아르케오글로부스속
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1. 개요
아르케오글로부스속은 60~95°C의 고온 환경에서 생장하는 황산염 환원 고세균 속으로, 황산염을 황화물로 환원시키고 다양한 유기 탄소원을 산화시켜 에너지를 얻는다. 이들은 열수 분출구, 유전, 온천 등에서 발견되며, 생물막을 형성하여 산업적, 연구적 응용 가능성을 가진다. 아르케오글로부스속은 메탄 생성 고세균과 유전적으로 가까운 관계를 가지며, 여러 종이 존재한다.
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아르케오글로부스속 - [생물]에 관한 문서 | |
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기본 정보 | |
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학명 | Archaeoglobus |
명명자 | Stetter et al., 1988 |
유형 종 | A. fulgidus |
유형 종 명명자 | Stetter 1988 |
하위 분류 계급 | 종 |
하위 분류 | A. fulgidus "A. lithotrophicus" Stetter et al. 1993 A. infectus A. neptunius A. profundus A. veneficus A. sulfaticallidus |
과학적 분류 | |
도메인 | 고균 Archaea |
계 | 유리아르키오타계 Euryarchaeota |
문 | 유리아르키오타문 Euryarchaeota |
강 | 아르케오글로부스강 Archaeoglobi |
목 | 아르케오글로부스목 Archaeoglobales |
과 | 아르케오글로부스과 Archaeoglobaceae |
2. 대사
''아르케오글로부스''는 60~95 °C 사이의 극도로 높은 온도에서 혐기적으로 생장하며, 최적 생장 온도는 83 °C이다(''A. fulgidus'' VC-16).[3] 이들은 황산염 환원 고세균으로, 황산염을 황화물로 환원시키는 반응과 다양한 유기 탄소원(복잡한 고분자 포함)의 산화를 결합시킨다.
'''''A. lithotrophicus'''''는 화학자가영양 방식으로 수소, 황산염 및 이산화 탄소로부터 생존한다. 또한 '''''A. profundus'''''도 무기영양생물적으로 생장하지만, 이 종은 생합성을 위해 아세테이트와 CO2를 필요로 하므로 종속영양생물이다.[1]
완전한 '''''A. fulgidus''''' 유전체 서열은 메탄 생성에 필요한 거의 완전한 유전자 세트의 존재를 밝혀냈다. ''A. fulgidus''에서 이러한 유전자의 기능은 아직 알려지지 않았지만, 효소 메틸-CoM 환원효소가 없기 때문에 다른 메탄 생성균에서 발견되는 것과 유사한 메커니즘으로는 메탄 생성이 발생할 수 없다.
2. 1. 황산염 환원
황산염 환원 고세균인 아르케오글로부스속은 황산염(SO₄²⁻)을 황화물(S²⁻)로 환원시키는 과정과 다양한 유기 탄소원(복잡한 고분자 포함)의 산화를 결합시켜 에너지를 얻는다.[3] ''A. lithotrophicus''는 화학자가영양 방식으로 수소, 황산염 및 이산화 탄소로부터 생존하며, ''A. profundus''는 무기영양생물적으로 생장하지만 생합성을 위해 아세테이트와 CO2를 필요로 하므로 종속영양생물이다.[1]2. 2. 유기물 및 무기물 대사
황산염 환원 고세균인 아르케오글로부스속은 황산염(SO₄²⁻)을 황화물(S²⁻)로 환원시키는 과정과 다양한 유기 탄소원(복잡한 고분자 포함)의 산화를 결합시킨다.[3]''A. lithotrophicus''는 수소(H₂), 황산염, 이산화탄소(CO₂)를 이용하여 화학자가영양 방식으로 생존한다.[1] ''A. profundus''는 무기영양생물(lithotrophic)적으로 생장하지만, 생합성을 위해 아세테이트와 CO₂를 필요로 하므로 종속영양생물(heterotrophic)이다.[1]
아르케오글로부스속 종은 다양한 탄소원을 활용하여 환경에서 청소부 역할을 한다. 이들은 지방산, 아미노산 분해, 알데히드, 유기산, 그리고 일산화탄소(CO)에서도 탄소를 얻을 수 있다.
