Содержание
- 2. Введение Одним из основных достижений биологии конца XX века явилось выявление трех эволюционных ветвей жизни, сформировавшихся
- 3. Общая характеристика Архе́и (лат. Archaea от др.греч. - ἀρχαῖος «извечный, древний, первозданный, старый») — домен живых
- 4. Морфология архей Средний диаметр клеток архей 1 мкм, типичный для большинства известных прокариот. Клетки Nanoarchaeum equitans
- 5. Сравнительная таблица архей и других доменов
- 6. Экология архей Археи распространены повсеместно. Начиная от гидротермальных источников, кратеров вулканов и дна Северного Ледовитого океана
- 7. Типы питания архей
- 8. Взаимодействие с другими организмами Метанообразующие археи вступают в симбиоз с термитами Хорошо изученные отношения между археями
- 9. Типы архей Crenarchaeota(Креноархеоты) — термофилы, термоацидофилы, серные анаэробные бактерии; Euryarchaeota (Эвриархеоты) — метаногенные и галофильные археи;
- 10. Характеристика некоторых типов архей Crenarchaeota(Креноархеоты) — термофилы, термоацидофилы, серные анаэробные бактерии Включает 28 родов, относящихся к
- 11. Euryarchaeota (Эвриархеоты) — метаногенные и галофильные археи Эти организмы распространены повсеместно. Некоторые формы являются экстремально термофильными
- 12. Применение архей в биотехнологии В настоящее время некоторые метаболиты архейного происхождения нашли применение или рекомендованы для
- 13. Процессы с использованием архей ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ На мощных заводах или химических предприятиях в ряде технических
- 14. Архейные ферменты используемые в биотехнологии ТЕРМОАРХЕЙНЫЕ ЭКСТРЕМОЗИМЫ Одна из важнейших проблем, связанных с применением ферментов, —
- 15. Алкогольдегидрогеназы Ферменты кальдерных архей представляют интерес для органической химии. Хиральные спирты, применяемые в фармацевтике, получают при
- 16. а-Глюкозидазы Фермент включается на конечной стадии деградации гликогена, отщепляя терминальные остатки глюкозы. а-Глюкозидаза, выделенная из S.solfataricus,
- 17. ПСИХРОФИЛЫ И ПСИХРОФИЛЬНЫЕЭКСТРЕМОЗИМЫ Места обитания организмов с высокой температурой не являются широко распространенными на Земле, в
- 18. ГАЛОАРХЕЙНЫЕ ЭКСТРЕМОЗИМЫ Две группы галофильных архей: аэробные галоархеи и анаэробные галофильные метаноархеи используют различные способы существования
- 19. ЭКСТРЕМОЗИМЫ АРХЕЙНЫХ ПЬЕЗОФИЛОВ Пьезофильные (барофильные) микроорганизмы, включая термофильные и гипертермофильные архейные штаммы, обитают при давлении в
- 20. Исследования по использованию архей ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЖГУТИКОВ АРХЕЙ ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С помощью
- 22. Скачать презентацию
Введение
Одним из основных достижений биологии конца XX века явилось выявление трех
Введение
Одним из основных достижений биологии конца XX века явилось выявление трех
Общая характеристика
Архе́и (лат. Archaea от др.греч. - ἀρχαῖος «извечный, древний, первозданный, старый») — домен живых организмов (по трехдоменной системе Карла Вёзе наряду
Общая характеристика
Архе́и (лат. Archaea от др.греч. - ἀρχαῖος «извечный, древний, первозданный, старый») — домен живых организмов (по трехдоменной системе Карла Вёзе наряду
В настоящее время археи подразделяют на более чем 5 типов. Из этих групп наиболее изученными являются кренархеоты (лат. Crenarchaeota) и эвриархеоты (лат. Euryarchaeota). Классифицировать археи по-прежнему сложно, так как подавляющее большинство из них никогда не выращивались в лабораторных условиях и были идентифицированы только по анализу нуклеиновых кислот из проб, полученных из мест их обитания
Имеют сходство и с бактериями и с эукариотами. Большая часть архей хемоавтотрофы
Морфология архей
Средний диаметр клеток архей 1 мкм, типичный для большинства известных
Морфология архей
