Arhed (0)

Tartu Ülikool - Bioloogia - Mikroobisüstemaatika

5 VÄGA HEA

Arhed

Arhesid e. arhebaktereid käsitletakse Bergey käsiraamatu esimeses köites koos teiste evolutsiooniliselt vanade bakteritega . Nende fülogeneesi uurimine algas ca 1977. aastal, kui ilmusid Woese’i ja Foxi tööd, milles nad jagasid elusorganismid 3 suurde rühma – domeeni. Üks domeenidest – arhed. Archaios tähendab kreeka keeles ürgne.
Seega eristuvad eluslooduse domeenid ribosoomide ehituse alusel.

Prokarüoote on kahes eluslooduse domeenis: bakterite ja arhede domeenides. Evolutsioonipuu koostatud rRNAde järjestuste põhjal.

Arhede biokeemilisel-füsioloogilisel kirjeldamisel eristus esialgu 3 rühma:

Metanogeenid;

Halofiilid ;

Termoatsidofiilid.

Arhede domeen jaotatakse Bergey määrajas kahte rühma ja neid käsitletakse mitte kui riike, vaid hõimkondi:

1) Hõimkond Crenarchaeota .
2) Hõimkond Euryarchaeota.
Hõimkonnad Crenarchaeota ja Euryarchaeota

Kirjanduses eristatakse arhede domeenis siiski veel kolmandat hõimkonda – Korarchaeota. Sellesse hõimkonda kuulusid alguses hüpertermofiilsed mittekultiveeritavad arhed, mis eraldati 1996. a. Yellostowne’I rahvuspargist kuumaveeallikast. Nüüd on neid juba ka laborikultuuridena, aga nende omadusi veel kirjeldatud pole. Osa tüvesid eraldatud ka “külmast” keskkonnast - mereveest .
Kuna Korarchaeota haru hargneb päris puu juure lähedalt, võiks olla tegu evolutsiooniliselt vana haruga ja seega võiks nende bakterite uurimine anda väga põnevat infot ürgsete bakterite metabolismi jm omaduste kohta.
Hõimkonda Korarchaeota veel uues Bergeys sees ei ole.

Hõimkond Nanoarchaeota - nanoarhed

Hõimkond “Nanoarchaeota” kirjeldati 2002. a. "Nanoarchaeota“ koosneb ühest perekonnast, kuhu kuulub praegu üks liik "Nanoarchaeum equitans." Genoom sekveneeriti 2003. a. Nanoarchaeum equitans on väga väike hüpertermofiilne ektosümbiont, kes kasvab Igniococcus’e pinnal. Igniococcus on autotroofne vesinikku oksüdeeriv ja väävlit redutseeriv arhe . Nanoarhe diameeter on 400 nm ja tema meelistemperatuur on 75-98 kraadi. Ta isoleeriti Islandilt hüdrotermaalsest lõõrist. Kuna kõik need taksonid on veel puudulikult kirjeldatud, kasutatakse nende nimetustes jutumärke.
Nanoarhed võiks kindlasti olla uus hõimkond arhede domeenis (16S rRNA geenide järjestuse kohaselt). Lisaks bakterile "Nanoarchaeum equitans" on kirjeldatud veel keskkonnast isoleeritud sarnaseid järjestusi. Need saadi kätte mustade suitsetajate lähedusest ja Yellowstone ’I rahvuspargi ja Kamtshatka kuumaveeallikatest. Seega võivad need bakterid kuumas keskkonnas üpris levinud olla
Kaua polnud Nanoarchaeum equitans’i ainevahetusest suurt midagi teada. Oli teada, et ta ei suuda kasvada Ignicoccus’e ekstraktil ja seetõttu arvati, et talle on vajalik otsene kontakt elusa Ignicoccuse’e rakuga.
Nanoarchaeum equitans’i genoom on sekveneeritud. See on väikseim genoom arhede hulgas (490 kbp). Suuruselt enamvähem sama, mis mükoplasmadel.
Genoomne järjestus näitas, et geenitihedus on genoomis väga suur ja et plasmiide tal ei ole. Genoomis puudusid glükolüüsi raja geenid ja biosünteesiradade geenid. See näitas, et ta on parasiitne ja toitub Ignicoccus’e komponentidest (lipiididest, aminohapetest jne). Tal on genoomis mitmeid proteaaside ja peptidaaside geene, mis võimaldab kasutada peremeesorganismi valke.

Arhede üldised ehituslikud iseärasused

Kujult võivad arhed olla kokid , pulgad , spiraalsed, sagaralised, plaatjad või ebaregulaarse kujuga. Osa on üherakulised, osa moodustab niite ja agregaate. Rakkude diameeter võib ulatuda 0.1-15 mm ja niitide pikkus kuni 200mm-ni. Paljunevad peamiselt pooldumisega, aga on kirjeldatud ka pungumist ja fragmenteerumist. Seega kuju poolest arhed eriti ei eristu bakteritest: ka bakterite hulgas on samasuguse kujuga baktereid. Erilised on ruudukujulised arhed (Haloarcula).

Rakukest

(mitte ajada segi rakumembraaniga) on arhedel kas

1) valguline (glükosüülitud valkudest koosnev S-kiht);
2) polüsahhariidne;
3) pseudopeptidoglükaanist koosnev.

