Гидрогенотрофный метаногенез – ключевой процесс в облигатно-синтрофном консорциуме анаэробной амебы Pelomyxa schiedti.

Журнал ISME (2023 г.) Процитировать эту статью

624 доступа

23 Альтметрика

Подробности о метриках

Pelomyxa — род анаэробных амеб, живущих в консорциумах с множеством прокариотических эндосимбионтов. Хотя симбионты составляют значительную часть клеточной биомассы, их метаболическая роль не изучена. Используя одноклеточную геномику и транскриптомику, мы охарактеризовали прокариотическое сообщество, связанное с P. schiedti, которое состоит из двух бактерий: Candidatus Syntropus pelomyxae (класс Deltaproteobacteria) и Candidatus Vesiculincola pelomyxae (класс Clostridia), а также метаногена Candidatus Methanoregula pelomyxae. . Флуоресцентная гибридизация in situ и электронная микроскопия показали, что Ca. Vesiculincola pelomyxae локализуется внутри везикул, тогда как остальные эндосимбионты свободно встречаются в цитозоле, причем Ca. Methanoregula pelomyxae обогащена вокруг ядра. Реконструкция метаболизма на основе генома и транскриптома позволяет предположить, что целлюлолитическая активность P. schiedti производит простые сахара, которые поддерживают его собственный метаболизм и метаболизм Ca. Vesiculincola pelomyxae, а Ca. Энергетический метаболизм Synтрофus pelomyxae основан на разложении бутирата и изовалерата из окружающей среды. И бактерии, и амеба используют гидрогеназы для переноса электронов от восстановленных эквивалентов к водороду - процесс, который требует низкого парциального давления водорода. Это достигается третьим эндосимбионтом Ca. Methanoregula pelomyxae, которая потребляет H2 и формиат для метаногенеза. В то время как бактериальные симбионты могут быть успешно уничтожены обработкой ванкомицином, не влияя на жизнеспособность амеб, обработка 2-бромэтансульфонатом, специфическим ингибитором метаногенеза, убивала амебы, что указывает на важность метаногенеза для этого консорциума.

Род Pelomyxa относится к Archamoebae и его представители обитают в гипоксических пресноводных средах [1,2,3]. Виды Pelomyxa, размер которых может достигать нескольких миллиметров, обладают многочисленными неподвижными жгутиками с аберрантной аксонемной структурой [4, 5] и первоначально считались лишенными элементарных клеточных органелл, таких как тельца Гольджи и митохондрии. Ранние морфологические исследования Pelomyxa palustris показали наличие гранул, похожих на микротельца, которые могут представлять собой органеллу, связанную с митохондриями (MRO) [6], а у Pelomyxa schiedti такая MRO была недавно охарактеризована с использованием одноклеточных геномных и транскриптомных подходов [7]. . Идентификация МРО у представителей Pelomyxa с помощью трансмиссионной электронной микроскопии затруднена, поскольку эти амебы содержат множество бактериальных эндосимбионтов [2, 8,9,10,11]. Эти эндосимбионты различаются размерами и локализацией, располагаются либо внутри вакуолей, либо свободно в цитоплазме, причем некоторые имеют тенденцию локализоваться вокруг ядер [2, 10]. Уже в оригинальном описании P. palustris упоминаются небольшие «танцующие палочки», наблюдавшиеся при разрушении клеток [12]. Более поздние исследования показали, что P. palustris содержит три типа эндосимбионтов; Грамположительные и грамотрицательные тонкие палочки и более крупная грамположительная бактерия прямоугольной формы [13, 14]. На основании продукции метана культурами P. palustris и характерной автофлуоресценции кофермента F420, наблюдаемой у двух тонких морфотипов, было высказано предположение, что это могут быть метаногены [15]. Это было дополнительно подтверждено выделением тонкой грамположительной метаногенной археи из P. palustris в чистую культуру, где она росла на H2/CO2 и формиате, и была идентифицирована как Methanobacterium formicicum [16]. Однако использование флуоресценции F420 не является полностью убедительным, поскольку этот кофактор также продуцируется некоторыми актинобактериями [17]. Более того, эти наблюдения противоречили другим исследованиям P. palustris, в которых утверждалось, что третий морфотип представляет собой метаногенных симбионтов [18]. Окончательно ситуация прояснилась с помощью секвенирования гена 16 S рРНК и флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), которые идентифицировали крупные клетки прямоугольной формы, расположенные вокруг ядра, как метаногенные археи из рода Methanosaeta, грамотрицательные палочки - как дельтапротеобактерии из рода Syntroporhabdus. , а грамположительные палочки – актинобактерии рода Rhodococcus [19]. Хотя метаболизм эндосимбионтов оставался неизвестным, было высказано предположение, что микробное сообщество внутри P. palustris напоминает сообщества, обнаруженные в активном иле [19], где представители родов Rhodococcus и Syntroporhabdus встречаются в синтрофных ассоциациях с метаногенами [20, 21].