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피로바쿨룸속

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목차

1. 개요

피로바쿨룸속은 막대 모양의 고세균으로, 고온 환경에서 발견된다. 이 속의 세균들은 그람 음성이며 S-층으로 둘러싸여 있다. P. aerophilum은 산소가 있는 환경에서도 생존 가능하며, P. yellowstonensis는 황 및 비소산염을 전자 수용체로 사용한다. P. aerophilum은 2,222,430bp의 원형 게놈을 가지며, 2605개의 단백질 암호화 서열을 포함한다. 피로바쿨룸속은 통성 호기성 또는 절대 혐기성으로, 황 환원 및 유기 영양 방식으로 성장하며, 중성에서 약알칼리성 환경의 끓는 용수나 해양 열수 시스템에서 분리된다.

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피로바쿨룸속 - [생물]에 관한 문서
속 정보
도메인고균
계크렌고균계
문크렌고균문
강테르모프로테우스강
목테르모프로테우스목
과테르모프로테우스과
속피로바쿨룸속
학명Pyrobaculum
속 명명자Huber et al., 1988
하위 분류
종P. aerophilum
P. arsenaticum
P. calidifontis
P. ferrireducens
P. igneiluti
P. islandicum
P. neutrophilum
P. oguniense
P. organotrophum

2. 특징 및 중요성

''Pyrobaculum''은 라틴어 이름("불 막대")에서 알 수 있듯이, 막대 모양의 고세균이며 고온 환경에서 분리된다. 그람 음성이며 세포는 단백질 서브유닛으로 구성된 S-층으로 둘러싸여 있다.

''P. aerophilum''은 고온성 세균이며 대사적으로 다재다능한 유기체이다. 다른 고온성 세균과 달리, 산소가 있는 환경에서도 생존할 수 있으며, 미호기성 조건에서 효율적으로 성장한다.

''Pyrobaculum yellowstonensis'' 균주 WP30은 미국 옐로스톤 국립공원(YNP)의 황 퇴적물(조셉 코트 핫 스프링 [JCHS], 80°C, pH 6.1, 135 μM As)에서 얻어졌으며, 화학영양생물이며 원소 황 및/또는 비소산염을 전자 수용체로 필요로 한다. 원소 황과 비소산염이 있는 환경에서 성장하면 티오비소산염과 폴리설파이드가 생성되었다. 이 유기체의 전체 게놈은 염기 서열 분석되었으며(1.99 Mb, 58% G+C 함량), 탄수화물, 아미노산, 지질의 분해를 위한 수많은 대사 경로가 밝혀졌다. 황 및 비소의 환원에 관련된 여러 개의 디메틸 설폭사이드-몰리브도프테린 (DMSO-MPT) 산화 환원 효소 유전자가 확인되었다. 거의 모든 필수 조효소와 대사 산물의 ''de novo'' 합성을 위한 경로가 확인되었다. ''P. yellowstonensis''의 비교 유전체학과 JCHS에서 조립된 메타게놈 서열을 통해 이 유기체가 ''생체 내'' 개체군 동태와 매우 관련이 있음(평균 뉴클레오티드 서열 동일성 약 95%)을 알 수 있었다. ''P. yellowstonensis''의 생리학적 속성과 대사 능력은 YNP에서 이러한 개체군의 분포와 기능을 이해하는 데 중요한 기반을 제공한다.

1987년에 아이슬란드의 지열 발전소 및 이탈리아의 유황공에서 분리되었다. 당시 100°C에서 증식이 가능한 생물은 모두 해양에서 발견된 고세균에 한정되어 있었으며, ''Pyrobaculum islandicum''의 발견은 이러한 상식을 뒤집었다. 1996년에 이탈리아의 해안에서 발견된 최고 104°C에서 증식할 수 있는 ''Pyrobaculum aerophilum''은 호기적 조건 하에서 증식하는 것이 확인되었으며, 100°C를 넘는 온도에서 유일하게 증식이 가능한 (통성) 호기성 생물로 여겨진다 (미호기성 생물을 포함하면 ''Pyrolobus fumarii''가 있다).

영양적 성질로서는, 효모 추출물이나 펩톤을 주체로 한 배지에서 종속 영양적으로 증식한다. 전자 수용체는 종에 따라 다르며, 황, 티오황산, 질산염, 산소 등이 이용 가능하다.