Pseudomureiin e. pseudopeptidoglükaan on polümeer, mille glükaanahelas puudub muraamhape. Muraamhappe asemel on N-atsetüültaloosamiinuroonhape. Monomeeride vahel beeta-1,3 side, mis ei lüüsu lüsotsüümiga.
Bakterite peptidoglükaanis on beeta-1,4 glükosiidside, mis on lüsotsüümiga lüüsitav.
Peptiidahelas ei ole D- aminohappeid .
Grampositiivselt värvuvad ka heteropolüsahhariidse kestaga arhebakterid. Struktuurilt on see polüsahhariid sarnane eukarüootide sidekoe kondroitiinile. Selline kest stabiliseerib ka agregaate.
Valguline kest on näiteks Halobacteriumil, kes elab väga soolases vees (kuni 35% soola). Tema kesta glükosüülitud valgus on palju happelisi aminohappeid, aspartaati ja glutamaati, mis seovad Na ioone. Selline Na-ga seostumine on oluline kesta stabiilsuseks: kui alandada Na kontsentratsiooni, siis rakukest laguneb ja bakter lüüsub.
Valgulise kestaga arhed värvuvad gramnegatiivselt.
Arhede hulgas on ka kestata bakterid - perekond Thermoplasma, kellel on membraanis tugevduseks lipopolüsahhariidid ja glükosüülitud valgud .

Viburid

on paljudel arhedel olemas, kuid nad on ilmselt bakterite viburitest palju erinevad.

Bakteritel kinnitub vibur rakule valgulistest ketastest koosneva basaalkehaga. Flagelliinidest koosnev viburiniit on basaalkehaga ühendatud liigendiga - konksuga
Viburid on arhedel peenmad, kui bakteritel. Viburil on konksutaoline struktuur olemas, kuid ketastest koosnevat basaalkeha ilmselt pole. Kui arvestada seda, et basaalkeha kettad seostuvad rakukesta eri kihtidega ja arhede rakukest on omapärane (valguline S-kiht või pseudopeptidoglükaan), siis peakski ta teistsugune olema.
Arhede flagelliinide geenid on sarnased hoopis bakterite tüüp IV piilide valkudega. Tüüp IV piilid osalevad mõnedel bakteritel twitching-liikumises. Arhede viburivalgud on ka glükosüülitud.
Küll aga paneb ka arhe viburi tööle ioongradient.
Oletatakse, et arhe vibur ei kasva mitte tipust, vaid alusest , nagu tüüp IV piilgi.
Mingit kanalit, mille kaudu saaks monomeere tippu transportida, ei ole leitud ei seda tüüpi piilil ega arhede viburitel.
Arhe vibur on ehituselt sarnane tüüp IV piilile

Arhede histoonid

Eukarüootidel on DNA pakitud ümber aluseliste konserveerunud järjestusega valkude - histoonide, moodustades nukleosoome (pildil nukleosoomidega DNA). Nukleosoomide vahele jäävad pakkumata DNA alad.
Histoonid on leitud eurüarhedel. Esmalt leiti need Thermoplasma acidophilumil ja näidati, et in vitro võivad nad seostuda DNAga, moodustades nukleosoomitaolisi struktuure.
Samas bakteris nähti elektronmikroskoobiga nukleosoomidega DNAd.
Ilmselt koosnevad arhede nukleosoomid histooni tetrameerist (eukarüootidel oktameerid), mille ümber on pakitud ca 80 bp DNAd. Arvatakse, et eukarüootide oktameerne histoonkompleks võis välja kujuneda arhede tetrameersest. Kompleks suurenes, kuna eukarüootidel on rohkem DNAd. Nendel arhedel, kellel histoone pole leitud, on kirjeldatud histoonitaolised valgud , mis ka seostuvad DNAga.

Arhede rakuskelett

Arhedel, millel puudub jäik rakukest (valgulise kestaga Sulfolobus ja kestata Thermoplasma) on oletatud rakuskeleti olemasolu.
Eukarüootidele omaseid aktiini, müosiini ja tubuliini pole neil siiski leitud.
Chaperoniinid on valgulised kompleksid , mis seostuvad värskelt sünteesitud valkudele ja aitavad neid pakkida . Kuumashoki tingimustes aga seostuvad nad kahjustunud valguga ja kaitsevad seda edasise denaturatsiooni eest.
Nad saavad taastada ka valgu stuktuuri, kasutades selleks ATP hüdrolüüsi energiat. Neil on ATP-ga seondumise domään ja ATPaasne aktiivsus.
Chaperoniinide rolli rakuskeleti moodustamises hakati uurima hüpertermofiilsel (valgulise kestaga) atsidofiilsel arhel Sulfolobus shibatae, kellel kindlasti on vaja hoolitseda valkude struktuuri säilumise eest, sest tema Topt on 83 kraadi ja pH opt on 3.0.
Selle bakteri chaperoniinid koosnevad kahest suures koguses rakus esinevast valgust. Nad agregeeruvad niitideks, kui in vitro lisada neile ATPd ja Mg.

Mis siis ikkagi on nende niitide roll?

Üks võimalus on, et nad on ikkagi rakuskeletiks. Sulfolobusel on valguline kest ja seega nö kõva välisskelett puudub. NB! Rakuskeletti ja kõva rakukesta puudumist on vaja ka fagotsütoosiks.
Valgulise kestaga Sulfolobus ja kestata Thermoplasma on ühed kandidaadid eukarüootsete rakkude eellasteks , kes endosümbioosi teel omandasid organellide eellased.
On aga arvatud ka, et need niidid on lihtsalt üks võimalus korrastatult hoida tshaperoniine siis, kui pole vaja parajasti valke pakkida.
Eurüarhel Thermoplasma acidophilum (mükoplasma) leitud aktiinisarnane valk, mille polümeriseerimine niitideks toimub mitte ainult ATP, vaid ka teiste nukleotiidide vahendusel (CTP, UTP jne). Polümerisatsiooniks vajalik ka magneesium . NB! Sellel arhel leiti ka histoonid! Nii et üks eukarüootidele sarnane arhe!

