Лекция 6. 2 сем

6.6. Галобактерии

Галобактерии – микроорганизмы разнообразной морфологии,

способные развиваться только при высокой концентрации соли (до 25%).

Характеризуются особым типом фотосинтеза с участием пурпурного пигмента бактериородопсина.

Участвуют в превращении углерода и азота в засоленных почвах,

соленых озерах с высокой температурой воды и низким содержанием кислорода.

Рисунок 11. Анаэробные серовосстанавливающие археи. Термопротеус

Рисунок 12. Галобактерии

Термоацидофильные микоплазмы – археи без клеточной стенки,

развиваются при высоких температурах (45-62 С) и рН=1.

Выделены из саморазогревающихся куч каменного угля. Обнаружены в горячих источниках.

6.7. Термоацидофильные микопазмы

Из-за своих уникальных свойств ферменты архей находят широкое применение в современной биотехнологии.

Например, термостабильные ДНК-полимеразы, такие как Pfu ДНК-

полимераза, полученная от Pyrococcus furiosus, обеспечила научный переворот в молекулярной биологии, позволив использовать полимеразную цепную реакцию как простой и быстрый метод амплификации ДНК.

В промышленности используются амилазы, галактозидазы и пуллуланазы других видов Pyrococcus, которые функционируют при температуре выше 100 °С и позволяют производить безлактозное молоко и молочную сыворотку.

Рисунок 13. Термоацидофильные микоплазмы

Ферменты термофильных архей очень стабильны в органических растворителях, что позволяет осуществлять синтез в зеленой химии

Сами микроорганизмы, в отличие от их ферментов, применяются не так широко.

Так, например, метаногенные археи используются для очистки сточных вод, поскольку они осуществляют синтез биогаза в анаэробных условиях.

Исследования ацидофильных архей дают возможность предположить возможность их применения для экстракции из руд таких металлов как золото, кобальт и медь в Определителе бактерий Берги система классификации является строго

идентификационной и не решает задачи выявления эволюционных связей между прокариотами.

В то ж время конечной целью является построение такой системы, в

основе которой лежали бы родственные связи между прокариотными организмами.

Первая попытка в этом направлении при надлежит С.Орла-Йенсену,

предложившему филогенетическую систему бактерий, основанную на физиологических признаках С.Орла-Йенсен исходил при этом из предположения, что, поскольку на первобытной Земле отсутствовало органическое вещество, первые бактерии должны были быть автотрофами.

В качестве самых примитивных бактерий он рассматривал аэробные бактерии, окисляющие метан. Позднее такие попытки предпринимались крупнейшими микробиологами А.Клюйвером, К. ван Нилем, Р.Стейниером.

Важный шаг на пути создания естественной систематики прокариот связан с успехами молекулярной биологии.

бактерии могут быть классифицированы путем сравнения их геномов.

Первоначально для таксономических целей сравнивали молярное содержание суммы гуанина и цитозина (ГЦ) в процентах от общего количества оснований ДНК у разных объектов. молярное содержание суммы гуанина и цитозина (ГЦ) в процентах от общего количества оснований ДНК.

Этот показатель у прокариот колеблется от 25 до 75%. Колебания нуклеотидного состава ДНК у эукариотных микроорганизмов (молярная доля, %): грибы - 26-70, водоросли - 37-68, простейшие - 2268; у высших растений и животных - 35-45. Колебания в составе оснований ДНК вирусов приблизительно такие же, как у прокариот. Однако ГЦ-показатель дает возможность только для грубого сравнения геномов. Более тонкий метод оценки генетического сходства организмов - сравнение нуклеотидных последовательностей ДНК из разных источников методом ДНК-ДНК-

гибридизации. Метод наиболее полезен для классификации на уровне вида,

т.е. в случае высокой степени гомологии, и мало информативен для классификации объектов на уровне высоких таксонов. В то же время часто несовпадение выводов, сделанных на основании фенотипических признаков и ДНКгибридизации. В целом значение данных о строении ДНК для систематики прокариот огромно, так как позволяет перейти от установления степени сходства к выводам о степени родства между организмами.

Помимо анализа молекул ДНК для установления степени родства между прокариотными организмами разработаны методические подходы,

позволяющие сравнивать продукты отдельных генов, выполняющие в клетке одинаковые функции.

Это могут быть белки (ферредоксины, цитохромы и др.) или рРНК.

Выбор рРНК для решения проблем эволюционной систематики прокариот оказался удачным по ряду причин: эти молекулы обнаружены у всех клеточных форм жизни, что указывает на их древнейшее происхождение; их функции всегда одинаковы; первичная структура в целом характеризуется высокой консервативностью.

Особенностью рРНК является нахождение вне сферы действия отбора,

поэтому данные молекулы эволюционирут в результате спонтанных мутаций, происходящих с постоянной скоростью, и накопление таких мутаций зависит только от времени.

Таким образом, мерой эволюционного расстояния между организмами служит количество нуклеотидных замен в молекулах сравниваемых рРНК.

Известно, что в рибосомах прокариот и эукариот присутствуют З типа рРНК, различающихся молекулярной массой и коэффициентом седиментации.

наиболее удобным оказался анализ молекул рРНК средней величины: 16S (у

прокариот) и 18S (у эукариот), состоящих из 1600 и 2500 нуклеотидов соответственно.

На основании полученных данных рассчитаны коэффициенты сходства сравниваемых организмов, что привело к неожиданным результатам:

выявлены не две группы организмов, различающихся прокариотным и эукариотным типом клеточной организации, а три.

Одну образуют все эукариоты : высшие растения, животные, дрожжи,

водоросли и т.п. В эту группу не вошли органеллы эукариот

(митохондрии , хлоропласты ).

Таким образом, первая группа представлена ядерноцитоплазматическим компонентом эукариотных клеток.

Ко второй группе, получившей название истинных бактерий, или эубактерий, относится подавляющее большинство прокариот. Сюда же попали на основании степени гомологии 16S рРНК митохондрии и хлоропласты эукариотных клеток.

Наконец, в третью группу вошли некоторые малоизученные прокариоты, обитающие в экстремальных условиях: метанобразующие бактерии , экстремальные галофилы и термоацидофилы .

Эта группа организмов получила название архебактерий.

Вопросы для самопроверки

1.На основании каких признаков выделили Археи в отдельный домен?

2.Назовите систематические группы архей

3.Какие признаки лежат в основе разделения архей на группы?

4.Какие экологические особенности архей вы знаете?

5.В чем состоит экологическая роль архей?

6.Ферменты каких архей используют в молекулярной биологии?

7.Для чего применят технологии, в которых участвуют метаногенные археи?