2. 3. 메탄 생성 관련 유전자
''아르케오글로부스속''(Archaeoglobus) 구성원은 메탄 생성 고세균과 가장 가까운 관계라는 증거가 존재한다. 모든 메탄 생성 고세균과 ''아르케오글로부스속''에서만 발견되는 10개의 보존된 고유 단백질이 있다는 점이 이를 뒷받침한다.[2] 또한, 테르모코쿠스속(Thermococci), ''아르케오글로부스속'', 그리고 메탄 생성 고세균에서만 발견되는 18개의 단백질이 확인되었으며, 이는 이 세 그룹의 고세균이 다른 고세균과는 구별되는 공통 조상을 공유했을 수 있음을 시사한다.[2] 그러나 이러한 고세균 계통에서 이러한 고유 단백질이 공유되는 것은 수평 유전자 전달에 의한 것일 가능성도 배제할 수 없다.[2] ''A. fulgidus''의 유전체에는 메탄 생성에 필요한 거의 완전한 유전자 세트가 존재하지만, 효소 메틸-CoM 환원효소가 없어 다른 메탄 생성균에서 발견되는 것과 유사한 메커니즘으로는 메탄 생성이 발생할 수 없다.3. 형태 및 생장 조건
''아르케오글로부스속'' 구성원들은 열수 분출구, 유전, 온천 등에서 발견되는 고온성 미생물이다. 이들은 극심한 pH 또는 온도, 높은 금속 농도, 항생제, 이종 물질 또는 산소의 첨가와 같은 환경적 스트레스를 받으면 생물막을 생성할 수 있다. 이러한 고세균은 황화철을 생성하여 석유 및 가스 처리 시스템에서 철과 강철의 부식을 유발하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들의 생물막은 금속 오염된 샘플을 해독하거나 경제적으로 회수 가능한 형태로 금속을 모으는 형태로 산업적 또는 연구적 응용이 가능하.
형태는 폭 0.3-1μm 정도의 부정형 구균이며, 당단백질로 구성된 세포벽(S층)을 갖는다. 다양한 환경스트레스에 의해 바이오필름을 형성하는 성질이 있다.
절대 혐기성 세균이며, 분리원은 원유 중이나 열수 분출공에서 발견되는 경우가 많다. 75-85°C, pH 5-7 부근에서 잘 증식한다. 다양한 유기물을 황산 호흡을 통해 대사하며 종속 영양적으로 증식하는 외에도, 수소를 기질로 하여 화학 합성 독립 영양적으로도 증식이 가능하다. 대사 결과로 황화 수소나 황화 철을 생산하므로 원유 관련 시설에서 파이프 부식이나 독가스 피해, 원유 열화 등을 일으키는 경우가 있다.
3. 1. 형태
아르케오글로부스속 고세균은 폭 0.3-1μm 정도의 부정형 구균 모양을 하고 있으며, 당단백질로 구성된 세포벽(S층)을 가지고 있다. 다양한 환경스트레스에 의해 바이오필름을 형성하는 성질이 있다.분류:고세균
분류:에우리고세균
3. 2. 생장 조건
''아르케오글로부스속'' 구성원들은 열수 분출구, 유전, 온천 등에서 발견되는 고온성 미생물이다. 이들은 극심한 pH 또는 온도, 높은 금속 농도, 항생제, 이종 물질 또는 산소의 첨가와 같은 환경적 스트레스를 받으면 생물막을 생성할 수 있다. 이러한 고세균은 황화철을 생성하여 석유 및 가스 처리 시스템에서 철과 강철의 부식을 유발하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들의 생물막은 금속 오염된 샘플을 해독하거나 경제적으로 회수 가능한 형태로 금속을 모으는 형태로 산업적 또는 연구적 응용이 가능합니다.절대 혐기성 세균이며, 분리원은 원유 중이나 열수 분출공에서 발견되는 경우가 많다. 75-85°C, pH 5-7 부근에서 잘 증식한다. 다양한 유기물을 황산 호흡을 통해 대사하며 종속 영양적으로 증식하는 외에도, 수소를 기질로 하여 화학 합성 독립 영양적으로도 증식이 가능하다. 대사 결과로 황화 수소나 황화 철을 생산하므로 원유 관련 시설에서 파이프 부식이나 독가스 피해, 원유 열화 등을 일으키는 경우가 있다.
4. 유전체 구조
''아르케오글로부스 풀기두스(Archaeoglobus fulgidus)''의 게놈은 약 217만 8천 염기쌍으로 이루어진 원형 염색체이며, 이는 ''대장균(E. coli)'' 게놈 크기의 절반 정도이다. ''아르케오글로부스''는 적절한 영양 공급 시 25센트 동전 크기까지 자랄 수 있다. 게놈의 4분의 1은 아직 기능이 밝혀지지 않았지만, ''메타노코쿠스 야나쉬이(Methanococcus jannaschii)''와 같은 다른 고세균에서 발현되는 보존된 단백질을 암호화한다. 또 다른 4분의 1은 고세균 도메인에 고유한 단백질을 암호화한다. 게놈에는 많은 유전자 중복이 있으며, 중복된 단백질이 동일하지 않다. 이는 특히 폐사된 지방산을 통한 탄소 경로의 분해 및 재활용과 관련하여 대사 분화를 시사한다. 중복된 유전자는 또한 동족 고세균인 ''M. 야나쉬이''(M. jannaschii)보다 더 큰 게놈 크기를 갖게 한다. ''아르케오글로부스''는 ''M. 야나쉬이''에 18개가 있는 코딩 영역에 인테인을 포함하지 않는다.
