Shewanella oneidensis - Shewanella oneidensis

Shewanella oneidensis
Shewanella oneidensis.png
clasificación cientifica
Reino:
Bacterias
Filo:
Proteobacterias
Clase:
Gammaproteobacteria
Pedido:
Alteromonadales
Familia:
Shewanellaceae
Género:
Shewanella
Nombre binomial
Shewanella oneidensis

Shewanella oneidensis es una bacteria que se destaca por su capacidad para reducir los iones metálicos y vivir en ambientes con o sin oxígeno . Esta proteobacteria se aisló por primera vez de Lake Oneida , NY en 1988, de ahí su nombre.

S. oneidensis es una bacteria facultativa , capaz de sobrevivir y proliferar tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas . El especial interés por S. oneidensis MR-1 gira en torno a su comportamiento en un ambiente anaeróbico contaminado por metales pesados como hierro , plomo y uranio . Los experimentos sugieren que puede reducir el mercurio iónico a mercurio elemental y la plata iónica a plata elemental. Sin embargo, la respiración celular de estas bacterias no se limita a los metales pesados; las bacterias también pueden atacar sulfatos , nitratos y cromatos cuando se cultivan de forma anaeróbica.

Nombre

Esta especie se conoce como S. oneidensis MR-1, lo que indica "reductor de manganeso", una característica especial de este organismo. Es un error común pensar que MR-1 se refiere a "reducción de metales" en lugar de la intención original de "reducción de manganeso" como lo observó Kenneth H. Nealson, quien fue el primero en aislar el organismo.

Cualidades

Reducción de metales

S. oneidensis MR-1 pertenece a una clase de bacterias conocidas como " Bacterias Reductoras de Metales Disimilatorias (DMRB)" debido a su capacidad para acoplar la reducción de metales con su metabolismo. La forma de reducir los metales es particularmente controvertida, ya que la investigación que utilizó microscopía electrónica de barrido y microscopía electrónica de transmisión reveló protuberancias estructurales anormales que se asemejan a filamentos bacterianos que se cree que están involucrados en la reducción del metal. Este proceso de producción de un filamento externo está completamente ausente de la respiración bacteriana convencional y es el centro de muchos estudios actuales.

La mecánica de la resistencia de esta bacteria y el uso de iones de metales pesados ​​está profundamente relacionada con su red de vías de metabolismo. Se ha demostrado que los supuestos transportadores de eflujo de múltiples fármacos, proteínas de desintoxicación, factores sigma extracitoplásmicos y reguladores del dominio PAS tienen una mayor actividad de expresión en presencia de metales pesados. La proteína SO3300 de clase del citocromo c también tiene una transcripción elevada. Por ejemplo, al reducir U (VI), se utilizan citocromos especiales como MtrC y OmcA para formar nanopartículas de UO 2 y asociarlas con biopolímeros.

Modificación química

En 2017, los investigadores utilizaron una molécula sintética llamada DSFO + para modificar las membranas celulares en dos cepas mutantes de Shewanella. DSFO + podría reemplazar completamente las proteínas conductoras de corriente naturales, aumentando la energía que genera el microbio. El proceso fue solo una modificación química que no modificó el genoma del organismo y que se dividió entre la descendencia de la bacteria, diluyendo el efecto.

Formación de película

La película es una variedad de biopelícula que se forma entre el aire y el líquido en el que crecen las bacterias. En una biopelícula, las células bacterianas interactúan entre sí para proteger a su comunidad y cooperan metabólicamente (comunidades microbianas). En S. oneidensis , la formación de películas es típica y está relacionada con el proceso de reducción de metales pesados. La formación de la película está ampliamente investigada en esta especie. La película generalmente se forma en tres pasos: las células se adhieren a la superficie triple del dispositivo de cultivo, aire y líquido, luego desarrollan una biopelícula de una capa a partir de las células iniciales y, posteriormente, maduran hasta una estructura tridimensional complicada. En una película desarrollada, una serie de sustancias entre las células (sustancias poliméricas extracelulares) ayudan a mantener la matriz de la película. El proceso de formación de la película implica importantes actividades microbianas y sustancias relacionadas. Para las sustancias poliméricas extracelulares, se requieren muchas proteínas y otras biomacromoléculas.

