    4

    ,

    305

    —

    313

    . [5]

    (

    2003

    )

    Разнообразие бактерий и архей в сульфатредуцирующих обогащенных культурах, инокулированных из серийных разведений образцов ризосферы Zostera noltii

    .

    Environ. Микробиол

    .

    5

    ,

    754

    —

    764

    . [6]

    (

    1995

    )

    Филогенетическая идентификация и обнаружение in situ индивидуальных микробных клеток без культивирования

    .

    Microbiol. Ред.

    .

    59

    ,

    143

    —

    169

    . [7]

    (

    1997

    )

    Молекулярная филогения архей из почвы

    .

    Proc.Natl. Акад. Sci. США

    94

    ,

    277

    —

    282

    . [8]

    . (

    2001

    )

    Филогенетические и экологические перспективы некультурных Crenarchaeota и Korarchaeota, in

    (Ed.),

    The Prokaryotes

    . Springer-Verlag, выпуск 3.7 [9]

    (

    1996

    )

    Психрофильный кренархеон населяет морскую губку: Cenarchaeum symbiosum gen. ноя sp. ноя

    .

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    93

    ,

    6241

    —

    6246

    . [10]

    (

    1997

    )

    Новая группа в пределах королевства Crenarchaeota из почвы бореальных лесов

    .

    заявл. Environ. Микробиол

    .

    63

    ,

    803

    —

    805

    . [11]

    (

    2004

    )

    Метод DGGE для анализа 16S рДНК метаногенного сообщества архей в почве рисовых полей

    .

    FEMS Microbiol. Lett

    .

    232

    ,

    153

    —

    163

    . [12]

    (

    2003

    )

    Нуклеиновые кислоты архей в пикопланктоне Великих озер на трех континентах

    .

    Microb. Экол

    .

    46

    ,

    238

    —

    248

    . [13]

    (

    2001

    )

    Разнообразие архей в водах глубоких золотых рудников Южной Африки

    .

    заявл. Environ. Микробиол

    .

    67

    ,

    5750

    —

    5760

    . [14]

    (

    1999

    )

    Убить двух зайцев: одновременное извлечение ДНК и РНК из биомассы активного ила

    .

    банка. J. Microbiol

    .

    45

    ,

    269

    —

    272

    . [15]

    (

    1992

    )

    Археи в прибрежных морских средах

    .

    Proc. Natl. Акад.Sci. США

    89

    ,

    5685

    —

    5689

    . [16]

    (

    1999

    )

    BioEdit: удобный редактор выравнивания биологических последовательностей и программа анализа для Windows 95/98 / NT

    .

    Nucl. Кислоты. Symp. Ser

    .

    41

    ,

    95

    —

    98

    . [17]

    (

    1999

    )

    Новая версия RDP (Ribosomal Database Project)

    .

    Nucleic Acids Res

    .

    27

    ,

    171

    —

    173

    . [18]

    (

    1990

    )

    Базовый инструмент поиска местного выравнивания

    .

    J. Mol. Биол

    215

    ,

    403

    —

    410

    . [19]

    (

    2003

    )

    Множественное выравнивание последовательностей с помощью программ серии Clustal

    .

    Nucleic Acids Res

    .

    31

    ,

    3497

    —

    3500

    . [20]

    (

    2001

    )

    MEGA2: программа молекулярно-эволюционного генетического анализа

    .

    Биоинформатика

    17

    ,

    1244

    —

    1245

    . [21]

    (

    2002

    )

    PRIMROSE: компьютерная программа для создания и оценки филогенетического диапазона олигонуклеотидных зондов и праймеров 16S рРНК в сочетании с базой данных RDP-II

    .

    Nucleic Acids Res

    .

    30

    ,

    3481

    —

    3489

    . [22]

    (

    1996

    )

    Визуализация in situ высокого генетического разнообразия в естественном микробном сообществе

    .

    Дж. Бактериол

    .

    178

    ,

    3496

    —

    3500

    . [23]

    .

    Разработка и применение зондов нуклеиновых кислот

    . Ред.

