Thermotogaceae

Термотоговые
Thermotoga
Схематическое изображение бактерии рода Thermotoga
Научная классификация
Домен:
Тип:
Термотоги (Thermotogae Reysenbach 2001)
Порядок:
Thermotogales Reysenbach 2002
Семейство:
Термотоговые
Международное научное название
Thermotogaceae Reysenbach 2002

Термотоговые[1] (лат. Thermotogaceae) — семейство бактерий из типа и класса термотог[2][3][4] (Thermotogae). Грамотрицательные анаэробные, в основном термофильные и гипертермофильные микроорганизмы[5]. Название типового рода Thermotoga, от которого произошли названия более высоких таксонов, отражает его существование при высоких температурах, вкупе с характерной, похожей на футляр структурой, называемой «тога», окружающей клетки этих видов[6].

Несмотря на то, что виды Thermotogaceae отрицательно окрашиваются по Граму, они окружены одной липидной мембраной, являясь таким образом монодермными бактериями[7][8]. Относительно недавно были обнаружены представители Thermotogaceae, существующие при мезофильных температурах[9].


Таксономия[ | ]

Семейство термотоговых — единственный представитель порядка Thermotogales. На июль 2019 г. в семейство включают 3—4 рода[10]:

  • Fervidobacterium Patel et al. 1985
  • ? Thermococcoides Feng et al. 2010 [скорее всего является синонимом рода Kosmotoga DiPippo et al. 2009 emend. Nunoura et al. 2010]
  • Thermosipho Huber et al. 1989 emend. Ravot et al. 1996
  • Thermotoga Stetter and Huber 1986typus

По данным NCBI, в семейство входят 4 рода, но 3 из них — другие[11]:

Было обнаружено, что на филогенетическом дереве, построенном на основании последовательностей 16S рРНК, Thermotogae ответвляются вместе с Aquificae (ещё одним типом, состоящим из гипертермофильных организмов) поблизости от точки разветвления бактерий и архей[5][6]. Однако, глубокие родственные связи между Thermotogae и Aquificae, также как и раннее ответвление последних, не подтверждаются филогенетическими исследованиями, основанными на сравнении последовательностей других генов и белков[12][13][14][15], а также консервативных таксонспецифических инделов (вставок и делеций) в нескольких высококонсервативных повсеместно встречающихся белках[16]. Thermotogae также привлекли внимание ученых благодаря сообщениям о вероятном очень значительном горизонтальном переносe генов между этими бактериями и археями[17][18]. Однако, недавние исследования, основанные на более надёжных методиках, показывают, что случаи горизонтального переноса генов между Thermotogae и другими группами, включая Archaea, не настолько распространены, как предполагалось в ранних исследованиях[19][20][21][22].

Характерные молекулярно-генетические черты[ | ]

До недавнего времени не было известно каких-либо биохимических или молекулярно-генетических маркеров, которые отличали бы виды типа Thermotogae от всех других бактерий[5]. Однако, недавний сравнительный геномный анализ выявил большое количество консервативных таксонспецифичных инделов (вставок и делеций) («сonserved signature indel», CSIs) в важных белках, сспецифичных либо для всего типа Thermotogae, либо для некоторых из его подгрупп[21].

Восемнадцать из этих консервативных инделов в таких важных для жизнедеятельности белках, как Pol1, RecA, TrpRS и рибосомных белках L4, L7/L12, S8, S9 и т. д. — уникальны и присутствуют во всех видах Thermotogaceae, чей геном был секвенирован. Кроме того, эти исследования также выявили 14 консервативных инделов специфичных для клады, включающей роды Fervidobacterium и Thermosipho, 12 консервативных инделов специфичных для рода Thermotoga (кроме Thermotoga lettingae) и 8 консервативных инделов, могущих служить молекулярными маркерами для видов рода Thermosipho[21].

Также, существование отдельной клады, состоящей из рано ответвляющихся от основного ствола филогенетического дерева видов Petrotoga mobilis, Kosmotoga olearia и Thermotogales bacterium mesG1, обосновано наличием 7 консервативных инделов общих для этих видов[21]. Кроме того, авторы сообщают, что некоторые CSI подтверждают данные о горизонтальном переносе генов между Thermotogae и другими группами прокариот[21].

Филогения[ | ]

Принятая на сегодня таксономия основана на List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN)[10][23] и филогения соответствует основанному на последовательностях 16S рРНК выпуску The All-Species Living Tree Project 111[24].