Arhede membraanid

Eeterlipiididega membraanid võivad olla kas ühe- või kahekihilised. Dieeter-tüüpi membraan (vasakpoolne joonis) on kahekihiline, tetraeeter-tüüpi membraan aga ühekihiline (alumine joonis).
Termofiilsetel arhedel on enam esindatud tetraeeter-tüüpi lipiidid , mis on termostabiilsemad.
NB! Arhedel on näidatud, et nad ei suuda kohaneda paindlikult temperatuuri muutusele, sünteesides muutunud küllastatusega või pikkusega lipiide . Eubakterid suudavad.
Küll aga on Sulfolobusel ja Thermoplasmal näidatud, et nad saavad reguleerida tsüklopentaani hulka membraanides.See mõjutab ka membraanide stabiilsust. Mida rohkem neid jääke, seda tugevam membraan.

Arhede genoom, geenid, transkriptsioon

Paljude arhede genoomid on sekveneeritud. Esimesena sekveneeriti Methanococcus jannaschii.
Nende kõigi genoomides on geene, millel pole homolooge ei eubakterite ega eukarüootide hulgas. Näiteks M. jannaschii orfidest 56% polnud homolooge endmebaasides. See tegelikult näitab arhede domeeni selget erinevust teistest, nende unikaalsust.
Methanococcus jannischii isoleeriti ookeanist 2600 m sügavusest. Ta on metanogeen, sünteesib vesinikust ja CO2 metaani. Talub temperatuuri kuni 86 kraadi. Rakud on ebaregulaarsed kokid kahe viburikimbuga sama pooluse lähedal
Arhede geenid, mis kodeerivad transkriptsioonifaktoreid ja RNA polümeraasi subühikuid sarnased eukarüootide vastavate analoogidega, samal ajal kui metabolismiradade ensüümide geenid on sarnased prokarüootide omadele.
Arhedel on geneetilisest aspektist ühiseid jooni nii bakterite kui ka eukarüootidega.

Ühised jooned eubakteritega:

Rõngaskromosoom;

Genoomi suurus;

Operonid;

mRNA intronid puuduvad;

70S ribosoomid
Ühised jooned eukarüootidega:

Histoonid krenarhedel;

Rakuskeleti (chaperoniinide niidid, aktiini homoloogid) olemasolu;

Valgusüntees tundetu kanamütsiinile ja klooramfenikoolile;

DNA seoseline RNA polümeraas kompleksne ja koosneb paljudest subühikutest;

Transkriptsioonifaktoreid palju ja need sarnased eukarüootide omadele;

Metionüül-tRNA on initsiaator tRNA valgusümteesil;

Promootori äratundmine samasugune nagu eukarüütidel.
Arhede füsioloogia ja levik looduses

Agselt arvati, et arhed on kõik ekstremofiilid, kuna esmalt kirjeldati just selliseid arhesid, kes olid ka atsidofiilid, hüpertermofiilid, ranged anaeroobid või halofiilid.

Levik looduses

Praeguseks on selgunud , et arhesid on ka “ tavalises ” keskkonnas: külmas vees, mullas jne. Neid on ka soodes, inimese soolestikus ja suuõõnes.
1992. a. avastati “mustad suitsetajad”. Mustad suitsetajad on ookeanisügavusse avanevad kuumaveeallikad. Paiknevad tuhandete meetrite sügavuses merepõhjas. Kui mujal ookeani põhjas on “kõrb”, siis suitsetaja korstna ümber keeb elu, mis baseerub kemolitotroofial. Sealt on isoleeritud palju arhesid-hüpertermofiile. Pyrolobus fumarii (Tmax 113 oC), Pyrodictium occultum

Hüpertermofiilid

Musta suitsetaja ava kaudu paisatakse vette kuuma vulkaanilist vett, mis sisaldab H2, H2S. Kuum vesi jahtub, segunedes külma mereveega ja moodustub temperatuurigradient, kus leiavad endale koha erineva temperatuurinõudlusega bakterid.

Looduses isoleeritakse arhesid veel kuumadelt väävliväljadelt (solfataric fields), ülekuumenenud mudabasseinidest, pindmistest väävlirikastest kuumaveeallikatest. Keskkond, kust neid isoleeritakse, on happeline, sest hüpertermofiilsed S-bakterid oksüdeerivad seal leiduva väävli ja H2S väävelhappeks.
Kuna kõrgel temperatuuril lahustub hapnik halvasti ja vulkaanilistes piirkondades on rohkesti redutseerivaid gaase , siis on biotoobid, kust hüpertermofiile isoleeritakse sageli anaeroobsed .

Arhede energeetiline metabolism

Arhedel on esindatud väga mitmed energia hankimise
moodused. Nad saavad energiat järgmiste protsesside vahendusel:

Orgaaniliste ainete oksüdeerimine hapnikuga või väävliseoseliselt.
Anorgaaniliste ainete oksüdeerimine ( vesinik kõige levinum, aga oksüdeeritakse ka redutseeritud S-ühendeid ja mõned ka rauda, näiteks Ferroplasma acidiphilum. Elektroni lõppaktseptoriks hapnik, väävliühendid või mõnel ka nitraat .
Orgaaniliste ainete kääritamine.
H2 oksüdatsioon. CO2 elektroni aktseptoriks. Metanogenees.
Bakterirodopsiini abil toimuv fotosünteetiline fosforüülimine (Halobacterium, Haloarcula).