    Методы нуклеиновых кислот в бактериальной систематике

    ,

    1991

    ,

    205

    —

    248

    [24]

    (

    1994

    )

    Замечательное разнообразие архей обнаружено в окрестностях горячих источников Йеллоустонского национального парка

    .

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    91

    ,

    1609

    —

    1613

    . [25]

    (

    2000

    )

    Микробиология кислых геотермальных источников Монтсеррата: анализ экологической рДНК

    .

    Экстремофилы

    4

    ,

    315

    —

    320

    . [26]

    (

    2000

    )

    К экологии гипертермофилов: биотопы, новые стратегии изоляции и новые метаболические свойства

    .

    FEMS Microbiol. Ред.

    .

    24

    ,

    615

    —

    623

    . [27]

    (

    1980

    )

    Группа Sulfolobus — Caldariella : таксономия на основе структуры ДНК-зависимых РНК-полимераз

    .

    Arch. Микробиол

    .

    125

    ,

    259

    —

    269

    . [28]

    (

    1989

    )

    Metallosphaera sedula gen.и sp. ноя представляет собой новый род аэробных, металлмобилизующих термоацетофильных архебактерий

    .

    Syst. Прил. Микробиол

    .

    12

    ,

    38

    —

    47

    . [29]

    (

    1998

    )

    Филогенетический анализ нетермофильных представителей царства кренархей, их разнообразие и численность в почвах

    .

    заявл. Environ. Микробиол

    .

    64

    ,

    4333

    —

    4339

    .[30]

    (

    1996

    )

    Перспективы разнообразия архей, термофилии и монофилии на основе последовательностей рРНК окружающей среды

    .

    Proc. Natl. Акад. Sci. США

    93

    ,

    9188

    —

    9193

    . [31]

    (

    2002

    )

    Первое знакомство с геномом некультивируемых кренархеотов из почвы

    .

    Environ.Микробиол

    .

    4

    ,

    603

    —

    611

    . [32]

    (

    2001

    )

    Анализ филогенетического разнообразия подземных горячих источников в Исландии

    .

    заявл. Environ. Микробиол

    .

    67

    ,

    4242

    –

    4248

    . [33]

    (

    2004

    )

    ARB: программная среда для данных последовательности

    .

    Nucleic Acids Res

    .

    32

    ,

    1363

    —

    1371

    .

    © 2005 Федерация европейских микробиологических обществ. Опубликовано Elsevier B.V.Все права защищены.

    Термофильные бактерии, которые переносят широкий диапазон температур и pH, колонизируют горячие источники Солдхар (95 ° C) и Рингигад (80 ° C) в Уттаракханде, Индия | Annals of Microbiology

  • Актуганов Г., Мелентьев А., Галимзянова Н., Халикова Е., Корпела Т., Суси П. (2008) Широкодиапазонный противогрибковый антагонизм Paenibacillus ehimensis IB-Xb и его зависимость от хитиназы и бета-1,3 -глюканаза.Can J Microbiol 54: 577–587

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Бхардвадж К.Н., Тивари С.К. (2008) Использование ресурсов геотермальной энергии: перспективы Уттаракхандских Гималаев. Curr Sci 95: 846–850

    CAS Google Scholar

  • Бхардвадж К.Н., Тивари С.К., Пандей А. (2011) Сохранение разнообразия термофильных цианобактерий и физико-химические характеристики термальных источников геотермального поля тапобан, Гималайская провинция (Индия).Nat Acad Sci Lett 34: 77–82

    Google Scholar

  • Bouzas TM, Velázquez JB, Villa TG (2006) Промышленное применение гипертермофильных ферментов: обзор. Protein & Peptide Lett 13: 645–651

    Статья Google Scholar

  • Chien A, Edgar DB, Trela ​​JM (1976) Полимераза дезоксирибонуклеиновой кислоты из крайнего термофила Thermus aquaticus .J Bacteriol 127: 1550–1557