세포벽은 일반적인 고세균과 마찬가지로 S-층으로 구성되며, 그람 염색에서는 음성을 나타낸다. 형태는 막대 모양이며, 끝에 편모를 가진 경우가 많다. 증식은 한쪽 극에서 출아에 의해 이루어진다.


  • 생육 온도: 70°C-104°C (최적 100°C 부근)
  • 생육 pH: pH 6-9 부근
  • 생육 NaCl 농도: 0에서 해수 농도 정도


게놈은 ''P. aerophilum''(2002년), ''P. islandicum''(2006년), ''P. calidifontis''(2007년), ''P. arsenaticum''(2007년)의 4종에 대해 해독되었다. 게놈 크기는 1.8-2.3Mbp, ORF는 1900-2700개이다.

3. 게놈 구조

가장 먼저 염기 서열이 밝혀진 ''피로바쿨룸'' 종은 ''P. aerophilum''이었다. 이 종의 원형 게놈 염기 서열은 2,222,430bp이며, 2605개의 단백질 암호화 서열(CDS)을 포함한다.[1] ''P. aerophilum'' (2002년), ''P. islandicum'' (2006년), ''P. calidifontis'' (2007년), ''P. arsenaticum'' (2007년)의 4종에 대해 게놈 해독이 완료되었다. 게놈 크기는 1.8-2.3Mbp, ORF는 1900-2700개이다.

4. 세포 구조 및 대사

''Pyrobaculum''은 라틴어 이름("불 막대")에서 알 수 있듯이, 막대 모양의 고세균이며 고온 환경에서 분리된다. 그람 음성이며 세포는 단백질 서브유닛으로 구성된 S-층으로 둘러싸여 있다.[1]

무산소 조건에서, 이 고세균은 탈질소 경로를 통해 질산염을 분자 질소로 환원시킨다. 대부분의 종은 황 환원을 통해 화학 리소 자가 영양 방식으로, 또는 황 호흡이나 발효를 통해 유기 영양 방식으로 성장한다. 세포는 막대 모양이며 거의 직사각형의 끝을 가지고, 크기는 약 1.5–8µm × 0.5–0.6µm이다. ''피로바쿨룸''은 주모성 또는 양극 다모성 편모를 통해 운동성을 가지며, 군체는 둥글고 회색에서 녹색, 검은색을 띤다. 이 종은 통성 호기성 또는 절대 혐기성이다. 효모 추출물, 펩톤, 육류 추출물에서 성장이 관찰되었지만, 갈락토스, 포도당, 말토스, 전분 글리코겐, 에탄올, 메탄올, 포름아미드, 포름산염, 말산염, 프로피오네이트, 젖산염, 아세테이트, 카사미노산에서는 성장이 관찰되지 않았다.

유전적으로 염기서열이 밝혀진 최초의 ''피로바쿨룸'' 종인 ''P. aerophilum'' (막대 모양, 3–8µm × 0.6µm)은 호기성 호흡이 가능하다는 점에서 고세균으로서는 드문 특징을 가진다(aerophilum = "공기를 좋아하는"). 이는 질산염이 없을 때 산소가 있는 환경에서만 고세균이 성장한다는 사실에서 분명하게 드러난다. 이 종은 둥글고 회색빛 노란색을 띠는 군체를 생성한다. 호기성 및 혐기성 호흡 동안 유기 화합물(효모 추출물, 육류 추출물, 트립톤 및 펩톤과 같은 복잡한 유기물을 기질로 사용할 때 최대 세포 밀도가 관찰됨)과 무기 화합물을 모두 사용한다. 또한, 원소 황을 사용한 성장도 관찰되었다. ''P. aerophilum''은 75°C~104°C에서 성장하며 최적 성장 온도는 100°C이다.

정지기 배양에서, ''피로바쿨룸 칼리디폰티스'' 세포가 뭉쳐지는 현상이 관찰되었다.[1] 이러한 응집은 고세균 번들링 필리(ABP)에 의해 매개될 가능성이 높으며, 이는 고도로 정렬된 양극 번들로 조립된다.[2] 이러한 번들의 양극성은 최소 두 개 이상의 서로 다른 세포로부터의 필라멘트 연관성에서 비롯될 가능성이 높다. 구성 단백질인 AbpA는 세균성 단백질 TasA와 서열 및 구조적 수준 모두에서 상동성을 보이며, 이는 세균 생물막에서 세포외 기질의 주요 구성 요소이자 생물막 안정성에 기여한다.[2]

영양적 성질로서는, 효모 추출물이나 펩톤을 주체로 한 배지에서 종속 영양적으로 증식한다. 전자 수용체는 종에 따라 다르며, 황, 티오황산, 질산염, 산소 등이 이용 가능하다.