?Caldotoga fontanaXue et al. 1999

Thermotogaceae

?Mesotoga prima Nesbo et al. 2013

?Thermopallium natronophilumDuckworth et al. 1996

  Thermotoga

?T. katamachiiTakahata et al. 2000

?T. kuroiiTakahata et al. 2000

T. naphthophila Takahata et al. 2001

T. petrophila Takahata et al. 2001

T. maritima Stetter and Huber 1986 (type sp.)

T. neapolitana Jannasch et al. 1989

T. hypogea Fardeau et al. 1997

T. thermarum Windberger et al. 1992

T. subterranea Jeanthon et al. 2000

T. elfii Ravot et al. 1995

T. lettingae Balk et al. 2002

  Fervidobacterium

?F. pennivorans Friedrich and Antranikian 1999

F. changbaicum Cai et al. 2007

F. islandicum Huber et al. 1991

F. nodosum Patel et al. 1985 (type sp.)

F. gondwanense Andrews and Patel

F. riparium Podosokorskaya et al. 2011

  Thermosipho

?T. ferriphilusKendall et al. 2002

T. geolei L'Haridon et al. 2001

T. atlanticus Urios et al. 2004

T. affectus Podosokorskaya et al. 2011

T. melanesiensis Antoine et al. 1997

T. globiformans Kuwabara et al. 2011

T. africanus Huber et al. 1989 emend. Ravot et al. 1996 (type sp.)

T. japonicus Takai and Horikoshi 2000

Kosmotoga arenicorallina Nunoura et al. 2011

Kosmotoga olearia DiPippo et al. 2009 (type sp.)

Thermococcoides shengliensis Feng et al. 2010

  Marinitoga

M. hydrogenitolerans Postec et al. 2005

M. litoralis Postec et al. 2010

M. okinawensis Nunoura et al. 2007

M. piezophila Alain et al. 2002

M. camini Wery et al. 2001 (type sp.)

Oceanotoga teriensis Jayasinghearachchi and Lal 2011

  Geotoga

?G. aestuarianusHolton et al. 2002

G. petraea Davey et al. 1993 (type sp.)

G. subterranea Davey et al. 1993

Defluviitoga tunisiensis Ben Hania et al. 2012

  Petrotoga

P. sibirica L'Haridon et al. 2002

P. olearia L'Haridon et al. 2002

P. mexicana Miranda-Tello et al. 2004

P. mobilis Lien et al. 1998

P. halophila Miranda-Tello et al. 2007

P. miotherma Davey et al. 1993 (type sp.)

Примечания:
♠ Штамм найден в National Center for Biotechnology Information NCBI, но не обозначен в List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN)
♥ Штамм отсутствует в National Center for Biotechnology Information NCBI, но обозначен в List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN)

Применение[ | ]

Из-за своей способности хорошо себя чувствовать при высоких температурах некоторые виды Thermotogaceae рассматриваются в качестве привлекательных кандидатов для использования в промышленных процессах[25]. Способность Thermotogaceae в процессе метаболизма использовать различные сложные углеводороды, выделяя при этом газообразный водород приводит к тому, что эти виды упоминаются в качестве возможного биотехнологического источника энергии, альтернативного ископаемому топливу[26].

См. также[ | ]

Примечания[ | ]