4. 1. 주요 특징
''아르케오글로부스 풀기두스''(Archaeoglobus fulgidus)의 게놈은 약 217만 8천 염기쌍으로 이루어진 원형 염색체이며, 이는 ''대장균''(E. coli) 게놈 크기의 절반 정도이다. ''아르케오글로부스''는 적절한 영양 공급 시 25센트 동전 크기까지 자랄 수 있다. 게놈의 4분의 1은 아직 기능이 밝혀지지 않았지만, ''메타노코쿠스 야나쉬이(Methanococcus jannaschii)''와 같은 다른 고세균에서 발현되는 보존된 단백질을 암호화한다. 또 다른 4분의 1은 고세균 도메인에 고유한 단백질을 암호화한다. 게놈에는 많은 유전자 중복이 있으며, 중복된 단백질이 동일하지 않다. 이는 특히 폐사된 지방산을 통한 탄소 경로의 분해 및 재활용과 관련하여 대사 분화를 시사한다. 중복된 유전자는 또한 동족 고세균인 ''M. 야나쉬이''(M. jannaschii)보다 더 큰 게놈 크기를 갖게 한다. ''아르케오글로부스''는 ''M. 야나쉬이''에 18개가 있는 코딩 영역에 인테인을 포함하지 않는다.5. 계통 분류 및 분자적 특징
- ''A. fulgidus'' ''A.'' 풀기두스
: 기준종. 1988년에 북해 유전에서 발견되었지만, 연안의 열수 분출구에도 서식한다. 생육 범위는 60-95℃(최적 생육 온도는 83℃), pH는 5.5-7.5(동 pH 6.5). 수소/이산화탄소+황산염으로 독립 영양적으로 증식한다. 증식에 1-3.5%(동 1.5%)의 저농도 NaCl을 요구한다. 0.6μm 정도의 다소 부정형인 구균으로, 1극의 편모를 가진다. 1997년에 전체 게놈이 해독되었으며(DSM 4304균주), 게놈 크기 217만 8400 염기쌍, ORF 2420으로 추정되었다.
- ''A. infectus'' ''A.'' 인펙투스
: 수요일 해산 해저 열수계에서 분리된 것. 아세트산을 기질로 하여 종속 영양적으로 증식한다. 최적 증식 온도는 70℃로, 이 속에서는 다소 낮다.
- ''A. lithotrophicus'' ''A.'' 리토트로피쿠스
: 석유 광상에 서식. 황산을 환원. 80℃ 부근에서 잘 증식.
- ''A. profundus'' ''A.'' 프로푼두스
: 심해의 열수 광상에 서식. 유기물을 기질로 하여, 황산 외에 아황산, 티오황산 등을 환원하여 종속 영양적으로 증식한다. 편모는 없다. 생육 범위는 65-90℃, 82℃에서 잘 증식.
- ''A. veneficus'' ''A.'' 베네피쿠스
: 심해의 열수 광상에 서식. 수소/이산화탄소+티오황산(또는 황산염) 등을 환원하여 독립 영양적으로 증식한다. 균형은 부정형 구균. 생육 온도는 65-85℃(최적 75-80℃). 생육 pH는 6.5-8.0(최적 pH 7.0)으로 이 속에서는 다소 높다.
