A Microbial Biorealm page on the genus Chlorobium
Classification
Higher order taxa:
Bacteria; Bacteroidetes/Chlorobi group; Bacteroidetes; Chlorobi; Chlorobia; Chlorobiales; Chlorobiaceae
Species:
Chlorobium ferrooxidans, Chlorobium limicola, Chlorobium phaeobacteroides, Chlorobium phaeovibraoides, Chlorobium sp.
NCBI: Taxonomy Genome
Description and Significance
Chlorobium tepidum is a thermophilic green sulfer bacteria originally isolated from a New Zealand hot spring. This type of bacterium has special light-harvesting complexes called chlorosomes that contain bacteriochlorophylls and carotenoids. Chlorobium wächst in dichten Matten über heißen Quellen sowie in anderen warmen Schlämmen und Gewässern, die ausreichend Schwefelwasserstoff enthalten (von C. tepidum als Elektron-Donor verwendet). C. tepidum ist ein wertvolles Modell für die grünen Schwefelbakterien, da es leicht kultiviert und auf natürliche Weise transformierbar ist.
Genomstruktur
Das Genom des einzelnen zirkulären Chromosoms von C. tepidum ist 2.154.946 bp und wurde als erstes im Stamm Chlorobia sequenziert. Es wurde festgestellt, dass viele Gene bei photosynthetischen Arten hoch konserviert sind und innerhalb von C. tepidum keine klare Funktion zu haben schienen; es wird jedoch angenommen, dass diese Gene eine spezifische Rolle bei der Photosynthese oder Photobiologie spielen. Phylogenomische Analyse und Vergleich zeigten, dass C. tepidum Duplikationen von Genen enthält, die an Biosynthesewegen für die Photosynthese und den Metabolismus von Sulfer und Stickstoff beteiligt sind. Diese Methoden zeigten auch genetische Ähnlichkeiten zwischen C. tepidum-Stoffwechselprozessen und vielen archaealen Arten (Eisen et al. 2002) . Es gibt drei weitere Arten, die derzeit sequenziert werden und sich im Montageprozess befinden. Sie sind Chlorobium phaeobacteroides DSM 266, Chlorobium phaeobacteroides BS1, Chlorobium limicola DSM 245.
Zellstruktur und Stoffwechsel
Chlorob sind gramnegative Zellen. Chlorobium sp. kann aus langen Ketten von fast kugelförmigen Zellen bestehen. Einige Stämme können Spulen von C-förmigen Zellen bilden. Chlorobium tepidum lebt durch anoxygene Photosynthese und produziert elementaren Schwefel als Abfallprodukt. C. tepidum lagert den elementaren Sulfer außerhalb seiner Zellen ab, im Gegensatz zu Chromatium und Thiothrix, zwei anderen Sulfer produzierenden Bakterien. Darüber hinaus können sie Wasserstoff sowie andere Schwefelverbindungen wie Sulfid, Polysulfid und Thiosulfat photooxidieren. Sie sind auch obligatorisch autotroph.
Die wichtigste lichtsammelnde Antennenorganelle, die elektromagnetische Energie nutzt, um diese Prozesse in C. tepidum anzutreiben, ist das Chlorosom, das aus hochaggregiertem Bakteriochlorophyll c und Carotinoiden besteht, die von einer Lipid-Protein-Hülle umgeben sind. Diese eiförmige Struktur unterscheidet sich von den meisten anderen phototrophen Organismen. (Sie ähneln jedoch einer Struktur innerhalb der phylogenetisch entfernten Familie Chloroflexaceae.) Die Chlorosomen sind 70 bis 180 nm lang und 30 bis 60 nm breit. Wie auf dem Bild oben auf dieser Seite zu sehen ist, sind sie an die Reaktionszentren in der Zytoplasmamembran gebunden.
Die Oxidation von Sulfid zu Schwefel wurde in der Vergangenheit in C. limicola als möglicher Biokatalysator zur Entfernung saurer Gase untersucht, die durch die Hydroverarbeitung fossiler Brennstoffe entstehen. Die Bildung von Schwefel aus Sulfid, bei dem Sulfid als reduzierendes Substrat wirkt, erscheint wie folgt (Douglas, et al. 1985):
Um eine Liste einiger Stoffwechselwege zu sehen, die in C. tepidum vorkommen, besuchen Sie das Institut für Systembiologie oder besuchen Sie eine Liste der Gene, die bekannte Stoffwechselwege bei Cyanobase steuern.
Ökologie
C. tepidum ist ein grünes Schwefelbakterium, das im Allgemeinen in einer dichten Matte über heißen Quellen wächst. Sie kommen auch in anoxischen und sulfidreichen Gewässern, Schlamm und Sedimenten vor. Sie wachsen am besten bei Temperaturen zwischen 40 und 50 Grad Celsius und bei einem pH-Wert zwischen 6,0 und 4,5.
Die phototrophe Bakterienzusammensetzung einer Bakterienmatte oder eines Gewässers hängt in der Regel davon ab, welche Qualität und Wellenlänge des Lichts das Wasser erhält. Faktoren, die dies bewirken, sind Algen, die das Licht filtern, und das Gelände, das die heiße Quelle, den Schlamm oder das Gewässer umgibt. Bakterien verschiedener Pigmente fangen unterschiedliche Wellenlängen des Lichts ein; Daher können Chlorob und andere grüne Schwefelbakterien wie Chromotium sowie andere phototrophe Bakterien in ihrer Umgebung so verteilt gefunden werden, dass sie überleben und effizient miteinander konkurrieren können. Zusätzlich zur Lichtqualität benötigen C. tepidum und andere grüne Schwefelbakterien ausreichende Mengen an Schwefelwasserstoff oder anderen solchen Elektronendonatoren für ihre einzigartigen Photosynthesewege (Montesinos et al.1983).
Wegen C. die Fähigkeit von Tepidum, bei schwachem Licht und Sauerstoff zu wachsen (während der frühen Tage der Erde, als es ein hohes Maß an UV-Licht gab), glauben Forscher, dass hier die Photosythese ihren Ursprung haben könnte.
Cork, Douglas, Jeremy Mathers, Andrea Maka und Anna Srnak. 1985. „Kontrolle des oxidativen Sulferstoffwechsels von Chlorobium limicola forma thiosulfatophilum.“ Angewandte und Umweltmikrobiologie, Vol. 49, Nr. 2. Amerikanische Gesellschaft für Mikrobiologie. 269-272.
CyanoBase: Über Chlorobium tepidum
Eisen, Jonathan A., et al. 2002. „Die vollständige Genomsequenz von Chlorobium tepidum TLS, einem photosynthetischen, anaeroben Bakterium mit grünem Schwefel.“ Proc Naturwissenschaft, Vol. 99, Nr. 14. 9509-9514.
Montesinos, Emilio, Ricardo Guerrero, Carlos Abella und Isabel Esteve. 1983. „Ökologie und Physiologie der Konkurrenz um Licht zwischen Chlorobium limicola und Chlorobium phaeobacteroides in natürlichen Lebensräumen.“ Angewandte und Umweltmikrobiologie, Vol. 46, Nr. 5. Amerikanische Gesellschaft für Mikrobiologie. 1007-1016.
PennState: Forschung an Chlorobium tepidum im Bryant laboratory