Nendest energia hankimise viisidest on arhedele unikaalne metanogenees.
Kuna hüpertermofiilsete arhede hulgas on laialt levinud vesiniku oksüdeerimine ja vesinikku oksüdeerivad ka evolutsiooniliselt kõige vanemad bakterid, siis arvatakse, et elu algetapil Maal oli just vesiniku oksüdatsioonil baseeruv energeetiline metabolism oluline.
See, et vesiniku oksüdatsioon on väga levinud praegu kogu bakterimaailmas näitab, et vesiniku oksüdatsioon on bakteritele energeetiliselt väga kasulik.

Kommertsiaalsed ensüümid arhedest

Thermus aquaticuse (bakter) DNA polümeraasi asemel saab kasutada polümeraase, mis ei tee vigu. Sellised polümeraasid on eraldatud arhedest Pyrococcus woesei (Pwo polümeraas), Pyrococcus furiosus (Pfu polümeraas), Thermococcus litoralis (Tli e. Vent polümeraas).

Arhede hõimkonnad
Crenarchaeota

Cren, st. allikas. Arvatakse, et see rühm on aeglaselt evolutsioneerunud ja nende tänapäeval elavad esindajad võiksid olla sarnased kõigide arhede eellasega. Crenarchaeota on haru, kuhu kuuluvad anaeroobsed ja aeroobsed termofiilid ja äärmuslikud termofiilid, kellest paljud, kuid mitte kõik metaboliseerivad väävlit. Anaeroobne metabolism on nende hulgas siiski rohkem levinud, kui aeroobne .
Krenarhede hulgas on nii kemolitotroofe kui ka kemoorganotroofe. Kuna nendes keskkondades, kus neid leitakse, fototroofe ei ole (nad ei talu nii kõrget temperatuuri), siis on nemad ilmselt seal põhilised primaarproduktsiooni andjad.
Geeniproovidega on tuvastatud selle riigi esindajaid ka külmast keskkonnast, näiteks külmast mullast ja mereveest. Arvatakse, et need esindajad on selle riigi evolutsiooniliselt nooremad esindajad.
Looduses isoleeritakse neid näiteks solfataaridest, väävlirikastest kuumaveeallikatest, mustade suitsetajate korstnast.
Krenarhede rühm jaguneb kolme seltsi, mis eristuvad hästi 16SrRNA järjestuste alusel:
Thermoproteales
Sulfolobales
Desulfurococcales

Sulfolobus solfataricus.

Sagaraline kokk , valgulise rakukestaga. Elab väävlirikastes vulkaanilistes kuumaveeallikates (temperatuur kuni 90 kraadi, pH 1-5.
Ta saab kasvada kemolitoautotroofselt, oksüdeerides väävelvesinikku või väävlit väävelhappeks, ja sidudes CO2.

Rakud kleepuvad tihedalt väävlikristallidele. Kasutab ka orgaanilisi aineid, oksüdeerides neid S-seoseliselt. Genoom sekveneeritud.

Enamik Sulfolobales esindajaid on võimelised oksüdeerima S aeroobselt väävelhappeks:
S8 + 12 O2 + 8 H2O ® H2SO4
Kuna osa tüvesid oksüdeerib ka sulfiidset S, siis osalevad nad metallide leostamises sulfiidsetest maakidest.

Püriitsete mineraalide leostamine:
FeS2 + 7 O2 + 2 H2O ® 2FeSO4 + 2 H2SO4
Mitmeid tüvesid on plaanitud ka kasutada S eemaldamiseks söest ja naftast.

Acidianus

Valgulise kestaga kokk. Kirjeldati 1984. a. kui Sulfolobusele lähedane organism, mis oli võimeline S nii redutseerima, kui ka oksüdeerima.
Nimi Acidianus tulenes Rooma jumala Ianus’e nimest. Sel jumalal oli 2 nägu, mis vaatasid erinevates suundades. See, mida Acidianus S-ga teeb, sõltub hapniku olemasolust ja elektronidoonoritest.
Aeroobselt näiteks oksüdeerib väävlit või vesinikku hapnikuga. Anaerobioosis oksüdeerib vesinikku ja redutseerib väävli H2S-ks.

Aeroobselt näiteks oksüdeerib väävlit või vesinikku hapnikuga. Anaerobioosis oksüdeerib vesinikku ja redutseerib väävli H2S-ks.

Thermoproteus tenax

jaguneb mitte tavalise pooldumisega, vaid raku hargnemise või pungumisega (b)

Pyrodictium occultum

Topt on 105 oC. Pyrodictium (tõlkes tulevõrk) kasvab hallitusetaolise kihina väävlikristallidel või moodustab vedelsöötmes nn lumepalle. Rakud on tal ketta või taldrikukujulised, liikumatud ja õõnsate valguliste torukestega võrguks ühendatud. Need torukesed on vajalikud rakkude kinnitamiseks substraadile - väävlile. Range anaeroob , oksüdeerib vesinikku ja orgaanilisi ühendeid ja redutseerib väävlit. Teda on isoleeritud mustast suitsetajast.

