Avance de la investigación sobre Sphingomonas.
las bacterias también pueden degradar los colorantes de antraquinona y sus intermediarios. Con el desarrollo de la tecnología de análisis de comunidades microbianas, la investigación taxonómica de Sphingomonas ha pasado por tres etapas. El primer paso es identificar y clasificar Sphingomonas sp. Por comparación de propiedades morfológicas, culturales, fisiológicas y bioquímicas. Sin embargo, debido a que las características fenotípicas de Sphingomonas son similares a las de otras cepas y pueden clasificarse erróneamente fácilmente como otros géneros, este método ha sido reemplazado gradualmente por métodos de clasificación de biomarcadores secundarios. La clasificación de biomarcadores es un método de clasificación que determina la atribución de microorganismos extrayendo los componentes químicos únicos de los microorganismos (es decir, biomarcadores) y realizando análisis cualitativos y cuantitativos. De acuerdo con las características de Sphingomonas, se han formado gradualmente varios métodos únicos de clasificación de biomarcadores, a saber, análisis de color, análisis del sistema de quinonas respiratorias, análisis de patrones de poliaminas y análisis de morfología de lípidos polares y ácidos grasos.
Descomposición del color
La mayoría de las cepas de Sphingomonas son amarillas. Este pigmento se extrae fácilmente con acetona y suele tener picos de absorción característicos a 452 nm y 480 nm. El pigmento amarillo de S. paucimobilis se identificó como nostocina. En contraste, S. yanoikuyae contiene menos pigmento, mientras que RW1 y S. alcaligenes. A175 no contiene pigmentos. En los últimos años, los investigadores también han aislado algunas especies de Sphingomonas de color naranja. Por lo tanto, el color amarillo no puede utilizarse como característica única de Sphingomonas y debe utilizarse junto con otros métodos analíticos.
Análisis sistemático de las quinonas respiratorias
Las quinonas respiratorias son componentes del transporte de electrones en las membranas celulares. Hay dos tipos principales de quinonas respiratorias: la ubiquinona (quinona Q auxiliar) y la menaquinona (vitamina K). ). Cada microorganismo contiene una quinona dominante. El análisis de los sistemas respiratorios de quinonas de las especies de Sphingomonas mostró que todos contienen ubiquinona Q.10. Tiene un grupo isoprenoide en la cadena lateral, aunque esta característica no se limita a las vainas.
Las amónadas también están presentes en la mayoría de las especies de Proteobacterias, pero a juzgar por la homología del sistema respiratorio de quinonas de Sphingomonas, es posible que todas las especies de miembros de Sphingomonas contengan ubiquinona Q-10.
Modelos de poliaminas y análisis de especiación de grasas polares y ácidos grasos
En Sphingomonas, se han observado dos patrones principales de poliaminas: un patrón contiene una gran cantidad de la triamina espermidina y pequeñas cantidades de la variable putrescina, espermidina y espermina; en el segundo modo la poliamina principal es la triamina espermidina y pequeñas cantidades de putrescina y espermina. Estos dos patrones dividen a Sphingomonas en dos categorías. El primer patrón estuvo presente solo en las cepas del grupo I, RW1 y A175, y el segundo patrón estuvo presente en las cepas restantes (Fig. 3). El análisis de lípidos polares y ácidos grasos mostró que todos los lípidos polares de Sphingomonas contienen fosfatidiletanolamina (PE), fosfatidilglicerol (PG), difosfoglicerilo (DPG) y esfingolípidos (SGL). Los ácidos grasos en los lípidos celulares son principalmente 18:1 y 20h14:0. Busse et al. descubrieron que el análisis de patrones de poliaminas y sistemas de quinonas solo era adecuado para la identificación preliminar de cepas de Sphingomonas. Por el contrario, el análisis de las formas de los lípidos polares y los ácidos grasos es un mejor método de identificación, basado en la detección del 80% de los parientes de los glicolípidos de esfingosina. A menudo, cuando se combinan estos dos métodos, se pueden identificar Sphingomonas a nivel de especie.
Sin embargo, todavía existen algunas limitaciones en la clasificación de los biomarcadores.
