นาโนออร์แกนิกที่ชอบกรดจากเหมืองริชมอนด์ของอาร์เคีย
| ARMAN (สายพันธุ์แอซิโดฟิลิกที่ไม่ผ่านการเพาะเลี้ยง) | |
|---|---|
| การจำแนกประเภททางวิทยาศาสตร์( Candidatus ) | |
| โดเมน: | |
| ไฟลัม: | |
จุลินทรีย์อาร์เคียที่ชอบกรดในเหมืองริชมอนด์ (ARMAN)ถูกค้นพบครั้งแรกในเหมืองที่มีความเป็นกรดสูงมากซึ่งตั้งอยู่ในแคลิฟอร์เนียตอนเหนือ ( เหมืองริชมอนด์ที่ไอรอนเมาน์เทน ) โดยเบรตต์ เบเกอร์ ในห้องปฏิบัติการของจิลล์ แบนฟิลด์ ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กลุ่ม อาร์เคียกลุ่มใหม่เหล่านี้ซึ่งตั้งชื่อว่า ARMAN-1, ARMAN-2 ( Candidatus Micrarchaeum acidiphilum ARMAN-2) และ ARMAN-3 ไม่ถูกตรวจพบในการสำรวจชุมชนเหมืองโดยใช้ PCR ก่อนหน้านี้ เนื่องจาก ARMAN มีความไม่ตรงกันหลายจุดกับ ไพรเมอร์ PCR ที่ใช้กันทั่วไป สำหรับยีน16S rRNA เบเกอร์ และคณะ[ 1 ]ตรวจพบพวกมันในการศึกษาครั้งต่อมาโดยใช้การจัดลำดับแบบช็อตกันของชุมชน เดิมทีคิดว่าทั้งสามกลุ่มนี้เป็นตัวแทนของสายพันธุ์ที่ไม่ซ้ำกันสามสายพันธุ์ที่แตกแขนงออกไปอย่างลึกซึ้งภายในEuryarchaeotaซึ่งเป็นกลุ่มย่อยของอาร์เคียอย่างไรก็ตาม จากแผนภูมิจีโนมของอาร์เคียที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น พวกมันถูกจัดให้อยู่ในอาณาจักรใหม่ที่ชื่อว่าNanobdellati [ 2 ]ปัจจุบันกลุ่ม ARMAN ประกอบด้วยไฟลัมที่แตกต่างกันอย่างมากซึ่งมีชื่อว่าMicrarchaeota และ Parvarchaeota [ 3 ] ยีน 16S rRNA ของพวกมันแตกต่างกันมากถึง 17% ระหว่างสามกลุ่ม ก่อนการค้นพบอาร์เคีย ทั้งหมด ที่พบว่าเกี่ยวข้องกับ Iron Mountain จัดอยู่ในอันดับThermoplasmatales (เช่นFerroplasma acidarmanus )
การกระจาย
การตรวจสอบพื้นที่ต่างๆ ในเหมืองโดยใช้โพรบเรืองแสงเฉพาะกลุ่ม ARMAN พบว่าพวกมันปรากฏอยู่เสมอในชุมชนที่เกี่ยวข้องกับการระบายน้ำเสียจากเหมืองที่เป็นกรด (AMD) ที่ Iron Mountain ทางตอนเหนือของแคลิฟอร์เนีย ซึ่งมีค่า pH < 1.5 โดยปกติแล้วจะพบในปริมาณน้อย (5–25%) ในชุมชน เมื่อเร็วๆ นี้ สิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดถูกตรวจพบในหนองน้ำหรือบึงที่เป็น กรดในเขตป่าสน ในฟินแลนด์[ 4 ]แหล่งระบายน้ำเสียจากเหมืองที่เป็นกรดอีกแห่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของRio Tintoทางตะวันตกเฉียงใต้ของสเปน[ 5 ]ที่บ่อน้ำพุร้อนใต้ดินลึกที่เป็นด่างอ่อนใน Yunohama ประเทศญี่ปุ่น[ 6 ]และในเหมืองไพไรต์ในเทือกเขา Harz ในเยอรมนี[ 7 ]
โครงสร้างเซลล์และนิเวศวิทยา
การใช้การ ถ่ายภาพด้วย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบไครโอ (cryo-electron tomography ) การวิเคราะห์ลักษณะสามมิติของเซลล์ ARMAN ที่ไม่ได้เพาะเลี้ยงภายในไบโอฟิล์ม ในเหมือง [ 8 ]เผยให้เห็นว่าเซลล์เหล่านี้มีขนาดใกล้เคียงกับขนาดเซลล์ที่คาดการณ์ไว้ว่าเป็นขีดจำกัดล่างของสิ่งมีชีวิต คือ 0.009 μm³และ0.04 μm³ แม้ว่าเซลล์จะมีขนาดเล็กผิดปกติ แต่ก็มักพบไวรัส มากกว่าหนึ่งชนิด เกาะติดกับเซลล์ในขณะที่อยู่ในไบโอฟิล์ม ยิ่งไปกว่านั้น เซลล์เหล่านี้มีไรโบโซม โดยเฉลี่ยประมาณ 92 ตัว ต่อเซลล์ ในขณะที่ เซลล์ E. coliที่เพาะเลี้ยงโดยเฉลี่ยมีไรโบโซมประมาณ 10,000 ตัว สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสำหรับเซลล์ ARMAN นั้นมีเมตาโบไลต์จำนวนจำกัดมากในเซลล์ที่กำหนด ซึ่งก่อให้เกิดคำถามเกี่ยวกับข้อกำหนดขั้นต่ำสำหรับเซลล์ที่มีชีวิต
