알카니보락스
Alcanivorax
| 알카니보락스 | |
|---|---|
| 과학적 분류 | |
| 도메인: | |
| 망울: | |
| 클래스: | |
| 순서: | |
| 패밀리: | |
| 속: | 알카니보락스 야키모프 외 1998년 |
| 종류종 | |
| 알카니보락스보쿠멘시스 | |
| 종 | |
| 알카니보락스발라리쿠스 | |
알카니보락스 보쿠멘시스는 알칸분해 해양세균으로, 질소와 인의 영양분을 보충하면 자연적으로 번식해 원유가 함유된 바닷물에 우세하게 된다.[2][3]
설명
A. 보르쿠멘시스(borkumensis)는 플라겔라가 없는 막대 모양의 박테리아로 주로 알칸(탄화수소의 일종)을 소비함으로써 에너지를 얻는다. 에너지를 얻기 위해 산소를 사용한다는 뜻인 에어로빅이고, 짠 바닷물 등 염분이 함유된 환경에서 생활하는 경향이 있다는 뜻인 할로필릭이다. 또한 그람 음성으로, 본질적으로 세포벽이 상대적으로 얇다는 것을 의미한다. 그것은 또한 운동성이 없지만, 같은 속 안에 있는 것으로 보이는 다른 유기체들은 플라겔라를 통해 운동성이 있다.[4][5]
게놈
A. borkumensis의 게놈은 3,120,143개의 염기쌍을 포함하는 단일 원형 염색체다. 그것은 석유 석유를 분해하는 것에 매우 잘 적응되어 있다. 예를 들어, 특정 범위의 알칸의 분해에 대한 게놈 코드의 특정 시퀀스. A. Borkumensis 게놈은 각각의 코드가 다른 알칸의 종류에 맞는 많은 염기서열을 가지고 있어 적응성과 다용도가 높다. 그것의 게놈은 또한 분해 과정에 도움이 되는 생물학적 활성제의 형성에 대한 지침도 포함하고 있다. 외부 위협에 대처하기 위해, A. Borkumensis 게놈은 또한 몇 가지 방어 메커니즘을 위한 코드도 가지고 있다. 고농도의 나트륨 이온(즉, 바닷물)에 대처하는 것과 지구 표면에서 경험하는 자외선에 대한 보호는 둘 다 A. 보쿠멘시스 박테리아에게 중요하며, 그 게놈은 이 두 가지 문제를 모두 해결할 수 있는 방법을 포함하고 있다.[6]
생태학
A. 보쿠멘시스는 바닷물 환경에서 자연적으로 발견된다. 오염되지 않은 물에서 소량으로 발견될 수 있지만, 석유 기름이 함유된 해양 지역에서 더 흔하다. 그것은 해안 환경과 해양 환경 모두에서 다양한 장소에서 발견되었다. 그것은 또한 조수가 많은 지역과 다른 바다와 관련된 조류/흐름에서도 번성할 수 있다. 그것은 오직 수면 위나 근처에서 발견된다. A. 보르쿠멘시스는 1.0-12.5%의 염분과 4-35°C의 온도에서 살 수 있다.[5] 기름에 영향을 받는 환경에서 A. Borkumensis가 풍부하다는 것은 박테리아가 에너지의 원천으로 기름에 있는 화합물을 사용하기 때문에 기름 유출이나 다른 유사한 장소에서 A. Borkumensis의 개체수가 자연적으로 번성하기 때문이다. A. Borkumensis는 매우 유연한 DNA와 신진대사 때문에 알카니보락스 종의 다른 종들보다 경쟁적이다. A. Borkumensis는 또한 Acinetobacter venicus와 같은 다른 알칸 분해 유기체들보다 더 경쟁적이다. 일정 기간이 지나면 A. 보쿠멘시스와 아시네토박터 베네치아누스가 함유된 기름기 많고 염분이 많은 환경은 결국 A. 보쿠멘시스가 지배하게 될 것이다. 왜냐하면 A. 보쿠멘시스는 다른 알려진 종들보다 더 다양한 알칸을 소비할 수 있기 때문이다.[7]