También se requieren muchos cationes metálicos en el proceso. El control de EDTA y las pruebas extensivas de presencia / ausencia de cationes muestran que Ca (II), Mn (II), Cu (II) y Zn (II) son todos esenciales en este proceso, probablemente funcionando como parte de una coenzima o grupo protésico. El Mg (II) tiene un efecto parcial, mientras que el Fe (II) y el Fe (III) son inhibidores hasta cierto punto. Se considera que los flagelos contribuyen a la formación de la película. La biopelícula necesita que las células bacterianas se muevan de cierta manera, mientras que los flagelos son el orgánulo que tiene la función locomotora. Las cepas mutantes que carecen de flagelos aún pueden formar una película, aunque con mucha menos rapidez.

Aplicaciones

Nanotecnología

S. oneidensis MR-1 puede cambiar el estado de oxidación de los metales. Estos procesos microbianos permiten la exploración de aplicaciones novedosas, por ejemplo, la biosíntesis de nanomateriales metálicos. A diferencia de los métodos químicos y físicos, los procesos microbianos para sintetizar nanomateriales se pueden lograr en fase acuosa en condiciones suaves y ambientalmente benignas. Se pueden utilizar muchos organismos para sintetizar nanomateriales metálicos. S. oneidensis es capaz de reducir una amplia gama de iones metálicos extracelularmente y esta producción extracelular facilita enormemente la extracción de nanomateriales. Las cadenas de transporte de electrones extracelulares responsables de la transferencia de electrones a través de las membranas celulares están relativamente bien caracterizadas, en particular los citocromos de tipo c de la membrana externa MtrC y OmcA. Un estudio de 2013 sugirió que es posible alterar el tamaño de las partículas y la actividad de las nanopartículas biogénicas extracelulares mediante la expresión controlada de los genes que codifican las proteínas de superficie. Un ejemplo importante es la síntesis de nanopartículas de plata por S. oneidensis , donde su actividad antibacteriana puede verse influenciada por la expresión de citocromos de tipo c de la membrana externa. Las nanopartículas de plata se consideran una nueva generación de antimicrobianos, ya que exhiben actividad biocida hacia una amplia gama de bacterias y están ganando importancia con la creciente resistencia a los antibióticos por parte de bacterias patógenas. Se ha visto que Shewanella en entornos de laboratorio biorreduce una cantidad sustancial de paladio y declora cerca del 70% de los bifenilos policlorados.La producción de nanopartículas por S. oneidensis MR-1 está estrechamente relacionada con la vía MTR (por ejemplo, nanopartículas de plata) o la vía de la hidrogenasa. (por ejemplo, nanopartículas de paladio).

Tratamiento de aguas residuales

La capacidad de S. oneidensis para reducir y absorber metales pesados ​​lo convierte en un candidato para su uso en el tratamiento de aguas residuales .

DSFO + posiblemente podría permitir que las bacterias se comuniquen eléctricamente con un electrodo y generen electricidad en una aplicación de aguas residuales.

Genoma

Tabla que muestra las anotaciones del gen de S. oneidensis MR-1.

Como anaerobio facultativo con vía de transporte de electrones ramificados , S. oneidensis se considera un organismo modelo en microbiología . En 2002 se publicó su secuencia genómica. Tiene un cromosoma circular de 4,9 Mb que se prevé que codifique 4.758 marcos de lectura abiertos de proteínas . Tiene un plásmido de 161 kb con 173 marcos de lectura abiertos. Se realizó una nueva anotación en 2003.

Referencias

enlaces externos