Средний диаметр клеток архей 1 мкм, типичный для большинства известных
Невосприимчивы к пеницилину из-за отсутствия пептидогликанной стенки
Сравнительная таблица архей и других доменов
Сравнительная таблица архей и других доменов
Экология архей
Археи распространены повсеместно. Начиная от гидротермальных источников, кратеров вулканов
Экология архей
Археи распространены повсеместно. Начиная от гидротермальных источников, кратеров вулканов
Типы питания архей
Типы питания архей
Взаимодействие с другими организмами
Метанообразующие археи вступают в симбиоз с термитами Хорошо изученные отношения
Взаимодействие с другими организмами
Метанообразующие археи вступают в симбиоз с термитами Хорошо изученные отношения
Типы архей
Crenarchaeota(Креноархеоты) — термофилы, термоацидофилы, серные анаэробные бактерии;
Euryarchaeota (Эвриархеоты) — метаногенные и галофильные
Типы архей
Crenarchaeota(Креноархеоты) — термофилы, термоацидофилы, серные анаэробные бактерии;
Euryarchaeota (Эвриархеоты) — метаногенные и галофильные
Nanoarchaeota (Наноархеоты) — единственный известный представитель Nanoarchaeotm equitans;
Korarchaeota (Корархеоты)— ДНК обнаружена в геотермальных источниках США, Исландии, на рисовых полях Японии, культивируемые виды пока неизвестны;
Thaumarchaeota (Таумархеоты)— в основном окислители аммония, как например, морской аммоний-окислитель Nitrosopumilus maritimus и аммоний-окислитель преимущественно почвенного происхождения Nitrososphaera gardensis. Недавние филогенетические исследования, основанные на сравнительном анализе структур рибосомальных белков и других важнейших генов, подтвердили существование типа Таумархеот. Был выделен в 2008 году
Иногда выделяют также шестой тип — Aigarchaeota(Аигархеоты) к которому относится единственный вид Caldircheum subterraneum.
В 2015 году были открыты—Lokiarchaeota (Локиархеоты) с предполагаемым родом Lokiarchaeum. Он был выделен на основании генома, собранного при метагеномном анализе образцов, полученных рядом с гидротермальными источниками в Атлантическом океане на глубине 2,35 км.
В январе 2016 года были опубликованы результаты метагеномных исследований по реконструкции геномов архей из морских осадочных отложений, которые свидетельствуют об обнаружении нового типа архей — Thorarchaeota (Торархеоты).
Характеристика некоторых типов архей
Crenarchaeota(Креноархеоты) — термофилы, термоацидофилы, серные анаэробные бактерии Включает 28 родов, относящихся
Характеристика некоторых типов архей
Crenarchaeota(Креноархеоты) — термофилы, термоацидофилы, серные анаэробные бактерии Включает 28 родов, относящихся
Euryarchaeota (Эвриархеоты) — метаногенные и галофильные археи Эти организмы распространены повсеместно. Некоторые формы
Euryarchaeota (Эвриархеоты) — метаногенные и галофильные археи Эти организмы распространены повсеместно. Некоторые формы
Применение архей в биотехнологии
В настоящее время некоторые метаболиты архейного происхождения нашли
Применение архей в биотехнологии
В настоящее время некоторые метаболиты архейного происхождения нашли
Процессы с использованием архей
ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
На мощных заводах или химических предприятиях
Процессы с использованием архей
ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
На мощных заводах или химических предприятиях
ПРОЦЕССИНГ МИНЕРАЛОВ
Археи представляют интерес для выделения меди из халькопирита (CuFeS2), Археи представляют интерес для выделения меди из халькопирита (CuFeS2), который среди других минералов отличается наибольшей устойчивостью к растворению. Окисление Fe+2 — ключевая реакция при растворении промышленных минеральных сульфидов ацидофилами, которая у термофильных архей происходит с более высокими скоростью и эффективностью, так как при повышенной температуре диффузия ионов усиливается.
