아나베나속

Anabaena circinalis
아나베나속
Anabaena circinalis.jpg
아나베나 순환 필라멘트
과학적 분류 edit
도메인: 박테리아
망울: 시아노박테리아
클래스: 남조류
순서: 노스토칼레스
패밀리: 노스토카과
속: 아나베나
종:
A. 순환기
이항식 이름
아나베나속
1886년 라벤호스트 전 보넷 & 플라호트

아나베나 서커리날리스는 전 세계 담수환경에서 흔히 볼 수 있는 그람 음성 광합성 시아노박테리아 종이다. A. circinalis에 대한 과학적인 관심의 많은 부분은 자극에서 치명에 이르기까지 잠재적으로 해로운 시아노톡신 몇 개를 생산했기 때문이다.[1] 성장하기 좋은 조건 하에서, A. circinalis는 해조류 같은 큰 꽃을 형성하며, 잠재적으로 지역의 동식물에게 해를 끼칠 수 있다.

형태학

아나베나속

아나베나 순환은 필라멘트의 형태학을 보여주며, 각 필라멘트는 작업별 세포의 끈을 보여준다. 세포 분화의 외형은 위대한 진화적 비약이었다; 시아노박테리아를 지구상 최초의 다세포 유기체 중 하나로 표시했다.[2] A. circinalis 필라멘트에는, 가장 많은 구조물이 식물 세포로, 환경 탄소, 물, 햇빛으로부터 나오는 고에너지당의 광합성을 담당한다. 광합성에 따른 에너지는 부분적으로 질소 화합물에서 나오는 세포 물질의 생합성에 사용된다. 결합 질소(예: 암모니아 또는 질산염)를 사용할 수 없는 기간 동안, A. 순환은 필라멘트에서 매 10~20개의 세포마다 발견되는 더 크고 둥근 질소 고정 세포를 형성한다. 헤테로시스트들은 환경 질소(N2)를 암모니아나 질산염과 같은 화합물로 바꾸는 기능을 한다. 이 전환에는 산소민감 효소인 질소효소가 필수적이다. 질소효소의 적절한 기능을 위해, 헤테로시스트의 세포내 환경은 혐기성이어야 하며, 이는 헤테로시스트 벽의 산소-억제 불가능한 구조에 의해 달성된 과제다.[3] 비록 서로 독립적으로 기능하지만, 식물성 세포와 이성질 세포는 둘 다 유기체의 생존에 필수적이다; 식물성 세포는 아미노산 생산과 세포 생합성을 위해 질소를 고정하는 반면, 이성질 세포는 유기체에 에너지를 풍부하게 공급한다. 또한 필라멘트를 따라 가스 바쿠올, 공기로 공기를 가압하거나 감압하여 위아래로 움직이게 하는 특수 컴파트먼트도 발견된다.[4] 이 적응은 이용 가능한 햇빛, 수온 또는 O2 농도에 의해 결정되는 A. 순환을 적절한 깊이에 위치시킨다. 최적의 환경 조건과 함께 아나베나 순환은 억제되지 않은 채 자라 수면에 녹색을 띠는 슬라임으로 나타나는 큰 꽃을 형성한다(그림 2). 혹독한 조건에서 A. circinalis는 아키네테스라고 불리는 포자 모양의 세포를 형성한다. 아키넷은 낮은 온도, 데스큐레이션, 어둠에 저항성이 있다. 종종, 아키네들은 환경 조건이 발아 및 재 성장을 허용할 때까지 침전물에서 동면한다.[5]