    PubMed Central CAS PubMed Google Scholar

  • Cinti D, Pizzino L, Voltattorni N, Quattrocchi F, Walia V (2009) Геохимия термальных вод вдоль сегментов разломов в долинах Бис и Парвати (северо-западные Гималаи, Химачал-Прадеш) и в городе Сохна (Харьяна). ). Ind Geochem J 43: 65–76

    Статья CAS Google Scholar

  • Dhakar K, Jain R, Tamta S, Pandey A (2014) Продолжительное производство лакказы холодным и устойчивым к pH штаммом Penicillium pinophilum (MCC 1049), выделенным из низкотемпературной среды.Enz Res (ID статьи 120708)

  • Dwivedi V, Sangwan N, Nigam A, Garg N, Niharika N, Khurana P, Khurana JP, Lal R (2012) Черновая последовательность генома Thermus sp. штамм RL, выделенный из источника с горячей водой, расположенного на вершине Гималайских хребтов в Маникаране, Индия. J Bacteriol 194: 3534

    Артикул PubMed Central CAS PubMed Google Scholar

  • Earl AM, Losick R, Kolter R (2008) Экология и геномика Bacillus subtilis .Trends Microbiol 16: 269–275

    Статья PubMed Central CAS PubMed Google Scholar

  • Джорджетт Д., Дэмиен Б., Блез В., Депьере Э., Уверский В. Н., Гердей С., Феллер Г. (2003) Структурная и функциональная адаптация к экстремальным температурам у психрофильных, мезофильных и термофильных лигаз ДНК. Статья в журнале J Biol Chem 278: 37015–37023

    CAS Google Scholar

  • Ghati A, Sarkar K, Paul G (2013) Выделение, характеристика и молекулярная идентификация эстеролитических термофильных бактерий из индийского горячего источника.Curr Res Microbiol Biotechnol 1: 196–202

    Google Scholar

  • Гош Д., Бал Б., Кашьяп В.К., Пал С. (2003) Молекулярно-филогенетическое исследование бактериального разнообразия в горячем источнике Бакрешвара (Индия) и культивирование термофилов, родственных Shewanella . Appl Environl Microbiol 69 (7): 4332–4336

    Статья CAS Google Scholar

  • Хаки Г.Д., Ракшит С.К. (2003) Разработка промышленно важных термостабильных ферментов: обзор.Biores Technol 89: 17–34

    Статья CAS Google Scholar

  • Каратас Х., Уяр Ф., Толан В., Байсал З. (2013) Оптимизация и усиление продукции α-амилазы и протеазы недавно выделенным Bacillus licheniformis ZB-05 при твердофазной ферментации. Ann Microbiol 63 (1): 45–52

    Статья CAS Google Scholar

  • Кумар Б., Триведи П., Мишра А.К., Пандей А., Пални LMS (2004) Микробное разнообразие почвы из двух горячих источников в Гарвальских Гималаях.Microbiol Res 159: 141–146

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Кумар Б., Пандей А., Пални LMS (2005) Внеклеточная активность амилазы saccharomycopsis fibuligera , мицелиальных дрожжей, выделенных из горячих источников в Гарвальских Гималаях. Ind J Microbiol 45: 211–215

    CAS Google Scholar

  • Кумар М., Ядав А.Н., Тивари Р., Прасанна Р., Саксена А.К. (2013) Расшифровка разнообразия культивируемых термотолерантных бактерий из горячих источников Маникарана.Ann Microbiol. DOI: 10.1007 / s13213–013–0709–7

    Google Scholar

  • Madslien EH, Olsen JS, Granum PE, Blatny JM (2012) Генотипирование B. licheniformis на основе новой схемы многолокусного типирования последовательностей (MLST). BMC Microbiol 12: 230

    Статья PubMed Central CAS PubMed Google Scholar

  • Marsh CL, Larsen DH (1953) Характеристика некоторых термофильных бактерий из горячих источников Йеллоустонского национального парка.J Bacteriol 65: 193–197

    PubMed Central CAS PubMed Google Scholar

  • Naing KW, Anees M, Kim SJ, Nam Y, Kim YC, Kim KY (2014) Характеристика противогрибковой активности Paenibacillus ehimensis KWN38 против почвенных фитопатогенных грибов, принадлежащих к различным таксономическим группам. Ann Microbiology 64 (1): 55–63