В процессе выщелачивания температура повышается вплоть до 80 °С, но при использовании гипертермофильных архей охлаждения не требуется, что делает процесс энергосберегающим.
Среди архей окисление минералов осуществляют Ferroplasma acidophilus, Sulfolobus metallicus (оптимальная активность при 70 °С), Metallosphaera sedula, Acidianus brierley, но наиболее быстрое окисление пирита и наиболее эффективную экстракцию меди из халькопирита при 80—85 °С выполняет охарактеризованная смешанная культура Sulfolobus-подобных организмов. S. Acidocaldaricus Преимущество этого археона перед ацидофильными тионовыми бактериями состоит в следующем: выделение металлов из минеральных сульфидов лучше происходит при повышенной температуре — 60 °С; не требуется охлаждения реактора, что позволяет сберегать энергию
Архейные ферменты используемые в биотехнологии
ТЕРМОАРХЕЙНЫЕ ЭКСТРЕМОЗИМЫ
Одна из важнейших проблем, связанных с
Архейные ферменты используемые в биотехнологии
ТЕРМОАРХЕЙНЫЕ ЭКСТРЕМОЗИМЫ
Одна из важнейших проблем, связанных с
Молекулярные свойства экстремозимов, обусловливающие их устойчивость к экстремально высоким температурам, закодированы генетически: в белках увеличено число солевых мостиков, водородных связей, усилены гидрофобные взаимодействия, повышена гидрофобность белкового кора, имеются дополнительное спаривание ионов и замещения выступающих термолабильных аминокислот. Это увеличивает термальную стабильность, ригидность и устойчивость ферментов к химической денатурации. Экстремозимы получают из экстремальных или гипертермофильных (последние, главным образом, из архей) организмов. Сложность культивирования гипертермофилов связана с тем, что их метаболизм основан на восстановлении элементарной серы до сероводорода. Поэтому используются специальное оборудование и условия для выращивания.
Больше всего изучались экстремозимы из рр. Pyrococcus и Thermococcus, которые могут расти в отсутствие серы.
Алкогольдегидрогеназы
Ферменты кальдерных архей представляют интерес для органической химии. Хиральные спирты, применяемые
Алкогольдегидрогеназы
Ферменты кальдерных архей представляют интерес для органической химии. Хиральные спирты, применяемые
Ферменты, выделенные из Sulfolobus sp., отлично работают при более высоких температуре и концентрации растворителя. Некоторые реакции в органическом синтезе лучше протекают и направлены в сторону синтезируемого продукта в органическом растворителе при низком содержании воды. Это, например, касается эстеразных и трансэстеразных реакций.
Гликозилгидролазы
В промышленности особое значение имеют экстремофильные протеазы, липазы и ферменты, деградирующие полимеры такие, как целлюлазы, хитиназы и амилазы. Эти ферменты гидролизуют гликозидные связи между двумя или большим числом углеводов или между углеводом и неуглеводным ядром. Их подразделяют на гликозилгидролазы, расщепляющие крахмал (а-1,4 и а-1,6-гликозидные связи), ксилан или целлюлозу — полимеры, содержащие (3-1,4-гликозидные связи.
а-Глюкозидазы
Фермент включается на конечной стадии деградации гликогена, отщепляя терминальные остатки глюкозы.
а-Глюкозидазы
Фермент включается на конечной стадии деградации гликогена, отщепляя терминальные остатки глюкозы.
Ксилан-деградирующие ферменты
Ксиланы — гетерогенная группа полисахаридов; главная цепь молекулы которых состоит из Р-1,4-связанных)-ксилопиранозильных субъединиц. Термостабильные ксиланазы представляют интерес для
процесса отбеливания бумаги, как альтернатива традиционной техники, применяющей для этой цели хлор. Деградацию непредобработанного ксилана осуществляют P.furiosus, Thermococcus sp. и Th.zilligii.
Ферменты, деградирующие целлюлозу
Целлюлоза — наиболее широко распространенный природный полимер на Земле. Ее молекула может содержать до 14 тыс. глюкозных остатков, связанных Р-1,4-связями.
