파이로콕쿠스후리오수스

Pyrococcus furiosus
파이로콕쿠스후리오수스
Pyrococcus furiosus.png
파이로콕쿠스후리오수스
과학적 분류
도메인:
고세균
왕국:
에우리아카이오타
문:
에우리아카이오타
클래스:
테르모코치
주문:
서모코카레스
패밀리:
열전초과
속:
파이로코커스
종류:
후리오수스
이항명
파이로콕쿠스후리오수스
Erauso 외 1993년

Pyrococcus furiosus는 고세균의 극호성 종이다.열애호성 물질보다 높은 고온에서 가장 잘 번식하기 때문에 열애호성 물질로 분류할 수 있습니다.최적 성장온도 100°C(대부분의 생물체를 파괴할 수 있는 온도)를 가지고 있으며, 생물학적 분자에서 거의 발견되지 않는 원소인 텅스텐을 함유한 알데히드 페레독신 산화환원효소(aldehyde ferredoxin oxidroductase) 효소를 보유한 것으로 확인된 몇 안 되는 생물 중 하나로 유명하다.

특성.

이 종은 열 해양 퇴적물에서 추출되어 실험실에서 배양하여 연구되었다.파이로코커스 퍼리오수스는 최적의 조건에서 37분이라는 빠른 두 배의 시간으로 알려져 있는데, 이는 매 37분마다 개별 유기체의 수가 2배씩 증가하여 기하급수적인 성장 곡선을 생성한다는 것을 의미한다.단극성 다모편모(polar polytrichus flagation)로 직경 0.8µm에서 1.5µm의 거의 규칙적인 구형으로 나타난다.각각의 유기체는 당단백질로 구성된 S층이라고 불리는 세포 외피로 둘러싸여 있다.

최적 온도가 100°C(212°F)일 때 70°C(158°F)와 103°C(217°F) 사이, pH 5와 9(pH 7일 때 최적) 사이입니다.효모 추출물, 말토스, 셀로비오스, β-글루칸, 전분, 단백질 소스(트립톤, 펩톤, 카제인, 고기 추출물)에서 잘 자랍니다.이것은 다른 고기에 비해 비교적 넓은 범위이다.아미노산, 유기산, 알코올 및 대부분의 탄수화물(포도당, 과당, 유당, 갈락토오스 포함)의 성장은 매우 느리거나 존재하지 않습니다.P. furiosus의 대사 산물은 CO와2 H이다2.수소의 존재는 수소의 성장과 신진대사를 심각하게 방해한다. 그러나 이 영향은 유기체의 환경에 유황을 도입함으로써 피할 수 있다.이 경우, HS는2 대사 과정을 통해 생성될 수 있지만, 이러한 일련의 반응에서 에너지가 얻어지지 않는 것으로 보인다.흥미로운 점은 다른 많은 온열동물들이 성장을 위해 유황에 의존하지만, P. furiosus는 그렇지 않다는 것이다.

P. furiosus는 또한 특이하고 흥미로울 정도로 단순한 호흡 시스템으로도 유명합니다. 이 호흡 시스템은 양성자를 수소 가스로 환원시킴으로써 에너지를 얻고 이 에너지를 세포막을 가로질러 전기 화학적 구배를 만들어 ATP 합성을 촉진합니다.그러한 시스템은 오늘날 [1]모든 고등 생물에서 호흡 시스템의 매우 초기 진화 전조가 될 수 있다.

사용하다

Pyrococcus furiosus의 효소는 극도로 내열성이 있다.그 결과, P. furiosus로부터의 DNA 중합효소(일명 Pfu DNA 중합효소)를 중합효소 연쇄반응(PCR) DNA 증폭공정에 사용할 수 있다.

DNA증폭중

DNA 중합효소는 P. furiosus에서 발견되었는데, 이것은 두 단백질과 다른 알려진 DNA 중합효소의 단백질 사이에 유의한 배열 상동성이 발견되지 않았기 때문에 다른 알려진 DNA 중합효소와 관련이 없는 것으로 생각되었다.이 DNA 중합효소는 강한 3'-5'의 핵분해 활성과 복제 DNA 중합효소의 특징인 템플릿 프라이머 선호도를 가지며, 과학자들은 이 효소가 P.[2] furiosus의 복제 DNA 중합효소일 수 있다고 믿게 한다.그 이후로 그것은 DNA 중합효소 II와 같은 B족에 속하게 되었다.중합효소 B의 전형적인 구조도 [3][4]해결됐다.

다이올 생산 시

P. furiosus의 실용적 적용 중 하나는 다양한 산업 공정을 위한 디올 생산이다.에난티오 및 디아스테레오메릭 순수 디올의 제조에 알코올 탈수소효소가 필요한 식품, 의약품 및 미세화학 등의 산업에서 P. furiosus의 효소를 사용할 수 있다.P. furiosus와 같은 고온 친열성 효소는 상대적으로 내성이 있기 때문에 실험실 과정에서 잘 수행될 수 있습니다: 그것들은 일반적으로 고농도의 화학 물질뿐만 아니라 높은 온도와 고압에서도 잘 작동합니다.