Pyrolobus

saab energiat vesiniku oksüdatsioonist. Oksüdandina saab kasutada nitraati-, tiosulfaati- ja hapnikku. Kõrget hapnikusisaldust siiski ei talu. Teda on isoleeritud mustast suitsetajast. P. fumarii saab kasvada ka 113 oC juures. NB! Ürgne metabolism võiski baseeruda vesiniku anaeroobsel oksüdatsioonil väävliga. Vesinikku oksüdeerivaid baktereid on väga palju ja vesinik on energiarikas substraat . Arvatakse, et isegi Marsil võiks olla vesinikku oksüdeerivaid baktereid. Marsi pind on külm, aga sügavamal võib olla piisavalt soe, et elada seal.

Euryarchaeota

See on füsioloogiliselt palju kirevam rühm, kui riik Crenarchaeota. Eurü, st. lai, avar.
Siia kuuluvad äärmuslikes keskkonnatingimustes elavad arhed: äärmuslikud halofiilid (enamasti aeroobsed), väga hapnikukartlikud metanogeenid, ja ka hüpertermofiilid. Selles hõimkonnas eristub 3 rühma: metanogeenid, halobakterid ja termofiilid.
Uue Bergey süsteemi järgi kuuluvad eurüarhede riiki järgmised klassid :
Methanobacteria
Methanococci
Halobacteria
Thermoplasmata
Thermococci
Archaeoglobi
Methanopyri

Euryarchaeota: halofiilid
Ökoloogia

Neid leidub keskkonnas, kus on väga kõrge soola kontsentratsioon, sageli ka intensiivne valgus ja aluseline keskkond. Surnumeri ja Suur Soolajärv, soodajärved. Äärmuslikud halofiilid taluvad NaCl küllastuskontsentratsiooni (32%). Halofiilsed arhed pöhjustavad soolatud kala ja liha riknemist ja ka soolatud loomanahkade riknemist (inimesele patogeensed pole). Vesi, mis sisaldab palju halofiile, on punase värvusega, kuna halofiilsed bakterid sünteesivad karotinoidpigmente, mis kaitsevad neid kiirguse eest. Organotroofsetest eubakteritest saavad ülisoolastes veekogudes elada Haloanaerobium, Halobacteroides ja Salinibacter. Seal leidub ka rohevetikat Dunaliella.
Soolastes veekogudes on sageli ka punaselt värvunud rohevetikat Dunaliella. Punane värvus karotinoidpigmentidest. Dunaliella on seal primaarprodutsent. Fotosünteesib ja toodab hapnikku. Moodustunud org. aine ja ka eritatav osmoprotektor (glütserool) on energiaallikaks halobakteritele.
Owensi soolajärve vesi Californias on punane tänu kõrgele halofiilsete arhede sisaldusele vees. Ka sellest veest saadud sool on bakteritest punane.

Füsioloogia ja metabolism.

Köik äärmuslikud halofiilid on aeroobid , aga mõned (Halobacterium salinarium, Haloarcula marismortui) suudavad nitraatselt hingata ja kääritada. Hingamisahel on täielik ja oksüdatiivne fosforüülimine töötab.
Eelistavad C-allikana peptiide, aminohappeid ja org. happeid .
Halobakterite genoomide uurimine on siiski näidanud, et nende eellased võisid olla anaeroobsed organismid.
Nimelt hapnikuga hingamist võimaldavad geenid on suure tõenäosusega sattunud nende genoomi tulnud hiljem horisontaalse geeniülekandega eubakterite genoomidest!
Halobakterid sünteesivad ka proteaase ja lipaasi .
Kuna halobakterid elavad kõrge osmootse rõhuga keskkonnas, vajavad nad osmoprotektoreid. Sugukonnas Halobacteriaceae on põhiline osmoprotektor K+. K+ kasutab osmoprotektorina ka halofiilne eubakter Salinibacter ruber . Ka halobakterite ensüümid ja ribosoomid vajavad tööks kõrget K+ sisaldust (seda ju rakus palju).

Halobakterite valgud, nii pinna- kui ka rakusisesed valgud on happelised . Rakukesta happelisi valke stabiliseerib kõrge Na sisaldus keskkonnas.
Polaarsed valgud püsivad soolases keskkonnas paremini lahuses ega sadene välja.
Osa, kuid mitte köik Halobacteriumi liigid saavad kasutada valgusenergiat ATP sünteesiks – seega käituda fototroofidena. Ka perekond Haloarcula saab valgusenergia arvel ATPd sünteesida.
Valguseseoseline ATP süntees lülitub sisse, kui hapniku kontsentratsioon on liiga madal tagamaks aeroobset hingamist. NB! Soolases vees lahustub hapnik halvasti! Fotosünteesipigmendiks halobakteritel on valk bakterirodopsiin, mille mittevalguliseks osaks on karotinoid retinaal. Töötab prootonpumbana.
NB! Kõigil teistel senituntud fototroofidel on fotosünteetiliseks pigmendiks klorofüllid. H. salinariumi valguseseoseline prootonpump annab energiat ka Na+ pumpamiseks rakust välja (Na+/H+ antiport) ja K+ pumpamiseks rakku.
Halobacterium salinariumil kirjeldati esimest korda bakterirodopsiini abil toimuv fototroofia
NB! Bakterirodopsiini geen on horisontaalse geenotriiviga üle kandunud ka halofiilsetele eubakteritele, näiteks Salinibacter ruber’ile.
Salinibacter’i genoomis on leitud nt soolalembuse saar, mis kodeerib mitmeid soolases keskkonnas elamiseks vajalikke valke. Sellel saarel on geene, mis on enamasti pärit soolalembestelt arhedelt, aga osa ka metanogeenidelt ja tsüanobakteritelt.
NB! Mõni aasta tagasi avastati bakterirodopsiin (nimetati proteorodopsiiniks) ka mõnedel merebakteritel (kuulusid gamma-proteobakterite hulka) ja ka tsüanobakteril Anabaena.
Merebakterite vastav geen osaleb kindlasti valguseseoselises ATP sünteesis. Anabaena oma roll veel ebaselge . Oletatakse osalemist sensingus.