현재 수용되는 분류는 명명법에 따른 원핵생물 이름 목록(LPSN)[4]과 국립생물공학정보센터(NCBI)를 기반으로 한다.[5]
{| class="wikitable"
|-
! colspan=1 | 16S rRNA 기반 LTP_06_2022[6][7][8]
! colspan=1 | 53개 마커 단백질 기반 GTDB 08-RS214[9][10][11]
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| style="vertical-align:top"
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비교 유전체 연구는 ''아르케오글로부스속'' 구성원이 메탄 생성 고세균과 가장 가까운 관계라는 증거를 제공한다.[2] 이는 모든 메탄 생성 고세균과 ''아르케오글로부스속''에서만 발견되는 10개의 보존된 고유 단백질의 존재에 의해 뒷받침된다.[2] 또한, 테르모코쿠스속, ''아르케오글로부스속'', 그리고 메탄 생성 고세균에서만 발견되는 18개의 단백질이 확인되었으며, 이는 이 세 그룹의 고세균이 다른 고세균과는 구별되는 공통 조상을 공유했을 수 있음을 시사한다.[2] 그러나 이러한 고세균 계통에서 이러한 고유 단백질이 공유되는 것은 수평 유전자 전달에 의한 것일 가능성도 배제할 수 없다.[2]
5. 1. 계통 분류
현재 수용되는 분류는 명명법에 따른 원핵생물 이름 목록(LPSN)[4]과 국립생물공학정보센터(NCBI)를 기반으로 한다.[5]{| class="wikitable"
|-
! colspan=1 | 16S rRNA 기반 LTP_06_2022[6][7][8]
! colspan=1 | 53개 마커 단백질 기반 GTDB 08-RS214[9][10][11]
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| style="vertical-align:top"
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5. 2. 분자적 특징
비교 유전체 연구는 ''아르케오글로부스속'' 구성원이 메탄 생성 고세균과 가장 가까운 관계라는 증거를 제공한다.[2] 이는 모든 메탄 생성 고세균과 ''아르케오글로부스속''에서만 발견되는 10개의 보존된 고유 단백질의 존재에 의해 뒷받침된다.[2] 또한, 테르모코쿠스속, ''아르케오글로부스속'', 그리고 메탄 생성 고세균에서만 발견되는 18개의 단백질이 확인되었으며, 이는 이 세 그룹의 고세균이 다른 고세균과는 구별되는 공통 조상을 공유했을 수 있음을 시사한다.[2] 그러나 이러한 고세균 계통에서 이러한 고유 단백질이 공유되는 것은 수평 유전자 전달에 의한 것일 가능성도 배제할 수 없다.[2]6. 생태 및 응용
6. 1. 생태
아르케오글로부스속 종은 다양한 탄소원을 활용하여 청소부 역할을 하며 환경을 이용한다. 이들은 지방산, 아미노산 분해, 알데히드, 유기산, 그리고 아마도 CO에서도 탄소를 얻을 수 있다. 약 83 °C의 고온이 ''아르케오글로부스속''의 이상적인 생장 온도이지만, 바이오필름 환경은 어느 정도의 환경적 탄력성을 제공한다. 바이오필름은 다당류, 단백질, 그리고 금속으로 구성된다.6. 2. 산업적 응용
''아르케오글로부스속'' 구성원들은 황화철을 생성하여 석유 및 가스 처리 시스템에서 철과 강철의 부식을 유발하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들의 생물막은 금속 오염된 샘플을 해독하거나 경제적으로 회수 가능한 형태로 금속을 모으는 형태로 산업적 또는 연구적 응용이 가능하다.6. 3. 의학적 가능성
생물막으로 보호되는 세포는 기존의 항균 요법으로는 파괴하기 어렵다.[3]7. 주요 종
- ''' ''A. fulgidus'' ''A.'' 풀기두스'''
1988년 북해 유전에서 발견되었으며, 연안의 열수 분출구에도 서식한다. 생육 범위는 60-95℃(최적 생육 온도는 83℃), pH는 5.5-7.5(동 pH 6.5)이다. 수소/이산화탄소+황산염으로 독립 영양적으로 증식하며, 증식에 1-3.5%(동 1.5%)의 저농도 NaCl을 요구한다. 0.6μm 정도의 다소 부정형인 구균으로, 1극의 편모를 가진다. 1997년에 전체 게놈이 해독되었으며(DSM 4304균주), 게놈 크기 217만 8400 염기쌍, ORF 2420으로 추정되었다.
- ''' ''A. infectus'' ''A.'' 인펙투스'''
수요일 해산 해저 열수계에서 분리되었으며 아세트산을 기질로 하여 종속 영양적으로 증식한다. 최적 증식 온도는 70℃이다.
- ''' ''A. lithotrophicus'' ''A.'' 리토트로피쿠스'''
석유 광상에 서식하며 황산을 환원한다. 80℃ 부근에서 잘 증식한다.
- ''' ''A. profundus'' ''A.'' 프로푼두스'''
심해의 열수 광상에 서식하며 유기물을 기질로 하여, 황산 외에 아황산, 티오황산 등을 환원하여 종속 영양적으로 증식한다. 편모는 없다. 생육 범위는 65-90℃이며, 82℃에서 잘 증식한다.
- ''' ''A. veneficus'' ''A.'' 베네피쿠스'''
심해의 열수 광상에 서식하며 수소/이산화탄소+티오황산(또는 황산염) 등을 환원하여 독립 영양적으로 증식한다. 균형은 부정형 구균이다. 생육 온도는 65-85℃(최적 75-80℃)이다. 생육 pH는 6.5-8.0(최적 pH 7.0)이다.
참조
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Enzymes and coenzymes of the carbon monoxide dehydrogenase pathway for autotrophic CO2 fixation in Archaeoglobus lithotrophicus and the lack of carbon monoxide dehydrogenase in the heterotrophic A. profundus
https://doi.org/10.1[...]
Arch. Microbiol.
1995
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Phylogenomic analysis of proteins that are distinctive of Archaea and its main subgroups and the origin of methanogenesis
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The complete genome sequence of the hyperthermophilic, sulphate-reducing archaeon Archaeoglobus fulgidus
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