신경독신

북미와 유럽의 아나베나 서리날리스 변종은 아나톡신-a를 생성하는데, 이는 최초로 확인된 시아노박테리아 신경독 중 하나이다.[6] 1950년대 후반, 오염된 식수로 인한 소의 사망 이후 연구가 본격적으로 시작되었다.[6] 이 독소는 섭취에서 사망까지의 시간이 비교적 짧기 때문에 매우 빠른 사망인자(VFDF)라는 오명적인 형태로 만들어졌다. 아나톡신(Anatoxin)은 신경근접합부에서 아세틸콜린 수용체에 결합하는 시냅스 후 니코틴 작용제로 기능한다. 그러나 아세틸콜린과 달리 아나톡신-a는 콜린스테라아제에 의해 분해되지 않아 지속적인 근육수축을 초래한다. 이 혼란은 조정력 상실, 마비, 근육 경련, 호흡곤란, 그리고 어쩌면 죽음으로 나타난다.[6] 생물학적 독성은 차치하고, 아나베나 순환기 꽃들은 상업적인 어장, 수처리 시설, 그리고 오락적인 수로들을 교란시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 여기에 높은 독성 모니터링 비용을 더하면 아나베나 순환기구가 경제적인 영향도 미칠 수 있다는 것이 명백하다.[7] 호주의 일부 담수 환경에서는 A. circinalis가 마비성 조개류 독소(PST)를 생성하는 것으로 알려져 있는데,[8] 일부 해양 디노플라겔라테스에서도 신경독소가 발견된다. PST 중독이 심하면 PSP(마비성 조개류 중독)로 알려진 치명적 질병이 발생할 수 있다. PST는 가장 독성이 강한 자연 생성 물질 중 하나인 Saxtoxoxins로 알려진 독의 종류에 속한다. 삭렉톡신 중독은 나트륨과 칼륨 통로가 막히는 데서 시작돼 신경작용 전위 감소, 플라시드 마비, 호흡기 정지, 결국 사망에 이른다.[9]

필로제니

지리적 위치와 관계없이, A. circinalis는 단세포로 약 10억년에서 20억년 전에 시아노박테리아 조상으로부터 진화했다.[5] PST에서 생성되는 A. circinalis는 형태학적으로 비PST 변종과 유사하기 때문에 이러한 모집단을 더 세분화하려는 시도가 이루어지고 있다. 역사적으로 PCR 프라이머를 고용하여 시아노박테리아 리보솜 소단위 보존율이 높은 지역인 16S rRNA를 격리, 분석하였다. 그러나 rpoC1 유전자의 기저 변이에 초점을 맞춘 새로운 분석은 속과 종 수준에서 모두 더 정밀하다는 것이 증명되었다. 이 정밀도는 A. circinalis 종 중에서 PST의 유무를 점점 더 정확하게 판단할 수 있게 해준다.[10]

적용들

아나베나 순환기(및 유사한 종)에 의해 생성되는 독소는 각각 독성이 다른 많은 다른 아날로그에서 발생한다. 바이오트랜스포메이션 실험은 매우 독성이 강한 PST를 덜 독성이 있는 형태로 화학적으로 변환할 수 있는 가능성을 보여주었다. 이 과정은 위험한 꽃들이 회복할 수 없는 손상을 입히기 전에 해독하는 방법을 제공할 수 있다. 또한, 어떤 형태의 PST는 다양한 만성적인 의학적 상태에 대해 오랫동안 지속되는 마취제로서 가능성을 보여주었다.[11] 미군은 1950년대부터 이 독소를 에이전트 TZ라고 명명하면서 삭시톡신을 연구해왔다. 1960년, 러시아 영공을 넘어 지금은 유명해진 'U-2 사건'을 조종하던 중 CIA 조종사 프랜시스 개리 파워스가 삭시톡신 '자살약'을 먹었다는 소문이 돌았고, 이후 그는 생포할 때 쓰지 않았다는 비판을 받았다.[12] 군 연구진은 이후 색시톡신의 에어로졸 분산이 사린 신경가스와 리신 둘 다보다 훨씬 높은 독성을 갖고 있어 전쟁터에서 색시톡신을 사용할 가능성이 있다는 사실을 밝혀냈다.[13] 그러나 1993년의 화학무기협약(CWC)은 삭시토신을 스케줄 1 물질로 분류했는데, 그 의미는 다음과 같다.

  • 색소폰은 생물학적 무기 또는 다른 무기의 전구체로 사용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
  • 삭렉톡신은 무기 제조 이외의 다른 실용적 용도가 없다.