Halobakterite morfoloogia ja pigmentatsioon

Pulgad, kokid, sartsiinid või lamedad vormid: kettad, kolmnurgad, ruudud .
Pigmenteeritud: punased, oranzhid, roosad. Punane värvus on bakterirodopsiinist, teised värvused teistest karotinoidsetest pigmentidest.

Haloarcula quadrata õhukesed karbitaolised rakud. Rakkudes näha gaasivakuoolid. Rakud võivad olla seotud üksteisega, moodustades suuri lamedaid plaate , mille servapikkus võib olla 40 mkm.

Genoomijärjestus ilmus 2004. a.
NB! Leiti 2 erinevat rRNA operoni!

Genoomis 1 suur kromosoom ja kaks minikromosoomi, millel erinevad GC sisaldused:

Valgud väga happelised – kohastumine soolase keskkonnaga;

Aeroobseks hingamiseks vajalikud geenid on tulnud horisontaalse geeniülekandega eubakteritelt (sarnased genoomsed lõigud on ka E. coli ja Deinococus radioduransi genoomides);

Genoomis palju aminohapete permeaase ja kaaliumi transportereid;

Glükolüüs ei tööta, esineb modifitseeritud ED rada ja täielik tsitraaditsükkel;

Leidis kinnitust, et nähtavasti eelistab ta kataboolida aminohappeid ja orgaanilisi happeid.
Haloquadratum walsbii ( sugukond Halobacteriaceae)

Kirjeldati 1980. aastal Walsby poolt. Isoleeritav ülisoolastest veekogudest, kus kõrge NaCl ja MgCl2 sisaldus. Kaua aega ei osatud teda laboris kasvatada. Aastal 2004 ilmus töö tema kasvatamise kohta laboris. Esialgu saadi kätte segakultuurid teiste halofiilsete mikroobidega nagu Salinibacter ruber (eubakter, kelle genoomist leiti ka halofiilsete arhede geene). Pildil on väikesed roosad kolooniad kõrge soolasisaldusega agaroossöötmel Haloquadratumi omad (tüvi HBSQ001). Hästi sobis selektiivseks C-allikaks Na-püruvaat.

Aastal 2006 sekveneeriti genoom. Genoom kodeerib üht imetajate mutsiinile sarnast väga suurt valku halomutsiini, mis peaks raku pinnal vett siduma ja kaitsma kuivamise eest ülisoolases keskkonnas.

NB! Rakul tohutusuur eripind !

Rakud on õhukese lameda karbi kujulised , sisaldavad gaasivakuoole. Võivad olla suhteliselt suured, siis on nad mikroskoobis näha “kokkumurtuna” ehk voltides. Normaalse suurusega rakk (5 x 5 mikromeetrit) näidatud noolega; B (gaasipõieke). Fotosünteesib bakterirodopsiiniga – päikesepatarei.

Euryarchaeota: halofiilid

Isoleeriti esmalt soolasest soodajärvest Keeniast
Natronobacterium gregoryi on halofiil ja alkalifiil – vajab aluselist ja soolast keskkonda (pH optimum on 9.5)
Euryarchaeota: termofiilid-väävlihingajad

Thermoplasma

Thermoplasma on mükoplasmalaadne, sest tal pole rakukesta. Seetõttu paigutati ta esmalt eubakterite hulka kuuluvate mükoplasmade hulka. Kuulub aga eurüarhede hulka.

Thermoplasma

Tema Topt on 55 oC ja pH opt on 2.0. Happelist keskkonda vajab ka membraani stabiliseerimiseks.
Kaua aega oli teada kaks liiki: Thermoplasma acidophilum ja T. volcanicum. T. acidophilum isoleeriti isekuumenenud kivisöe aherainest. Seal on püriiti ja orgaanikat. T. volcanicumi looduslikuks esinemiskohaks on solfataarid. Rakud on väga varieeruva kujuga: ühes ja samas kultuuris esinevad filamentsed, ketasjad, mügarakujulised ja kokitaolised rakud. Emarakkudel on sageli pungad . Kuigi rakukesta ei ole, on rakkudel viburid. Thermoplasma on mikroaerofiil, kes oksüdeerib orgaanilisi aineid ( aminohapped , suhkrud ) hapnikuga, kuid ta saab ka väävliga hingata.
Thermoplasma liikidel on membraanides omapärased glükolipiidid (lipopolüsahhariididele sarnased molekulid), mis annavad neile vastupidavuse kõrgele temperatuurile ja madalale pHle. Need glükolipiidid koosnevad tetraeeterlipiidist, millega on seotud mannoosi ja glükoosi jäägid. Genoom on v. väike. Tal on leitud ka histoonid ja aktiinitaoline valk, mis agregeerub rakuskeleti niitideks. Genoomi sekveneerimine lubas oletada, et Thermoplasma ja Sulfolobus solfataricuse vahel on nähtavasti toimunud palju horisontaalset ´geenivahetust. Mõlemad elavad sarnases keskkonnas!
Aastal 2000 kirjeldati Ferroplasma acidophilum, mis on kestata punguv mükoplasmalaadne arhe. Ei ole nii termofiilne, kui Thermoplasma. Membraanis dieeterlipiidid. Oksüdeerib rauda ja mangaani hapnikuga. Kemolitoautotroof.
Arhede evolutsioonipuul hargnevad hästi juure lähedalt.