Con el desarrollo de la biología molecular, la clasificación moderna de la biología molecular ha madurado gradualmente y la investigación taxonómica de Sphingomonas ha entrado en la tercera etapa. Por lo tanto, basándose en la comparación de secuencias de ARNr 16S entre Sphingomonas y algunas especies de Proteobacteria, Sphingomonas se puede dividir en al menos 4 grupos. En la vía de degradación aeróbica de compuestos aromáticos, la dioxigenasa de hidroxilación del anillo aromático y la dioxigenasa de escisión se consideran las enzimas más críticas, que están relacionadas con la biodegradabilidad y el grado de degradación de los compuestos. Gibson y otros investigadores relevantes creen que la dioxigenasa es un sistema enzimático multicomponente dependiente de NADH compuesto de sulfoflavina de hierro, ferredoxina y oxidasa de hierro-azufre de tipo Rieske.
Dentro de los genes relacionados con la degradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos en bacterias, los genes más estudiados son los de Pseudomonas que degradan naftaleno y fenantreno. Los genes que degradan los HAP de diferentes géneros y cepas que utilizan naftaleno o fenantreno a menudo comparten un alto grado de homología, especialmente aquellos que codifican componentes de dioxigenasa. Esfingomonas sp. En los últimos años, ha sido reconocido como un recurso microbiano metabólicamente diverso porque puede utilizar compuestos aromáticos de alto y bajo peso molecular. Estudiar la genética de la degradación de los HAP por parte de Sphingomonas podría explicar mejor por qué Sphingomonas puede crecer en una variedad de compuestos aromáticos. En algunas especies de Sphingomonas, las secuencias genéticas relacionadas con la degradación de los HAP son claramente similares, pero estos genes son diferentes de los de las especies de Pseudomonas descritas anteriormente. Utilizando la identificación de genes auxiliares de cepas mutantes por eliminación de HAP de la cepa S. Yanoikuyaeb1, se descubrió que varias cepas mutantes acumulaban dihidrodiol y bloqueaban la expresión del gen de la deshidrogenasa. Los dos tipos de dioxigenasas de metaescisión se transcriben en direcciones opuestas, lo que sugiere que una dioxigenasa de metaescisión actúa en la vía ascendente y la otra en la vía descendente, de acuerdo con informes anteriores en Pseudomonas The operones de las vías ascendentes y descendentes de la naftaleno. son similares. Además, se encontró un operón similar a Pseudomonas TOL en el cromosoma B1. Aunque la disposición del gen es diferente a la del plásmido TOL, B1 es similar al TOL de Pseudomonas.
Los genes tienen un alto grado de homología de ácidos nucleicos. Streptomyces aromaticum f199 es un representante típico de los aislamientos de Sphingomonas de las profundidades subterráneas. Se ha obtenido la secuencia de su plásmido metabólico PNL1, con un tamaño de 184 kb. Aproximadamente la mitad de la secuencia de ADN codifica genes para el metabolismo aromático, el transporte aromático y la desintoxicación (como la glutatión-S-transferasa). La secuencia del gen y la secuencia de la otra mitad del ADN plasmídico que codifica J. F199 para la replicación, conjugación, transferencia y mantenimiento están muy conservadas con el cromosoma en el operón que degrada los HAP en las bacterias B1. Además, basándose en la secuencia de aminoácidos deducida, se han aislado de Pseudomonas enzimas relacionadas con la transformación aromática en F199, lo que puede explicar parcialmente la diversidad metabólica de Sphingomonas. Un estudio reciente de homología genética encontró que los genes de degradación de bifenilo y m-xileno de la cepa Bl aislada del suelo subterráneo eran similares a los de cinco cepas subterráneas profundas (F199, B0522, B0695 y B005). Los genes de degradación de las cepas subterráneas se encuentran en los cromosomas, mientras que los genes de degradación de las cepas subterráneas profundas se encuentran en los plásmidos. Hay pocos informes sobre genes para la degradación de HAP de alto peso molecular en Sphingomonas. Los HAP de bajo peso molecular, como la naftaleno, son fácilmente degradados por las bacterias, pero las vías de biodegradación de los HAP poliméricos más difíciles de degradar se han estudiado poco, pero se ha demostrado que su metabolismo primario está catalizado por dioxigenasas. Sandrine et al. estudiaron las enzimas que degradan los HAP en S. CHY-1 y secuenciaron los genes que codifican dos dioxigenasas hidroxilantes de anillos aromáticos (Phn I y Phn lI). Se descubrió que los genes metabólicos del grupo ** en dos sitios diferentes son muy similares a los genes correspondientes en F199, y la enzima única Phn I puede ser similar a CHY-1. Los esfingolípidos son lípidos formados a partir de esfingosina y ácidos grasos y están ampliamente presentes en las membranas celulares de los mamíferos y en algunas bacterias y hongos. Actualmente, se han desarrollado algunos métodos maduros para purificar esfingolípidos de bacterias. Sphingomonas tiene una envoltura inusual, con glicolípidos en la membrana externa en lugar del lipopolisacárido de otras bacterias Gram-negativas. Se descubrió que estos glicolípidos estaban compuestos de dihidroesfingosina, ácidos grasos 2-hidroxi y ácido glucurónico, de ahí el nombre Sphingomonas sp. Posteriormente, finalmente se demostró mediante resonancia magnética nuclear y análisis químico que este glicolípido es un glicoesfingolípido, y su estructura se muestra en la Figura 4. Debido a que la esfingosina se hidroliza fácilmente, es difícil de detectar.