신진대사
A. 보르쿠멘시스는 주로 알칸을 에너지/탄소의 공급원으로 사용하지만, 몇 가지 다른 유기 화합물을 사용할 수 있다. 대부분의 다른 세포와 달리, 그것은 에너지의 원천으로서 설탕이나 아미노산과 같은 더 흔한 물질을 소비할 수 없다. 활성탄수화물이나 수동탄수화물 전달체를 암호화하는 유전자가 부족해 단당류를 섭취할 수 없기 때문이다.[8]
A. Borkumensis에서, 많은 다른 효소들이 산화 알칸 분자와 함께 작용한다. 알칸의 에어로빅 대사는 단자 알칸 산화 경로를 통해 이루어지며, 단자 산화제는 단자 탄화수소의 산화를 시작한다. 이 순차적 경로로 처음에는 알코올, 그 다음에는 알코올과 알데히드 탈수소화, 그리고 궁극적으로는 알데히드와 지방산이 각각 생성된다.[9]
기름 유출 이후, 탄소/질소 비율과 탄소/인산 비율의 큰 불균형을 관찰할 수 있다. 이를 위해 A. Borkumensis는 환경에서 제한되고 있는 주요 영양소를 빠르게 섭취할 수 있는 무수한 운반 단백질을 가지고 있다.[8] A. Borkumensis 박테리아군의 증가율을 높이기 위해 인과 질소 화합물을 환경에 첨가할 수 있다. 이 물질들은 박테리아의 비료 역할을 하며 박테리아가 증가하는 속도로 자랄 수 있도록 도와준다.
A. 보르쿠멘시스 및 바이오스유래제
A. 보르쿠멘시스 박테리아가 알칸이나 피루바이트를 에너지원으로 사용할 때, 각각의 세포는 생물학적 활성제를 형성한다. 생체활성제는 세포막을 따라 형성되는 물질의 여분의 층이다. A. borkumensis의 생체활성제를 구성하는 물질은 물의 표면 장력을 감소시켜 기름의 분해에 도움을 준다. 그것들은 또한 유화제로서, 기름/물 에멀젼을 만들어내는데 더 많은 역할을 하며, 기름을 더 잘 녹여준다. A. Borkumensis는 바닷물의 기름 방울 주위에 바이오 필름을 형성하고 생물학적 활성제와 신진대사를 사용하여 기름을 수용성 물질로 분해한다.[10]
바이오테크놀로지 응용
오일 생분해에서의 역할
석유는 대부분의 생명체에게 독성이 있으며 석유에 의한 환경오염은 주요한 생태학적 문제를 일으킨다. 바다에 들어가는 석유유의 상당량은 미생물 공동체의 미생물 생분해 활동에 의해 제거된다. 최근 발견된 탄화수소탄화수소로서 A. Borkumensis는 해수 환경에서 기름을 분해할 수 있다. 탄화수소 탄화수소는 근본 '탄성'을 가지고 있는데, 이것은 어떤 것을 부분으로 나눌 수 있다는 것을 의미한다(이 경우 탄화수소의 경우). 원유, 즉 석유는 주로 수소 원자에 부착된 탄소 원자의 긴 사슬로 구성된 제품인 탄화수소로 이루어져 있다. 대부분의 유기체가 탄소/에너지 공급원으로 설탕이나 아미노산을 사용하는 반면, A. 보르쿠멘시스는 대사 과정에서 탄화수소의 일종인 알칸을 사용한다. 이 식단은 기름 유출로 영향을 받은 해양 환경에서 A. Borkumensis가 번성할 수 있게 한다. 그것의 신진대사를 통해, A. Borkumensis는 기름을 무해한 화합물로 분해할 수 있다. 이 능력은 이 특정 종을 기름으로 오염된 해양 환경의 생물 거식을 위한 주요 잠재적 원천으로 만든다.
오일 유출 방지제로서의 가능성
기름 유출은 석유를 운반하거나 추출하는 동안 발생할 수 있다. 그러한 유출은 상당한 양의 석유를 바다에 버리고 환경을 오염시켜 근방과 먼 곳의 생태계에 영향을 미칠 수 있다.