자연유래 효소를 실험실에서 유용하게 만들기 위해, 종종 그들의 유전자 구성을 바꿀 필요가 있다.그렇지 않으면 자연적으로 발생하는 효소가 인위적으로 유도된 시술에서 효율적이지 않을 수 있습니다.P. furiosus의 효소는 고온에서 최적으로 기능하지만, 과학자들은 100°C(212°F)에서 반드시 시술을 수행하기를 원하지 않을 수 있습니다.따라서 이 경우 인공공정에서 이용하기에 적합한 알코올탈수소효소를 얻기 위해 특정 효소 AdhA를 P. furiosus에서 추출하여 실험실에서 다양한 변이를 거쳤다.이것은 과학자들이 낮은 온도에서 효율적으로 기능하고 [5]생산성을 유지할 수 있는 돌연변이 효소를 얻을 수 있게 해주었다.

식물 내

식물에서 P. furiosus에서 발견되는 특정 유전자의 발현은 또한 열에 대한 내성을 증가시킴으로써 그것들을 더 오래도록 만들 수 있다.열 노출과 같은 환경적 스트레스에 반응하여 식물은 세포 사멸을 초래할 수 있는 활성 산소 종을 생성합니다.이러한 활성산소가 제거되면 세포사멸이 지연될 수 있다.슈퍼옥사이드 디스뮤타아제라고 불리는 식물의 효소는 세포에서 슈퍼옥사이드 음이온 라디칼을 제거하지만, 이러한 효소의 양과 활동을 증가시키는 것은 어렵고 [6]식물의 내구성을 향상시키는 가장 효율적인 방법은 아니다.

P. furiosus의 슈퍼옥시드 환원효소를 식물에 도입함으로써 O의 수치를2 빠르게 [citation needed]낮출 수 있다.과학자들은 아라비도시스 탈리아나 식물을 사용하여 이 방법을 실험했다.이 절차의 결과로, 식물의 세포 사멸은 덜 자주 일어나며, 따라서 환경 스트레스에 대한 반응의 심각도가 감소한다.이것은 빛, 화학, 그리고 열 스트레스에 더 잘 저항하도록 만들어 줌으로써 식물의 생존을 강화합니다.

이 연구는 잠재적으로 화성과 같은 다른 행성에서 더 극단적인 기후에서 생존할 수 있는 식물을 만드는 출발점으로 사용될 수 있다.P. furiosus와 같은 극친성 동물로부터 다른 종의 식물에 더 많은 효소를 도입함으로써, 믿을 수 없을 정도로 저항력이 강한 [7]종을 만드는 것이 가능할지도 모른다.

아미노산 연구에 있어서

과학자들은 P. furiosus와 관련된 고세균 종인 Pyrococcus avisi를 비교함으로써 특정 아미노산과 다른 종의 특정 압력에 대한 친화력 사이의 상관관계를 알아내려고 노력해왔다.P. furiosus는 호압성이 아닌 반면 P. absi는 매우 높은 압력에서 최적으로 기능한다는 것을 의미한다.두 종류의 고열성 고세균을 사용하면 환경 온도와 관련된 편차의 가능성을 줄일 수 있으며, 기본적으로 실험 [8]설계의 변수를 줄일 수 있다.

특정 아미노산의 호압성에 대한 정보를 제공하는 것 외에도, 그 실험은 또한 유전자 코드의 기원과 그것의 조직적인 영향에 대한 귀중한 통찰력을 제공했습니다.호압성을 결정짓는 아미노산 대부분은 유전자 코드 구성에도 중요한 것으로 밝혀졌다.또한 더 많은 극성 아미노산과 더 작은 아미노산이 호압성일 가능성이 더 높은 것으로 밝혀졌다.이 두 archaea의 비교를 통해 결론은 유전자 코드 가능성이 높은 수압에서 온도보다 유전자 코드를 결정하는데 있어서 유체 압력은 더 영향력 있는 요인 구조화된 것에 이르렀다.[8]

검출

파이로코커스 후리오수스는 원래 이탈리아 불카노섬 포르토 레반테 해변에서 90°C(194°F)에서 100°C(212°F) 사이의 온도에서 지열로 가열된 해양 퇴적물에서 혐기적으로 분리되었다.그것은 독일 레겐스부르크 대학의 Karl Stetter와 동료 Gerhard Fiala에 의해 처음 기술되었다.파이로코커스 후리오수스는 1986년에 [9]비교적 최근에 발견된 고세균의 새로운 속이다.

게놈

파이로코커스 퍼리오수스의 완전한 게놈 배열은 메릴랜드 대학 생명공학 연구소의 과학자들에 의해 2001년에 완료되었다.메릴랜드 연구팀은 게놈이 1,908 킬로베이스로 약 2,065개의 [10]단백질을 암호화한다는 것을 발견했다.