Algunos estudiosos han examinado la estructura química de los esfingolípidos mediante métodos mejorados de análisis y purificación y han descubierto que el esfingolípido-1 (C-SL-1) es el componente principal de la estructura de la membrana externa de todas las bacterias esfingolípidas.
Además, Kawahara et al. estudiaron la estructura de la membrana celular y la función de los esfingolípidos de Streptococcus mobilis. Los resultados mostraron que debido a que B. mobilis es diferente de otras bacterias Gram-negativas en las propiedades de la membrana celular, la superficie hidrofóbica formada por B. mobilis es más propicia para la supervivencia de estas bacterias en el ambiente ecológico y la absorción de compuestos aromáticos. Más estudios han señalado que, aunque hay muchas grasas, los azúcares y los esfingolípidos son diferentes en detalles, como parte de la estructura de la superficie del antígeno y la estructura de la membrana externa, sus funciones son básicamente similares. Debido a que el contenido de esfingolípidos varía entre géneros y cepas, este componente también se ha utilizado como biomarcador para ayudar a otros métodos en la identificación y clasificación de especies de Sphingomonas. Los compuestos aromáticos son contaminantes comunes en el medio ambiente y el uso de métodos biológicos para eliminarlos es un medio prometedor. Sphingomonas ha atraído cada vez más atención debido a su amplia distribución, su efecto específico sobre compuestos aromáticos complejos y refractarios y sus ventajas en la producción de biopolímeros. Sin embargo, debido al reconocimiento tardío de Sphingomonas, la mayoría de los estudios sobre Sphingomonas se encuentran en sus primeras etapas. En la actualidad, los principales informes se centran en la separación, las vías de degradación, la optimización de las condiciones de degradación y el análisis de los productos de degradación. Sin embargo, todavía hay pocas enzimas y genes relacionados involucrados en la degradación de compuestos aromáticos, especialmente los genes de degradación de alto peso molecular. compuestos aromáticos. En combinación con investigaciones internacionales relevantes, los siguientes aspectos aún deben explorarse más a fondo en el futuro.
En (1) la producción de polímeros extracelulares, la desproteinización es un obstáculo técnico para la purificación de polímeros coloidales. El método Sevag, el método de proteasa alcalina, el método de papaína y el método de proteasa neutra comúnmente utilizados tienen sus propias limitaciones. Por lo tanto, el desarrollo de métodos de desproteinización eficientes puede garantizar la calidad de los geles poliméricos, al mismo tiempo que se descubren y expresan genes funcionales para la producción de geles poliméricos de Sphingomonas para lograr una producción a gran escala.
(2) Como componente característico importante de Sphingomonas. , es necesario estudiar la importancia fisiológica de los esfingolípidos en el metabolismo de los contaminantes;
(3) Clonación y expresión de genes funcionales relacionados con Sphingomonas. En el proceso de biodegradación, la biotecnología se utiliza para construir bacterias genéticamente modificadas eficientes y aplicarlas al control de la contaminación ambiental. Además, algunas Sphingomonas paucimobilis pueden provocar corrosión en las tuberías de distribución de agua y provocar patógenos en las plantas, lo que debería atraer la atención de los investigadores científicos. Con una investigación en profundidad sobre el potencial fisiológico y ecológico de este género, Sphingomonas tendrá amplias perspectivas de aplicación.