일반적으로, 석유 유출로부터 생태계가 완전히 회복되려면 많은 시간이 필요하기 때문에, 과학자들은 기름 유출로 피해를 입은 지역을 신속하게 정화하기 위한 방법을 찾고 있다. 지금까지의 대부분의 노력은 인간의 직접적인 참여/노동을 사용하여 환경으로부터 물리적으로 석유를 제거한다. 그러나, A. Borkumensis는 가능한 대안을 제시한다. A. Borkumensis는 자연적으로 기름 분자를 오염되지 않는 상태로 분해하기 때문에, 그것은 생태계가 기름 유출 사고로부터 빠르게 회복하는 것을 도울 것이다. 이 유기체들은 기름에 오염된 바닷물에서도 자연적으로 자라기 때문에 토종이다. 만약 A. Borkumensis가 석유를 분해하는 데 사용하는 과정이 빨라지거나 더 효율적으로 만들어질 수 있다면, 이것은 생태계를 회복하는 데 도움이 될 것이다. 몇몇 예로는 A. 보르쿠멘시스의 성장을 장려하여 더 많은 사람들이 기름을 분해하거나, 더 빨리 그리고 더 많이 대사하도록 A. 보쿠멘시스의 신진대사를 장려하는 것을 포함한다.[11]
바이오폴리머 생산의 잠재력
사비로바와 동료들은 아킬-코엔자임 A(CoA) 티오에스테라아제 유전자를 교란시킴으로써 이 유기체를 변이시켜 폴리히드록시알카노아테스(PHA)를 초생산할 수 있었다. 그 후 돌연변이 알카니보락스가 배양 배지에서 방출한 다량의 PHA를 비교적 쉽게 회수할 수 있었다.[9] 이전에는 세포 내 과립에서 PHA를 회수하기 위해 비용이 많이 들고 환경적으로 위험한 용제를 사용해야 했다. 이를 통해 돌연변이 알카니보락스를 활용한 공장에서 친환경 고분자 생산이 가능하다.[8]
참조
- ^ a b c d Parte, A.C. "Alcanivorax". LPSN.
- ^ Martins VAP; et al. (2008). "Genomic Insights into Oil Biodegradation in Marine Systems". Microbial Biodegradation: Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-17-2.
- ^ Kasai Yuki (2002). "Predominant growth of Alcanivorax strains in oil-contaminated and nutrient-supplemented sea water". Environmental Microbiology. 4 (3): 141–147. doi:10.1046/j.1462-2920.2002.00275.x. PMID 12000314.
- ^ "Fernandez-Martinez, Javier, et al. "Description of Alcanivorax venustensis sp. nov. and reclassification of Fundibacter jadensis DSM 12178T (Bruns and Berthe-Corti 1999) as Alcanivorax jadensis comb. nov., members of the emended genus Alcanivorax." International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 53 (2003): 331–338". Archived from the original on 2009-08-21. Retrieved 2011-04-27.
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- ^ Hara Akihiro (2003). "Alcanivorax which prevails in oil-contaminated seawater exhibits broad substrate specificity for alkane degradation". Environmental Microbiology. 5 (9): 746–753. doi:10.1046/j.1468-2920.2003.00468.x. PMID 12919410.
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- ^ a b Sabirova, Julia S.; Ferrer, Manuel; Lünsdorf, Heinrich; Wray, Victor; Kalscheuer, Rainer; Steinbüchel, Alexander; Timmis, Kenneth N.; Golyshin, Peter N. (2006-12-15). "Mutation in a "tesB-Like" Hydroxyacyl-Coenzyme A-Specific Thioesterase Gene Causes Hyperproduction of Extracellular Polyhydroxyalkanoates by Alcanivorax borkumensis SK2". Journal of Bacteriology. 188 (24): 8452–8459. doi:10.1128/jb.01321-06. ISSN 0021-9193. PMC 1698222. PMID 16997960.
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- ^ Yakimov, Michail M.; Golyshin, Peter N.; Lang, Siegmund; Moore, Edward R. B.; Abraham, Wolf-Rainer; Lünsdorf, Heinrich; Timmis, Kenneth N. (1998). "Alcanivorax borkumensis gen. nov., sp. nov., a new, hydrocarbon-degrading and surfactant-producing marine bacterium". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 48 (2): 339–348. doi:10.1099/00207713-48-2-339. PMID 9731272.