การสร้างภาพสามมิติของเซลล์ ARMAN ในสภาพแวดล้อมเผยให้เห็นว่าเซลล์จำนวนเล็กน้อยเกาะติดกับอาร์เคียอื่นๆ ในอันดับThermoplasmatales (Baker et al. 2010 [ 9 ] ) เซลล์ Thermoplasmatales ดูเหมือนจะแทรกซึมผ่านผนังเซลล์เข้าไปในไซโตพลาซึมของเซลล์ ARMAN [ 10 ]ลักษณะของการปฏิสัมพันธ์นี้ยังไม่ได้รับการระบุ อาจเป็นการปฏิสัมพันธ์แบบปรสิตหรือแบบพึ่งพาอาศัยกันก็ได้ เป็นไปได้ว่า ARMAN กำลังได้รับเมตาโบไลต์บางชนิดที่มันไม่สามารถผลิตได้เอง
จีโนมิกส์และโปรตีโอมิกส์
จีโนมของกลุ่ม ARMAN สามกลุ่มได้รับการจัดลำดับที่สถาบันจีโนมร่วมของ กระทรวงพลังงาน ระหว่างโครงการจัดลำดับชุมชนในปี 2549 [ 11 ]จีโนมทั้งสามนี้ได้รับการจัดกลุ่มจากข้อมูลจีโนมชุมชนโดยใช้การจัดกลุ่ม ESOM หรือ Emergent Self-Organizing Mapของลายเซ็น DNA เตตระนิวคลีโอไทด์[ 12 ]
ร่างแรกของCandidatus Micrarchaeum acidiphilum ARMAN-2 มีขนาดประมาณ 1 Mb [ 9 ] ARMAN-2 เพิ่งได้รับการปิดช่องว่างโดยใช้การจัดลำดับ 454 และ Solexa ของไบโอฟิล์มอื่นๆ และกำลังเตรียมส่งไปยัง NCBI จีโนมของ ARMAN-4 และ ARMAN-5 (ขนาดประมาณ 1 Mb เช่นกัน) มีความยาวยีนเฉลี่ยที่เล็กผิดปกติ คล้ายกับที่พบในแบคทีเรียเอนโดซิมไบโอติกและปรสิต นี่อาจเป็นลักษณะเฉพาะของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสายพันธุ์กับอาร์เคียอื่นๆ ในธรรมชาติ[ 9 ]นอกจากนี้ การแตกแขนงของกลุ่มเหล่านี้ใกล้กับ เส้นแบ่ง Euryarchaea / Crenarchaeaสะท้อนให้เห็นในการที่พวกมันมีลักษณะทางพันธุกรรมร่วมกันหลายอย่างของทั้ง Crenarchaea และ Euryarchaea โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันมีหลายยีนที่ก่อนหน้านี้พบเฉพาะใน Crenarchaea เท่านั้น การอธิบายกระบวนการเผาผลาญที่รู้จักกันทั่วไปหลายอย่างใน ARMAN นั้นทำได้ยาก เนื่องจากมีจำนวนยีนที่ไม่ซ้ำกันสูงผิดปกติที่ถูกระบุในจีโนมของพวกมัน
เอนโดนิวคลีเอสชนิดใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผล tRNA ได้ถูกค้นพบในกลุ่ม ARMAN 1 และ 2 [ 13 ]เอนไซม์นี้ประกอบด้วยหน่วยเร่งปฏิกิริยาที่ซ้ำกันสองหน่วยและหน่วยโครงสร้างหนึ่งหน่วยที่เข้ารหัสบนยีนเดียว ซึ่งแสดงถึงสถาปัตยกรรมสามหน่วยแบบใหม่
ลิงก์ภายนอก
- บทความในบล็อก ASM Small Things Considered
- โครงการจัดลำดับดีเอ็นเอชุมชน JGI
- ข่าวประชาสัมพันธ์ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ปี 2006
- หน้าเว็บของ ดร. หลุยส์ โคมอลลี พร้อมภาพเซลล์ ARMAN หลายภาพ
- ข่าวประชาสัมพันธ์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ปี 2010 เก็บถาวรเมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม 2010 ที่Wayback Machine
- บทความเกี่ยวกับ ARMAN จากหนังสือพิมพ์ USA Today ปี 2010
- บทความของ MSNBC เกี่ยวกับ ARMAN ปี 2010