세포벽은 일반적인 고세균과 마찬가지로 S-층으로 구성되며, 그람 염색에서는 음성을 나타낸다. 형태는 막대 모양이며, 끝에 편모를 가진 경우가 많다. 증식은 한쪽 극에서 출아를 통해 이루어진다.

5. 생태

피로바쿨룸속 균주는 중성에서 약알칼리성 끓는 솔파타라 용수와 얕은 해양 열수 시스템에서 분리되었다. 피로바쿨룸 아에로필룸( ''P. aerophilum'')은 이탈리아 이스키아의 마론티 해변에 있는 끓는 해양의 물구멍에서 분리되었다. 추가 연구에 따르면 ''P. aerophilum''은 전자 수용체로 질산염을 사용하여 절대 혐기성 조건에서 성장한다.

1987년에 아이슬란드의 지열 발전소 및 이탈리아의 유황공에서 분리되었다. 당시 100°C에서 증식이 가능한 생물은 모두 해양에서 발견된 고세균에 한정되어 있었으며, 피로바쿨룸 이슬란디쿰( ''Pyrobaculum islandicum'')의 발견은 이러한 상식을 뒤집었다. 또한, 1996년에 이탈리아의 해안에서 발견된 최고 104°C에서 증식할 수 있는 피로바쿨룸 아에로필룸은 호기적 조건 하에서 증식하는 것이 확인되었으며, 100°C를 넘는 온도에서 유일하게 증식이 가능한 (통성) 호기성 생물로 여겨진다 (미호기성 생물을 포함하면 피로로부스 푸마리이(''Pyrolobus fumarii'')가 있다).

영양적 성질로서는, 효모 추출물이나 펩톤을 주체로 한 배지에서 종속 영양적으로 증식한다. 전자 수용체는 종에 따라 다르며, 황이나 티오황산, 질산염, 산소 등이 이용 가능하다.

세포벽은 일반적인 고세균과 마찬가지로 S층으로 구성되며, 그람 염색에서는 음성을 나타낸다. 형태는 막대 모양이며, 끝에 편모를 가진 경우가 많다. 증식은 한쪽 극에서 출아에 의해 이루어진다.

생육 조건은 다음과 같다.

조건범위
생육 온도70-104°C (최적 100°C 부근)
생육 pHpH 6-9 부근
생육 염화 나트륨(NaCl) 농도0에서 해수 농도 정도


6. 계통 분류

다음은 16S rRNA 기반 LTP_06_2022[5][6][7]와 53개 마커 단백질 기반 GTDB 08-RS214[8][9][10]에 따른 계통 분류이다.

16S rRNA 기반 LTP_06_202253개 마커 단백질 기반 GTDB 08-RS214


참조

[1] 간행물 Pyrobaculum calidifontis sp. nov., a novel hyperthermophilic archaeon that grows in atmospheric air. 2002
[2] 간행물 Archaeal bundling pili of ''Pyrobaculum calidifontis'' reveal similarities between archaeal and bacterial biofilms. 2022
[3] 웹사이트 Pyrobaculum https://lpsn.dsmz.de[...] List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature 2023-06-10
[4] 웹사이트 Pyrobaculum https://www.ncbi.nlm[...] National Center for Biotechnology Information 2023-06-10
[5] 웹사이트 The LTP https://imedea.uib-c[...] 2023-05-10
[6] 웹사이트 LTP_all tree in newick format https://imedea.uib-c[...] 2023-05-10
[7] 웹사이트 LTP_06_2022 Release Notes https://imedea.uib-c[...] 2023-05-10
[8] 웹사이트 GTDB release 08-RS214 https://gtdb.ecogeno[...] 2023-05-10
[9] 웹사이트 ar53_r214.sp_label https://data.gtdb.ec[...] 2023-05-10
[10] 웹사이트 Taxon History https://gtdb.ecogeno[...] 2023-05-10
[11] 웹인용 NCBI taxonomy resources ftp://ftp.ncbi.nih.g[...] National Center for Biotechnology Information 2010-11-25


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