    Статья CAS Google Scholar

  • Nicholson WL, Munakata N, Horneck G, Melosh HJ, Setlow P (2000) Устойчивость эндоспор Bacillus к экстремальным земным и внеземным условиям.Microbiol Mol Biol Rev 64 (3): 548–572

    Статья PubMed Central CAS PubMed Google Scholar

  • Niehaus F, Bertoldo C, Kahler M, Antranikian G (1999) Экстремофилы как источник новых ферментов для промышленного применения. Appl Microbiol Biotechnol 51: 711–729

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Otto M (2009) Staphylococcus epidermidis — «случайный» патоген.Nat Rev Microbiol 7: 555–567

    Статья PubMed Central CAS PubMed Google Scholar

  • Palmisano MM, Nakamura LK, Duncan KE, Istock CA, Cohan FM (2001) Bacillus sonorensis sp. nov., близкий родственник Bacillus licheniformis , выделенный из почвы в пустыне Сонора, штат Аризона. Int J Syst Evol Microbiol 51: 1671–1679

  • Pandey A, Palni LMS (1998) Изоляция Pseudomonas corrugata из Сиккимских Гималаев.World J Microbiol Biotechnol 14: 411–413

    Статья Google Scholar

  • Pandey A, Palni LMS (2007) Эффект ризосферы деревьев в центральных Гималаях Индии с особым упором на высоту. Appl Ecol Environ Res 5 (1): 93–102

    Статья Google Scholar

  • Pandey A, Palni LMS, Coulomb N (1997) Противогрибковая активность бактерий, выделенных из ризосферы укоренившихся чайных кустов.Microbiol Res 152: 105–112

    Статья CAS Google Scholar

  • Пандей А., Триведи П., Кумар Б., Пални LMS (2006) Характеристика солюбилизирующего фосфат и антагонистического штамма Pseudomonas putida (B0), выделенного из субальпийского региона в Центральных Гималаях Индии. Curr Microbiol 53 (2): 102–107

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Pandey A, Chaudhry S, Sharma A, Choudhary VS, Malviya MK, Chamoli S, Rinu K, Tvedi P, Palni LMS (2011) Выделение Bacillus и Pseudomonas spp. сменное земледелие на северо-востоке Индии.Curr Microbiol 62: 273–280

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Pandey A, Dhakar K, Sati P, Sharma A, Kumar B, Palni LMS (2013) Geobacillus stearothermophilus (GBPI_16): эластичный гипертермофил, выделенный из автоклавированного образца осадка. Proc Nat Acad Sci India (Раздел B). DOI: 10.1007 / s40011–013–0210-x

    Google Scholar

  • Pennisi E (1997) В промышленности экстремофилы начинают оставлять свой след.Science 276: 705–706

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Pesciaroli C, Cupini F, Selbmann L, Barghini P, Fenice M (2012) Температурные предпочтения бактерий, выделенных из морской воды, собранной в Кандалакшском заливе. Белое море, Россия Polar Biol 35: 435–445

    Статья Google Scholar

  • Перселл Д., Сомпонг У., Лау С.Й., Барраклау Т.Г., Пирапорнписал Y, Пойнтинг С.Б. (2007) Влияние температуры, pH и сульфидов на структуру сообщества гипертермофильных кос в горячих источниках северного Таиланда.FEMS Microbiol Ecol 60: 456–466

    Артикул CAS PubMed Google Scholar

  • Rinu K, Pandey A (2010) Температурно-зависимая солюбилизация фосфатов под воздействием холода и pH устойчивых видов аспергилл, выделенных из гималайской почвы. Mycoscience 51 (4): 263–271

    Статья CAS Google Scholar

  • Rinu K, Pandey A (2011) Медленная и устойчивая солюбилизация фосфата психротолерантным штаммом Paecilomyces hepiali (MTCC 9621).World J Microbiol Biotechnol 27 (5): 1055–1062