Thermococcus ja Pyrococcus.

Fakultatiivsed anaeroobid, heterotroofid .
Metaboliseerivad väävlit (hingavad väävliga). Thermococcuse ja Pyrococcuse esindajad on isoleeritud mustadest suitsetajatest.
S + orgaanilised ained ---> H2S + CO2
Pyrococcus furiosuse DNA polümeraasi kasutatakse PCRs. Teeb vähe vigu. Pfu polümeraas.
Thermococcus litoralis sünteesib nn Vent-polümeraasi.

.DOC Laadi alla originaalfail 11 lk · .doc · 19 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 11 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2009-01-02 Kuupäev, millal dokument üles laeti

19 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

Sherik Õppematerjali autor

Arhede üldine iseloomustus, jaotus

arhed bakterid mikroobid arhebakter

Sarnased õppematerjalid

114

pdf

Nimetu

eralduv hapnik on pärit veest, mitte CO2-st, nagu seni arvati. Pakkus, et elusloodus jaguneb pro-ja eukarüootideks. 6 Alexander Fleming Lüsosoom- ensüüm, mis lüüsib bakterite rakukesta peptidoglükaanis glükosiidsidemeid. PENITSILLIIN!!!!! Nobeli preemia. 7 PROKARÜOODID ELUSLOODUSES, SUURUS JA NIMETAMINE 3 fülogeenset gruppi (eluslooduse domeenid)- eukarüoodid, bakterid (eubakterid), arhed (arhebakterid) Fülogeneetilise puu juure lähedal on termofiilid! Ribosoomi alaühik koosneb valkudest ja 16S rRNA. Tekitab subühiku ,,karkassi". Suurem subühik- oma spetsiifiline rRNA. 23S rRNA- suurem kui 16S rRNA. Bakterite nimetused Soolekepike (Escherichia coli) Heinapisik (Bacillus subtilis) Kochi kepike (tuberkulooskitekitaja; Mycobacterium tuberculosis) Hellusebakter (Lactobacillus fermentum ME3) Kooleratekitaja (kooleravibrioon, Vibrio cholerae)

Kategoriseerimata

doc

Mikrobioloogia eksami kordamisküsimused

Arhede rakumembraan - peavad oelma töövõimelised üle 100kraadi. Ühekihilised ja eetersidemetega..tetrameter lipiidid. - kõige stabiiilsemad. 16.Nim baktereid, kes hapestavad oma keskkonda ja kes leelistavad. Hapestavad hambakatubakkterid ja leelistavad näiteks Helicobakter pylori. Oma elukeskkonna hapestavad ka kääritajad bakterid, kelle happetolerantsus pole eriti suur. Atsidofiilid on bakterid, kes eelistavad happelist keskkonda. Sulfolobus, Stygiolobus, Metallosphaera. Need on kõik arhed. Kõige atsidofiilsem bakter on arhe Picrophilus. Kasvab hästi pH 0.7 juures. Aga ka eubakterite hulgas on atsidofiile. Thobacillus thioxidans. G(-) bakter. Vist kõige atsidofiilsem bakter. Talub ka pH 0.5, optimaalne on talle pH 2-3. Thermoplasma acidophila. Kestata arhe. Lüüsub pH väärtustel üle 5.0. Alkalifiilid eelistavad aluselist keskkonda. Keskkonna leelistavad valke ja uureat lagundavad bakterid ja ka nitraate redutseerivad bakterid. Uriini leelistumine Proteus mirabilise ja

Mikrobioloogia

docx

Kordamisküsimused mikrobioloogia I kursuse kohta

See reageeris lahustunud rauaioonidega ja sadenes raudoksiidina. Raua oksüdeerumine takistas esialgu hapniku akumuleerumist atmosfääri. Seejärel said mered küllastuda hapnikuga, ning lõpuks ka atmosfäär. Umbes kaks miljardit aastat tagasi hakkasid rauarikkad kivimid maal muutuma atmosfäärihapnikuga oksüdeerudes punaseks. II 12. Eluslooduse domeenid ja prokarüootide koht neis. 1) eukarüoodid, 2) Arhed e, arhebakterid Prokarüoote (eeltuumseid) on kahes domeenis, arhede ja bakterite domeenis. 3) bakterid e. eubakterid. 13. Mida tähendab mõiste ,,prokarüoot" ? PROKARÜOOT- eeltuumne rakk, mis esineb enamasti ainuraksetel organismidel (bakterid, arhed). Prokarüootses rakus puudub rakutuum. Rakul puudub ka eukarüootsele rakule omane tuumake ja tuumamembraan 14. Arhed, nende erilisus, sarnasus bakteritega ja eukarüootidega.

