수소 영양 메탄 생성은 혐기성 아메바 Pelomyxa schiedti의 절대 신 영양 컨소시엄의 핵심 과정입니다.

ISME 저널(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

펠로믹사(Pelomyxa)는 여러 원핵 내배엽과 함께 집단으로 사는 혐기성 아메바 속입니다. 공생체는 세포 바이오매스의 상당 부분을 차지하지만, 이들의 대사 역할은 조사되지 않았습니다. 단일 세포 유전체학 및 전사체학을 사용하여 우리는 Candidatus Syntrophus pelomyxae(Deltaproteobacteria 클래스)와 Candidatus Vesiculincola pelomyxae(Clostridia 클래스)라는 두 개의 박테리아와 메탄생성균인 Candidatus Methanoregula pelomyxae로 구성된 P. schiedti와 관련된 원핵생물 공동체를 특성화했습니다. . 형광 현장 혼성화 및 전자 현미경으로 Ca. Vesiculincola pelomyxae는 소포 내부에 국한된 반면, 다른 내생 공생체는 Ca와 함께 세포질에서 자유롭게 발생합니다. Methanoregula pelomyxae는 핵 주위에 풍부합니다. 게놈 및 전사체 기반의 신진대사 재구성은 P. schiedti의 셀룰로오스 분해 활성이 자체 신진대사와 Ca의 신진대사를 촉진하는 단순당을 생성함을 시사합니다. Vesiculincola pelomyxae, Ca. Syntrophus pelomyxae 에너지 대사는 환경으로부터 부티레이트와 아이소발레이트의 분해에 의존합니다. 박테리아와 아메바 두 종 모두 수소화효소를 사용하여 환원된 등가물에서 수소로 전자를 전달합니다. 이 과정에는 낮은 수소 분압이 필요합니다. 이는 세 번째 내공생체인 Ca에 의해 달성됩니다. 메탄 생성을 위해 H2와 포름산염을 소비하는 Methanoregula pelomyxae. 박테리아 공생체는 아메바의 생존력에 영향을 주지 않고 반코마이신 처리에 의해 성공적으로 제거될 수 있지만, 메탄 생성의 특정 억제제인 ​​2-브로모에탄설포네이트로 처리하면 아메바가 죽었습니다. 이는 이 컨소시엄의 메탄 생성이 필수적임을 나타냅니다.

Pelomyxa 속은 Archamoebae에 속하며 그 대표자는 저산소 담수 환경에 서식합니다 [1,2,3]. 크기가 수 밀리미터에 달할 수 있는 Pelomyxa 종은 비정상적인 축삭 구조를 가진 수많은 비운동성 편모를 가지고 있으며 [4, 5] 원래 골지체 및 미토콘드리아와 같은 기본 세포 소기관이 부족한 것으로 간주되었습니다. Pelomyxa palustris의 초기 형태학적 연구에서는 미토콘드리아 관련 소기관(MRO)을 나타낼 수 있는 미세체 유사 과립의 존재가 나타났으며[6], Pelomyxa schiedti에서 이러한 MRO는 최근 단일 세포 게놈 및 전사체 접근법을 사용하여 특성화되었습니다[7] . 투과 전자 현미경으로 Pelomyxa 대표의 MRO를 식별하는 것은 이러한 아메바에 다양한 박테리아 내공생체가 있기 때문에 어렵습니다 [2, 8,9,10,11]. 이러한 내공생체는 크기와 위치가 다르며 액포 내부에 위치하거나 세포질에 자유롭게 위치하며 일부는 핵 주위에 위치하는 경향이 있습니다[2, 10]. 이미 P. palustris의 원래 설명에는 세포가 파괴되었을 때 관찰된 작은 "춤추는 막대"가 언급되어 있습니다[12]. 이후 연구에서는 P. palustris가 세 가지 유형의 내부 공생체를 보유하고 있음을 시사했습니다. 그람 양성 및 그람 음성 가느다란 막대와 직사각형 모양의 더 큰 그람 양성 박테리아 [13, 14]. P. palustris의 배양에 의한 메탄 생산과 두 개의 날씬한 형태에서 관찰된 F420 조효소의 특징적인 자가형광을 토대로 이들이 메탄 생성균일 수 있다고 제안되었습니다[15]. 이는 P. palustris의 가느다란 그람 양성 메탄생성 고세균을 순수 배양균으로 분리하여 H2/CO2 및 포름산염에서 성장하고 Methanobacterium formicum으로 확인된 사실에 의해 더욱 뒷받침되었습니다[16]. 그러나 F420 형광에 대한 의존은 완전히 결정적이지 않습니다. 왜냐하면 이 보조 인자는 특정 방선균에 의해서도 생성되기 때문입니다[17]. 더욱이, 이러한 관찰은 세 번째 형태가 메탄 생성 공생체를 나타낸다고 주장하는 P. palustris에 대한 다른 연구와 상충됩니다[18]. 상황은 16 S rRNA 유전자 시퀀싱과 형광 in situ 하이브리드화(FISH)를 사용하여 최종적으로 밝혀졌습니다. 이를 통해 핵 주위에 위치한 큰 직사각형 모양의 세포가 Methanosaeta 속의 메탄생성 고세균으로 확인되었고, 그람 음성 막대는 Syntrophorhabdus 속의 델타프로테오박테리아로 식별되었습니다. , 그리고 로도코커스(Rhodococcus) 속의 방선균인 그람 양성 간균입니다[19]. 내부 공생체의 대사는 알려지지 않았지만 P. palustris 내부의 미생물 군집은 활성 슬러지에서 발견되는 군집과 유사하다고 제안되었습니다[19]. 여기서 Rhodococcus 및 Syntrophorhabdus 속의 구성원은 메탄생성균과 합성 연관되어 발생합니다[20, 21].