    Статья Google Scholar

  • Ротшильд Л.Дж., Манчинелли Р.Л. (2001) Жизнь в экстремальных условиях. Nature 409: 1092–1101

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Saitou N, Nei M (1987) Метод объединения соседей: новый метод реконструкции филогенетических деревьев. Mol Biol Evol 4: 406–425

    CAS PubMed Google Scholar

  • Sharma A, Pandey A, Shouche Y, Kumar B, Kulkarni G (2009) Характеристика и идентификация Geobacillus spp.Изолировано на участке горячих источников Солдхар в Гарвал, Гималаи, Индия. J Basic Microbiol 48: 187–194

    Статья Google Scholar

  • Takacs-Vesbach C, Mitchell K, Jackson-Weaver O, Reysenbach AL (2008) Вулканические кальдеры выделяют биогеографические провинции среди термофилов Йеллоустона. Environ Microbiol 10: 1681–1689

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Thompson JD, Gibson TJ, Plewniak F, Jeanmougin F, Higgins DG (1997) Интерфейс окон Clustal X: гибкие стратегии для множественного выравнивания последовательностей с помощью инструментов анализа качества.Nucleic Acids Res 24: 4876–4882

    Статья Google Scholar

  • Tobler JD, Benning LG (2011) Бактериальное разнообразие в пяти исландских геотермальных водах: влияние температуры и скорости роста агломерата. Экстремофилы 15: 473–485

    Статья. PubMed Google Scholar

  • Триведи П., Кумар Б., Пандей А. (2006) Сохранение микробного разнообразия почвы, связанного с двумя горячими источниками в Уттаранчальских Гималаях.Nat Acad Sci Lett 29: 185–188

    Google Scholar

  • Valverde A, Tuffin M, Cowan DA (2012) Биогеография бактериальных сообществ в горячих источниках: актинобактерии в центре внимания. Экстремофилы 16: 669–679

    Статья PubMed Google Scholar

  • van Dijl JM, Hecker M (2013) Bacillus subtilis : от почвенной бактерии до фабрики суперсекретирующих клеток.Microb Cell Factories 12: 3

    Статья Google Scholar

  • Whitaker RJ, Grogan DW, Taylor JW (2003) Географические барьеры изолируют эндемичную популяцию гипертермофильных архей. Science 301: 976–978

    Статья CAS PubMed Google Scholar

  • Wiegel J (1990) Температурные интервалы для роста: гипотеза и обсуждение. FEMS Microbiol Lett 75: 155–169

    Статья Google Scholar

  • Wolferen M, Ajon M, Driessen AJM, Albers S (2013) Как гипертермофилы адаптируются, чтобы изменить свою жизнь: обмен ДНК в экстремальных условиях.Экстремофилы 17: 545–563

    Статья. CAS PubMed Google Scholar

  • Yates C, Gilling MR, Davison AD, Altavilla N, Veal DA (1997) ПЦР-амплификация неочищенной микробной ДНК, экстрагированной из почвы. Lett Appl Microbiol 25: 303–307

    Статья Google Scholar

  • Zheng H, Wu H (2010) Геноцентрический анализ ассоциации для корреляции между уровнями содержания гуанинового цитозина и условиями температурного диапазона прокариотических видов.BMC Bioinformatics 10 страниц

    • Как термофильная бактерия из горячего источника Йеллоустона помогает бороться с пандемией COVID-19.

    Йеллоустонские хроники кальдеры — это еженедельная колонка, написанная учеными и сотрудниками обсерватории Йеллоустонского вулкана. На этой неделе выступили Джефф Хэвиг, профессор Земли и планетологии, и Тринити Гамильтон, профессор биологии растений и микробов из Университета Миннесоты.

    Бактерия Thermus aquaticus

    (общественное достояние.)

    Эпидемиологи работают круглосуточно, чтобы понять и узнать, как лучше всего бороться с COVID-19, в то время как система здравоохранения делает все возможное, чтобы позаботиться о тех, кто заболел этой болезнью. За последние несколько месяцев мир принял беспрецедентные меры, чтобы остановить распространение болезни; понимание того, как он распространяется, также имеет решающее значение. И здесь Йеллоустон выходит на сцену. Мы не смогли бы протестировать на COVID-19 без микробов из горячих источников Йеллоустона!