Mikrobioloogia

docx

Mikrobioloogia I konspekt

Tuumagenoom koosneb eukarüootidel lineaarsetest kromosoomidest. 2. Mitokondrid ja plastiidid sisaldavad omi ribosoome, mis on prokarüootset tüüpi (70S), · ( tsütoplasma ribosoomid on 80S tüüpi ) · PROKARÜOODID ( loeng 2. ) 4. September 2009 · · Elusorganismid on jagatud kolme suurde fülogeneetilisse rühma ehk domeeni: 1. Eukarüoodid 2. Arhed e. arhebakterid 3. Bakterid e. eubakterid · · Bakterite nimetused koosnevad perekonnanimest ja liigiepiteedist. ( enamasti kasutatakse ladina- ja kreekakeelseid nimetusi ) · · Näiteks: · Bacillus- pulgake ( ladina keeles ) · Bacterium- pulgake ( kreeka keeles ) · (Bacterium coli- soolekepike) · · Soovitatavalt peaks bakteri nimetus sisaldama infot tema kuju, elupaiga, biokeemia, värvuse, ainevahetuse jne. kohta. ·

Mikrobioloogia

docx

Mikrobioloogia eksami kordamisküsimuste vastused

sissesopististest. Seejärel ,,neelati" rakku organellide eellased bakterid. Seda teooriat toetavad faktid, et mitokondritel ja kloroplastidel on oma genoom rõngaskromosoom nagu bakteritel. Tuumagenoom koosneb lineaarsetest kromosoomidest. Mitokondrid ja kloroplastid sisaldavad omi ribosoome, mis on prokatüootsed tüüpi (70S), tsütoplasma ribosoomid on 80S. 10. Eluslooduse domeenid ja prokarüootide koht neis Kolm suurt domeeni: I. Eukarüoodid II. Arhed e. Prokarüoote (eeltuumseid) on kahes arhebakterid domeenis, arhete ja bakterite domeenis III. Bakterid e. eubakterid 11. Prokarüoot e. eeltuumne rakk. Kuuluvad bakterite ja arhete domeeni. 16S rRNA kuulub prokarüootse ribosoomi väikesesse alaühikusse. 12. Bakterite nimetuste tuletamine. Nimetustes sisalduv info bakterite nimetused koosnevad perekonnanimest ja liigiepiteedist

Mikrobioloogia

docx

Mikrobioloogia I eksam

Umbes kaks miljardit aastat tagasi hakkasid rauarikkad kivimid maal muutuma atmosfäärihapnikuga oksüdeerudes punaseks. Siiski, tänapäeval on näidatud, et mõned kaasaegsed bakterid suudavad rauda oksüdeerida ka ilma hapnikuta. Seega võisid seda tüüpi bakterid osaleda punaste rauda sisaldavate vöödiliste setete tekkes. 2. Eluslooduse domeenid ja prokarüootide koht neis. Mida tähendab mõiste ,,prokarüoot" ? Arhed, nende erilisus, sarnasus bakteritega ja eukarüootidega. Arhede erilised elupaigad: mustad suitsetajad, ülisoolased veekogud. 16SrRNA geenide olulisus ja sobivus prokarüootide süstematiseerimisel ja evolutsiooni uurimisel. Lynn Margulise hüpotees eukarüootse raku tekkest endosümbioosi teel. Mitokondrite ja kloroplastide bakteriaalne päritolu, vastavad tõendid. Eluslooduse domeenid: eukarüoodid, arhed ja bakterid. Prokarüoote on bakterites ja arhedes.

Bioloogia

docx

Mikrobioloogia konspekt

erinevaid väävliühendeid, vesinikku ja org ühendeid; tõestas, et taimede fotosünteesist eralduv O2 on pärilt H2O-st; pakkus koos R. Stanieriga välja konseptsiooni et kogu elusloodus jaguneb pro- ja eukarüootideks. · A. Fleming avastas antibiootikumid; avastas ja puhastas penitsilliini · C. Woese algatas 1977a rRNAde sekveneerimise ja saadud tulemuste kasutamise bakterite fülogeneesi uurimisel; avastas arhed · R. Blakemore avastas 1970 a magnetosoomid · Pfeiffer - 1893a. Jagas toksiinid endo- ja eksotoksiinideks · C. Ehrenberg - 1836 a avastas viburid Elu tekke ajal oli atmosfääris: · Vähe O-te · CH, CO, N, NH, CO, H · Kõrge temp · Ere valgus · Tugev vulkaaniline tegevus · UV kiirgus · Meteoriitide rünnakud Abiootilise sünteesi kahtlejate vastuväited: · Atmosfääris võis olla O-te, see võis tekkida ürgsel Maal veest UV kiirguse toimel

Mikrobioloogia

docx

Mikrobioloogia kordamisküsimuste vastused

Kordamisküsimused Mikrobioloogia I kursuse kohta 2010 Eluslooduse domeenid ja prokarüootide koht neis. Mida tähendab mõiste ,,prokarüoot" ? Kolm domeeni:arhed, bakterid ja eukarüoodid. Prokarüoodid kuuluvad arhede ja bakterite domeeni. Prokarüoot: eeltuumne. Arhed, nende erilisus, sarnasus bakteritega ja eukarüootidega. Arhede peamiseks erinevuseks bakteritest on nende sarnasused eukarüootidega. Veel: metaani moodustamine, Sarnasused bakteritega: rõngaskromosoom, genoomi suurus, operonide esinemine, mRNA intronite puudumine, 70s ribosoomid, metabolismiensüümide aminohappeline järjestus. Sarnasused eukarüootidega: Histoonid, rakuskelett, DNA-seoseline RNA polümeraas kompleksne ja koosneb paljudest subühikutest, transkriptsioonifaktorid homoloogsed eukarüootide omadega. Arhede erilised elupaigad: mustad suitsetajad, ülisoolased veekogud. Mustadel suitsejatel elavad hüpertermofiilid, nagu nt Pyrodictium occultum- meelist 105 kraadi, range anaeroob. Soolastes veekog

Mikrobioloogia

Rohkem sarnaseid