CWC에 따르면, 2010년까지 새렉시트옥신을 포함한 모든 화학무기의 비축량이 파괴될 예정이었다.[14]

참조

  1. ^ Baker, P. (1992). "Anabaena circinalis". In Tyler, P (ed.). Identification of common noxious cyanobacteria, part 1. Nostocales. Melbourne, Australia: Melbourne Water Corporation. pp. 39–45.
  2. ^ Tomitani, Akiko; Knoll, Andrew H.; Cavanaugh, Colleen M.; Ohno, Terufumi (2006). "The evolutionary diversification of cyanobacteria: Molecular-phylogenetic and paleontological perspectives" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (14): 5442–7. Bibcode:2006PNAS..103.5442T. doi:10.1073/pnas.0600999103. JSTOR 30048820. PMC 1459374. PMID 16569695.
  3. ^ Aldea, M. Ramona; Kumar, Krithika; Golden, James W. (2008). "Heterocyst development and pattern formation". In Winans, Stephen Carlyle; Bassler, Bonnie L. (eds.). Chemical communication among bacteria. Washington, DC: ASM Press. pp. 75–90. ISBN 978-1-55581-404-5.
  4. ^ Walsby, Anthony E. (1994). "Gas vesicles". Microbiological Reviews. 58 (1): 94–144. doi:10.1128/MMBR.58.1.94-144.1994. PMC 372955. PMID 8177173.
  5. ^ a b Herrero, Antonia; Flores, Enrique, eds. (2008). The Cyanobacteria: Molecular Biology, Genomics and Evolution. Norfolk, U.K.: Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-15-8.[페이지 필요]
  6. ^ a b c Carmichael, W.W. (1992). "Cyanobacteria secondary metabolites-the cyanotoxins". Journal of Applied Bacteriology. 72 (6): 445–59. doi:10.1111/j.1365-2672.1992.tb01858.x. PMID 1644701.
  7. ^ Beltran, E. C.; Neilan, B. A. (2000). "Geographical Segregation of the Neurotoxin-Producing Cyanobacterium Anabaena circinalis". Applied and Environmental Microbiology. 66 (10): 4468–74. doi:10.1128/AEM.66.10.4468-4474.2000. PMC 92326. PMID 11010900.
  8. ^ Humpage, AR; Rositano, J; Bretag, AH; Brown, R; Baker, PD; Nicholson, BC; Steffensen, DA (1994). "Paralytic shellfish poisons from Australian cyanobacterial blooms". Marine and Freshwater Research. 45 (5): 761–71. doi:10.1071/MF9940761.
  9. ^ 카오 CY, 레빈슨 SR, eds: 테트로도톡신, 삭시톡신, 나트륨 채널의 분자생물학. 뉴욕: 뉴욕 과학 아카데미; 1986.[page needed]
  10. ^ Fergusson, K. M.; Saint, C. P. (2000). "Molecular Phylogeny of Anabaena circinalis and Its Identification in Environmental Samples by PCR". Applied and Environmental Microbiology. 66 (9): 4145–8. doi:10.1128/AEM.66.9.4145-4148.2000. PMC 92275. PMID 10966445.
  11. ^ Wiese, Maria; d'Agostino, Paul M.; Mihali, Troco K.; Moffitt, Michelle C.; Neilan, Brett A. (2010). "Neurotoxic Alkaloids: Saxitoxin and Its Analogs". Marine Drugs. 8 (7): 2185–211. doi:10.3390/md8072185. PMC 2920551. PMID 20714432.
  12. ^ "Francis Gary Powers: U-2 Spy Pilot Shot Down by the Soviets". U.S. Central Intelligence Agency.
  13. ^ Shimizu, Yuzuru; Norte, Manuel; Hori, Akira; Genenah, Almoursi; Kobayashi, Masaru (1984). "Biosynthesis of saxitoxin analogs: The unexpected pathway". Journal of the American Chemical Society. 106 (21): 6433–4. doi:10.1021/ja00333a062.
  14. ^ "미국 상무부, 산업안전국. (1993)." 화학 무기 컨벤션 게시판. 워싱턴 DC: 교육, 지원 및 지원.[verification needed]