Целлюлазы распространены широко среди грибов и бактерий, но имеется лишь одно сообщение о наличии архейной целлюлазы (эндог- люконазы) у археона P.furiosus, хотя р-гликозидные ферменты содержат многие термофильные и гипертермофильные археи.
У P.furiosus, выращенного в среде с целлобиозой (продукта расщепления целлюлозы), Р-глюкозидаза составляет до 5% всех белков клетки, Термостабильные р-глюкозидазы обнаружены также у различных штаммов порядка Sulfolobales , хотя физиологическая роль фермента непонятна.
ПСИХРОФИЛЫ И ПСИХРОФИЛЬНЫЕЭКСТРЕМОЗИМЫ
Места обитания организмов с высокой температурой не являются широко
ПСИХРОФИЛЫ И ПСИХРОФИЛЬНЫЕЭКСТРЕМОЗИМЫ
Места обитания организмов с высокой температурой не являются широко
Большая часть микроорганизмов, выделенных из холодных мест, относится к психротолерантным (их также называют психротрофными) и психрофильным. Первые хорошо растут при температуре, близкой к температуре замерзания воды, но самую высокую скорость роста имеют при температуре выше 20 °С, а психрофильные микроорганизмы быстрее всего растут при 15 °С или ниже и не могут расти при температуре выше 20 °С Археи обитают во многих водоемах с низкими температурами. В планктоне Тихого океана , взятого с глубины 100 и 500 м, присутствуют различные архейные штаммы. Археи составляют более 1/3 прокариотной биомассы береговых антарктических вод, включая членов царства Crenarchaeota. Кренархеотный штамм Cenarchaeum symbiosum живет как симбионт в морской губке и растет при 10 °С. Из царства эвриархеот изолированы три штамма свободно живущих психрофильных архей: Methanococcus burtonii (минимальная температура - минус 2,5 °С, оптимальная — 23 °С), Methanogenium frigidum (минимальная температура — минус 10 °С, оптимальная — 15 °С), первоначально выделенные со дна Ледяного озера Антарктиды, насыщенного метаном, и галофильный археон — Halorubrum lacusprofundi (минимальная температура — 2 °С, оптимальная — 33 °С), тоже выделенные в Антарктиде. Изучение ферментов этих видов только начинается. Показано, что Mc.burtonii при росте при низких температурах аккумулирует К-аспаргат, что приводит к снижению величины Кт для связывания GTP фактором элонгации 2 (EF-2). Холодоактивные гены архей экспрессированы в E.coli и получены рекомбинантные продукты. Особенности ферментов психрофилов
В ферментах психрофилов содержатся специфические изменения в последовательностях аминокислот, меньшее число дисульфидных связей и солевых мостиков, в спиралевидных дипольных структурах — меньшее число зарядов, чем у термофилов, характерно увеличение взаимодействий с растворителями, сниженное число водородных связей на интерфазах доменов и более низкая степень гидрофобных взаимодействий в коровой части белка (Russell, 2000). Эти модификации делают белки более гибкими в структурном отношении и каталитически более активными на холоде. Приведенные адаптации носят противоположный характер по отношению к тем, которые придают термостабильность белкам экстремальных термофилов.
Ферменты психрофилов практически интересны в связи с возможностью снижения расхода энергии. С такими ферментами, как дополнительными детергентами, возможна работа прачечных с использованием холодной воды.
В этой сфере обслуживания особый интерес представляют психрофильные протеазы, амилазы и липазы. Древесная масса (пульпа) и целлюлозобумажная промышленность также заинтересованы в ферментах, деградирующих полимеры при низких температурах, как и некоторые типы процессингов пищи, например расщепление пектинов пектиназа- ми при процессинге фруктовых соков. Психрофильные метаногены могут быть использованы для очистки сточных вод и продукции метана при низких температурах.