  1. Шаталкин А. И. На книгу «Монтаж древа жизни» // Журнал общей биологии. — 2006. — Т. 67, № 3. — С. 227—236.
  2. Троценко Ю. А., Доронина Н. В., Ли Ц. Д., Решетников А. С. Умеренно галоалкалофильные аэробные метилобактерии // Микробиология. — 2007. — Т. 76, № 3. — С. 293—305.
  3. Шаталкин А. И. Высший уровень деления классификации организмов. 3. Одноплёночные (Monodermata) и Двуплёночные (Didermata) организмы // Журнал общей биологии. — 2004. — Т. 65, № 3. — С. 195—210.
  4. Заварзин Г. А. Протеобактерии: экологический принцип в систематике прокариот // Природа. — Наука, 1990. — № 5. — С. 11.
  5. 1 2 3 Huber R. and Hannig M. (2006) Thermotogales. Prokaryotes 7: 899—922.
  6. 1 2 Reysenbach A.-L. (2001). Phylum BII. Thermotogae phy. nov. In: Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, pp. 369—387. Eds D. R. Boone, R. W. Castenholz. Springer-Verlag: Berlin.
  7. Gupta R. S. Protein phylogenies and signature sequences: A reappraisal of evolutionary relationships among archaebacteria, eubacteria, and eukaryotes (англ.) // Microbiol Mol Biol Rev : journal. — 1998. — Vol. 62. — P. 1435—1491. — PMID 9841678.
  8. Gupta R. S. Origin of diderm (Gram-negative) bacteria: antibiotic selection pressure rather than endosymbiosis likely led to the evolution of bacterial cells with two membranes (англ.) // Antonie van Leeuwenhoek : journal. — 2011. — Vol. 100. — P. 171—182. — doi:10.1007/s10482-011-9616-8. — PMID 21717204.
  9. Nesbo C. L., Kumaraswamy R., Dlutek M., Doolittle W. F., and Foght J. Searching for mesophilic Thermotogales bacteria: "mesotogas" in the wild (англ.) // Appl Environ Microbiol : journal. — 2010. — Vol. 76. — P. 4896—4900. — doi:10.1128/AEM.02846-09. — PMID 20495053.
  10. 1 2 Classification of domains and phyla - Hierarchical classification of prokaryotes (bacteria) : Version 2.2 : [англ.] // LPSN. — 2019. — 22 June.
  11. NCBI: Thermotogaceae
  12. Klenk H. P., Meier T. D., Durovic P., et al. RNA polymerase of Aquifex pyrophilus: Implications for the evolution of the bacterial rpoBC operon and extremely thermophilic bacteria (англ.) // J Mol Evol : journal. — 1999. — Vol. 48. — P. 528—541. — PMID 10198119.
  13. Gupta R. S. The phylogeny of Proteobacteria: relationships to other eubacterial phyla and eukaryotes (англ.) // FEMS Microbiol Rev : journal. — 2000. — Vol. 24. — P. 367—402. — PMID 10978543.
  14. Ciccarelli F. D., Doerks T., von Mering C., Creevey C. J., Snel B., and Bork P. Toward automatic reconstruction of a highly resolved tree of life (англ.) // Science : journal. — 2006. — Vol. 311. — P. 1283—1287. — doi:10.1126/science.1123061. — PMID 16513982.
  15. Di Giulio M. The universal ancestor was a thermophile or a hyperthermophile: Tests and further evidence (англ.) // J Theor Biol : journal. — 2003. — Vol. 221. — P. 425—436. — PMID 12642117.
  16. Griffiths E. and Gupta R. S. Signature sequences in diverse proteins provide evidence for the late divergence of the order Aquificales. (англ.) // International Microbiol : journal. — 2004. — Vol. 7. — P. 41—52. — PMID 15179606.
  17. Nelson K. E., Clayton R., Gill S. et al. Evidence for lateral gene transfer between Archaea and Bacteria from genome sequence of Thermotoga maritima (англ.) // Nature : journal. — 1999. — Vol. 399, no. 6734. — P. 323—329. — doi:10.1038/20601. — PMID 10360571.
  18. Nesbo C. L., L'Haridon S., Stetter K. O., and Doolittle W. F. Phylogenetic analyses of two "Archaeal" genes in Thermotoga maritima reveal multiple transfers between Archaea and Bacteria (англ.) // Mol Biol Evol : journal. — 2001. — Vol. 18. — P. 362—375. — PMID 11230537.
  19. Ochman H., Lawrence J. G., and Groisman E. A. Lateral gene transfer and the nature of bacterial innovation (англ.) // Nature : journal. — 2000. — Vol. 405. — P. 299—304. — PMID 10830951.
  20. Zhaxybayeva O., Swithers K. S., Lapierre P., et al. On the chimeric nature, thermophilic origin, and phylogenetic placement of the Thermotogales (англ.) // Proc Natl Acad Sci U S A : journal. — 2009. — Vol. 106. — P. 5865—5870. — doi:10.1073/pnas.0901260106. — PMID 19307556.
  21. 1 2 3 4 5 Gupta R. S. and Bhandari V. Phylogeny and molecular signatures for the phylum Thermotogae and its subgroups (англ.) // Antonie Van Leeuwenhoek : journal. — 2011. — Vol. 100. — P. 1—34. — doi:10.1007/s10482-011-9576-z. — PMID 21503713.
  22. Kunisawa T. Inference of the phylogenetic position of the phylum Deferribacteres from gene order comparison (англ.) // Antonie van Leeuwenhoek : journal. — 2011. — Vol. 99. — P. 417—422. — doi:10.1007/s10482-010-9492-7. — PMID 20706870.
  23. Sayers et al. Thermotogae. National Center for Biotechnology Information (NCBI) taxonomy database [1]. Дата обращения: 20 марта 2013.
  24. All-Species Living Tree Project.16S rRNA-based LTP release 111 (full tree). Silva Comprehensive Ribosomal RNA Database [2]. Дата обращения: 20 марта 2013.
  25. Eriksen N. T., Riis M. L., Holm N. K., and Iversen N. H(2) synthesis from pentoses and biomass in Thermotoga spp. (англ.) // Biotechnol Lett. : journal. — 2010. — Vol. 33, no. 2. — P. 293—300. — doi:10.1007/s10529-010-0439-x. — PMID 20960218.
  26. Conners S. B., Mongodin E. F., Johnson M. R., Montero C. I., Nelson K. E., and Kelly R. M. Microbial biochemistry, physiology, and biotechnology of hyperthermophilic Thermotoga species (англ.) // FEMS Microbiol Rev : journal. — 2006. — Vol. 30. — P. 872—905. — PMID 17064285.