효소

Mre11

P. furiosus는 2도메인 접힘 형태의 [11]Mre11 계열 효소를 생성한다.

학명

파이로코커스라는 이름은 그리스어로 "불덩어리"를 의미하는데, 이는 극친위성의 둥근 모양과 섭씨 100도 정도의 온도에서 자랄 수 있는 능력을 의미한다.푸리오수스라는 이름은 라틴어로 '뛰어오른다'는 뜻이며, 극친위성의 두 배 빠른 수영과 시간을 [9][12]의미한다.

레퍼런스

  1. ^ Sapra, R; Bagramyan, K; Adams, M. W. W (2003). "A simple energy-conserving system: Proton reduction coupled to proton translocation". Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (13): 7545–50. Bibcode:2003PNAS..100.7545S. doi:10.1073/pnas.1331436100. PMC 164623. PMID 12792025.
  2. ^ Uemori, Takashi; Sato, Yoshimi; Kato, Ikunoshin; Doi, Hirofumi; Ishino, Yoshizumi (1997). "A novel DNA polymerase in the hyperthermophilic archaeon,Pyrococcus furiosus: Gene cloning, expression, and characterization". Genes to Cells. 2 (8): 499–512. doi:10.1046/j.1365-2443.1997.1380336.x. PMID 9348040.
  3. ^ Ishino, S; Ishino, Y (2014). "DNA polymerases as useful reagents for biotechnology - the history of developmental research in the field". Frontiers in Microbiology. 5: 465. doi:10.3389/fmicb.2014.00465. PMC 4148896. PMID 25221550.
  4. ^ Kim, Suhng Wook; Kim, Dong-Uk; Kim, Jin Kwang; Kang, Lin-Woo; Cho, Hyun-Soo (May 2008). "Crystal structure of Pfu, the high fidelity DNA polymerase from Pyrococcus furiosus". International Journal of Biological Macromolecules. 42 (4): 356–361. doi:10.1016/j.ijbiomac.2008.01.010. PMID 18355915.
  5. ^ Machielsen, Ronnie; Leferink, Nicole G. H; Hendriks, Annemarie; Brouns, Stan J. J; Hennemann, Hans-Georg; Dauβmann, Thomas; Van Der Oost, John (2008). "Laboratory evolution of Pyrococcus furiosus alcohol dehydrogenase to improve the production of (2S,5S)-hexanediol at moderate temperatures". Extremophiles. 12 (4): 587–94. doi:10.1007/s00792-008-0164-8. PMC 2467505. PMID 18452026.
  6. ^ Im, Y. J; Ji, M; Lee, A; Killens, R; Grunden, A. M; Boss, W. F (2009). "Expression of Pyrococcus furiosus Superoxide Reductase in Arabidopsis Enhances Heat Tolerance". Plant Physiology. 151 (2): 893–904. doi:10.1104/pp.109.145409. PMC 2754621. PMID 19684226.
  7. ^ Karen Miller (August 5, 2005). "Prozac for Plants". National Space Science Data Center. NASA. Archived from the original on August 8, 2005.
  8. ^ a b Di Giulio, Massimo (2005). "A comparison of proteins from Pyrococcus furiosus and Pyrococcus abyssi: Barophily in the physicochemical properties of amino acids and in the genetic code". Gene. 346: 1–6. doi:10.1016/j.gene.2004.10.008. PMID 15716096.
  9. ^ a b Fiala, Gerhard; Stetter, Karl O (1986). "Pyrococcus furiosus sp. nov. Represents a novel genus of marine heterotrophic archaebacteria growing optimally at 100°C". Archives of Microbiology. 145 (1): 56–61. doi:10.1007/BF00413027. S2CID 41589578.
  10. ^ Robb, Frank T; Maeder, Dennis L; Brown, James R; Diruggiero, Jocelyne; Stump, Mark D; Yeh, Raymond K; Weiss, Robert B; Dunn, Dianne M (2001). "Genomic sequence of hyperthermophile, Pyrococcus furiosus: Implications for physiology and enzymology". Hyperthermophilic Enzymes Part A. Methods in Enzymology. Vol. 330. pp. 134–57. doi:10.1016/S0076-6879(01)30372-5. ISBN 978-0-12-182231-6. PMID 11210495.
  11. ^ Krogh, Berit Olsen; Symington, Lorraine S. (2004). "Recombination Proteins in Yeast". Annual Review of Genetics. Annual Reviews. 38 (1): 233–271. doi:10.1146/annurev.genet.38.072902.091500. ISSN 0066-4197. PMID 15568977.
  12. ^ Zaramela, Livia S; Vêncio, Ricardo Z. N; Ten-Caten, Felipe; Baliga, Nitin S; Koide, Tie (2014). "Transcription Start Site Associated RNAs (TSSaRNAs) Are Ubiquitous in All Domains of Life". PLOS ONE. 9 (9): e107680. doi:10.1371/journal.pone.0107680. PMC 4169567. PMID 25238539.

추가 정보

외부 링크