ГАЛОАРХЕЙНЫЕ ЭКСТРЕМОЗИМЫ
Две группы галофильных архей: аэробные галоархеи и анаэробные галофильные метаноархеи
ГАЛОАРХЕЙНЫЕ ЭКСТРЕМОЗИМЫ
Две группы галофильных архей: аэробные галоархеи и анаэробные галофильные метаноархеи
Галофильные археи представляют коммерческий интерес как источники бетаинов или эктоина — стабилизирующих агентов, полимеров, используемых в производстве биодеградабельных пластиков, полисахаридов, солеустойчивых липидов (см. выше). Солеустойчивость бактериородопсина важна для его использования в галографических пленках и биоэлектронике. Ферменты галофилов длительное время сохраняют стабильность при температуре окружающей среды и часто проявляют значительную термоустойчивость. Как ранее отмечалось, каталитическая активность галоферментов сохраняется при низкой активности воды, например в присутствии большого количества органических растворителей.
Из штаммов рода Halococcus выделен новый рестрикционный фермент с необычайно высокой специфичностью. Химотрипсиногенподобная протеаза получена из галоалкалофильного археона Natronomonas pharaonis. В отличие от многих протеаз, теряющих активность при низкой концентрации соли, протеаза N.pharaonis может функционировать при довольно низкой концентрации — 3 ммоля, поэтому этот экстремо- зим наиболее интересен как дополнительный детергент. Недавно удалось использовать заключенную в обращенные мицеллы р-нитро-фе- нилфосфатазу из Halobacterium salinarium при очень низкой концентрации соли. В этих условиях фермент сохранял активность и стабильность. Такие же результаты получены с галофильной малатдегидрогеназой. Обращенные мицеллы в комбинации с галофильными ферментами открывают путь новым способам их практического применения.
ЭКСТРЕМОЗИМЫ АРХЕЙНЫХ ПЬЕЗОФИЛОВ
Пьезофильные (барофильные) микроорганизмы, включая термофильные и гипертермофильные архейные штаммы,
ЭКСТРЕМОЗИМЫ АРХЕЙНЫХ ПЬЕЗОФИЛОВ
Пьезофильные (барофильные) микроорганизмы, включая термофильные и гипертермофильные архейные штаммы,
Использование ферментов пьезофилов — новая биотехнологическая альтернатива по отношению к традиционной. Высокое давление может
оказывать влияние на активность ферментов. Гидрогеназы, глицеральдегид-3-фосфатазы и а-глюкозидазы, полученные из клеток Methanococcus jannaschii и Mc.igneus, первоначально выделенных из глубины соответственно 2600 и 100 м проявляли более высокую активность при повышенном давлении. ДНК-полимераза из P.furiosus и Pyrococcus sp. также были стабилизированы при высоком давлении и повышенной температуре.
Исследования по использованию архей
ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЖГУТИКОВ АРХЕЙ ДЛЯ
Исследования по использованию архей
ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЖГУТИКОВ АРХЕЙ ДЛЯ
С помощью метода генно-инженерной модификации жгутиков галофильных архей, разработанного Безносовым С.Н., возможно получение наноматериалов с разнообразными свойствами в зависимости от того, какое вещество способны связывать жгутики после модификации. Так, Безносовым С.Н. на основе модифицированных жгутиков галофильного археона H. salinarum был получен материал анода литий-ионного аккумулятора. Этот материал продемонстрировал повышенную разрядную емкость по сравнению с материалами, используемыми в настоящее время в промышленном производстве.
ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕРМОФИЛЬНЫХ СИНТРОФНЫХ БАКТЕРИЙ И МЕТАНОГЕННЫХ АРХЕЙ В АНАЭРОБНОМ МИКРОБНОМ СООБЩЕСТВЕ
Этот проект направлен на получение данных для разработки отсутствующей в России полномасштабной технологии термофильного сбраживания органической фракции твердых бытовых отходов (ТБО) с помощью метаногенного микробного сообщества с получением энергоносителя в виде метана и биоудобрений. Определены наиболее перспективные для запуска процесса термофильного сбраживания инокуляты (источники анаэробных бактерий и метаногенных архей), их оптимальное количество, разработан метод получения активного инокулята из грунта анаэробной зоны полигона захоронения ТБО. В настоящее время проводится изучение активных ассоциаций термофильных синтрофных бактерий и метаногенных архей с целью создания микробного биопрепарата для стабилизации работы термофильных биореакторов.