    В то время как каждый из нас вносит свой вклад в социальное дистанцирование, ограничение контактов с другими и устранение ненужных поездок, у эпидемиологов есть специальные инструменты, которые они используют в своей борьбе.Одна из них, о которой вы, возможно, слышали в новостях или в социальных сетях, — это полимеразная цепная реакция. ПЦР увеличивает количество ДНК в образце. Поэтому, когда образец берется у человека, подозреваемого на заражение COVID-19, вирусная РНК извлекается из образца, конвертируется в ДНК, а затем реплицируется с помощью ПЦР-машины, так что даже минимальное количество РНК в образце может быть обнаружено. обнаружены и количественно оценены. Без ПЦР гонка по подсчету инфицированных и разработке вакцины была бы значительно затруднена.

    В основе ПЦР лежит фермент под названием taq-полимераза (P в ПЦР), который может амплифицировать ДНК при высоких температурах. Это позволяет нагревать и охлаждать образец с ДНК, причем каждый цикл нагрева и охлаждения приводит к удвоению количества ДНК (и быстрому увеличению количества анализируемой ДНК). Так откуда же взялся этот, казалось бы, волшебный фермент, спросите вы? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны совершить путешествие во времени.

    В 1966 году профессор Томас Брок из Университета Индианы только начинал свои исследования по изучению микроорганизмов в горячих источниках Йеллоустона.Он был заинтересован в том, чтобы узнать о жизни, которая процветает при температурах, которые могут вызвать у человека ожоги третьей степени всего лишь в мгновение ока.

    В конце своей полевой работы в Йеллоустоне Брок и его тогдашний студент Хадсон Фриз собрали несколько образцов микробного мата, чтобы принести его в лабораторию, чтобы попытаться изолировать микроорганизмы, включая образец фотосинтетического мата, процветающего при 71,5 ° C (160 ° F) в Грибном источнике (расположен в нижней части бассейна гейзеров). Из этого образца Фриз и лаборант Салли Мерфи работали над выделением штамма YT-1 бактерии Thermus aquaticus .Затем эта бактерия изучалась в 1970-х и 1980-х годах на основе патента на ПЦР, основанного на термостабильной ферментной полимеразе taq из T. aquaticus YT-1.

    Отсюда появились удивительные инновации, включая секвенирование генома человека, генетические тесты и характеристику целых микробных сообществ по всему миру, а некоторые из этих исследований даже получили Нобелевскую премию! Теперь, когда наши специалисты в области здравоохранения пытаются определить уровни заражения и передачи и способы борьбы с новым COVID-19 (и любыми будущими инфекционными заболеваниями), мы можем вернуться к исследованиям, описывающим микробы в горячих источниках Йеллоустоуна, чтобы увидеть, как фундаментальные исследовательские научные исследования это удивительное благо для человечества.В месте, которое, возможно, более известно мегафауной, такой как бизоны, лоси, волки и медведи, именно микрофауна — бактерии, обитающие в горячих источниках, — являются одним из самых важных орудий в нашей борьбе со смертельными болезнями и вирусами. .

    Микробная жизнь в очень жарких средах

    Создано Хизер Бил, Государственный университет Монтаны

    «Термофилы» — это микроорганизмы с оптимальной температурой роста от 60 до 108 градусов по Цельсию, изолированные от ряда морских и наземных геотермально нагретых местообитаний, включая неглубокие наземные горячие источники, системы гидротермальных источников, отложения вулканических островов и глубоководные гидротермальные источники.

    — Энциклопедия микробиологии окружающей среды , 2002, том 3.

    Почему термофилы горячие ?
    Mammoth Hot Springs, расположенный в национальном парке Йеллоустоун, представляет собой экосистему взаимодействующих микробов, геохимии и минералогии. Ярко окрашенные минералы, термофильные бактерии и водоросли придают активным источникам свой цвет, тогда как после высыхания оставшийся травертин обычно имеет цвет от белого до серого.Фотография NPS, сделанная Дж. Шмидтом, любезно предоставлена ​​Йеллоустонским цифровым слайд-файлом.

    В 1966 году Томас Брок сделал замечательное открытие: микроорганизмы растут в кипящих горячих источниках Йеллоустонского национального парка. С момента открытия Брока термобатареи были обнаружены в геотермальных зонах по всему миру, включая районы в Исландии, Камчатке, Новой Зеландии, Италии, Mt. Лассен и другие места. Хотя кипящие горячие источники находятся далеко за пределами зоны комфорта людей и других животных, жизнь, особенно прокариотическая жизнь, способна адаптироваться к окружающей среде, которая окажется фатальной для большинства других форм жизни.

    Гранд-Призматик, расположенный в бассейне Гейзеров Мидуэй в Йеллоустонском национальном парке, является крупнейшим горячим источником в парке и третьим по величине в мире. Только гипертермофильные бактерии и археи могут жить в почти кипящей воде этого горячего источника. Из бассейна исходят обширные оранжевые и коричневые микробные коврики. Фотография NPS, сделанная Дж. Шмидтом, любезно предоставлена ​​Йеллоустонским цифровым слайд-файлом.

    Всем термофилам требуется горячая вода, но некоторые преуспевают в более чем одной крайности, например, с высоким содержанием серы или карбоната кальция, кислой водой или щелочными источниками.Что позволяет организму процветать в местах обитания, где температура иногда достигает 140 градусов по Цельсию (284 градуса по Фаренгейту)? Независимо от меняющихся условий окружающей среды, способность термофилов процветать в чрезвычайно жарких средах заключается в экстремозимах, ферментах, предназначенных для работы при чрезвычайно высоких температурах. У аминокислот этих экстремозимов есть особые приемы, позволяющие сохранять свои скрученные и свернутые трехмерные структуры при высокой температуре, когда другие ферменты разворачиваются и больше не работают.

    Почему термофилы важны?

    Вскоре после своего открытия термостойкие ферменты термофилов оказались очень важными для области биотехнологии.Например, два термофильных вида Thermus aquaticus и Thermococcus litoralis используются в качестве источников фермента ДНК-полимеразы для полимеразной цепной реакции (ПЦР) при снятии отпечатков пальцев ДНК. По мере того как термофилы становятся все более важными в биотехнологических исследованиях, резко увеличилось и количество групп биопоисков, ищущих полезные органические соединения в природе. Следовательно, озабоченность по поводу сохранения биоразнообразия и природных ресурсов, а также прибыльных результатов исследований уступила место соглашениям о совместном использовании выгод, таким как Соглашение о совместных исследованиях и разработках между Йеллоустонским национальным парком и корпорацией Diversa.

    Ученые в области биотехнологии входят в число многих групп исследователей, интересующихся термофилами. Астробиологи, в том числе исследователи из НАСА, предполагают, что горячие источники по всему миру являются одними из лучших «ворот на раннюю Землю». Многие ученые считают, что жизнь могла возникнуть примерно 3 миллиарда лет назад в условиях высокой температуры, и поэтому первые организмы могли быть термофилами. Это не только дает представление о происхождении жизни на Земле, но и открывает новые возможности для жизни в других частях Вселенной.

    Термофильные коллекции

    Общая коллекция: такие ресурсы, как новостные статьи, веб-сайты и справочные страницы, предоставляют исчерпывающий массив информации о термофилах.
    Расширенная коллекция: эта коллекция, составленная для профессионалов и продвинутых учеников, включает в себя такие ресурсы, как журнальные статьи, академические обзоры и опросы.
    Для преподавателей: эта коллекция включает упражнения, задания и материалы для чтения, созданные специально для преподавателей.

    Среда обитания термофилов

    Йеллоустонский национальный парк: Йеллоустонский национальный парк с более чем 10 000 геотермальных структур, обусловленных вулканизмом и лежащей в основе горячей точкой, является домом для большого разнообразия термотолерантных и теплолюбивых организмов.

    Добавить комментарий