Sulfolobus solfataricus -Sulfolobus solfataricus
| Sulfolobus solfataricus | |
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S. solfataricus
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Saccharolobus solfataricus (Stetter et Zillig 1980) Sakai et Kurosawa 2018
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Saccharolobus solfataricus est une espèce d' archéon thermophile . Il a été transféré du genre Sulfolobus au nouveau genre Saccharolobus avec la description de Saccharolobus caldissimus en 2018.
Il a été isolé et découvert pour la première fois dans le volcan Solfatara (dont il a par la suite été nommé) en 1980 par deux microbiologistes allemands Karl Setter et Wolfram Zillig, dans le volcan Solfatara (Pisciarelli-Campanie, Italie).
Cependant, ces organismes ne sont pas isolés des volcans mais se trouvent partout dans le monde dans des endroits tels que les sources chaudes. L'espèce pousse mieux à des températures autour de 80° Celsius, un pH entre 2 et 4, et suffisamment de soufre pour que le solfataricus se métabolise afin de gagner de l'énergie. Ces conditions le qualifient d' extrêmophile et il est spécifiquement connu comme thermoacidophile en raison de sa préférence pour les températures élevées et les faibles niveaux de pH et il appartient également aux catégories aérobie et hétérotrope pour son système métabolique. Il a généralement une forme de cellule sphérique et il fait des lobes fréquents. Étant un autotrophe, il reçoit de l'énergie en poussant sur du soufre ou même sur une variété de composés organiques.
Actuellement, c'est l'organisme le plus largement étudié qui se trouve dans la branche Crenarchaeota . Les Solfataricus sont recherchés pour leurs méthodes de réplication de l'ADN, de cycle cellulaire, d'intégration chromosomique, de transcription, de traitement de l'ARN et de traduction. Toutes les données indiquent que l'organisme possède un grand pourcentage de gènes spécifiques aux archées , ce qui montre les différences entre les trois types de microbes : archées , bactéries et eucaryas .
Génome
Sulfolobus solfataricus est le micro-organisme le plus étudié d'un point de vue moléculaire, génétique et biochimique pour sa capacité à prospérer dans des environnements extrêmes ; il est facilement cultivable en laboratoire ; de plus, il peut échanger du matériel génétique par des processus de transformation, de transduction et de conjugaison.
La principale motivation du séquençage de ces micro-organismes est due à la thermostabilité des protéines qui normalement se dénaturent à haute température . La séquence complète du génome de S. solfataricus a été achevée en 2001. Sur un seul chromosome, il existe 2 992 245 paires de bases qui codent pour 2 977 protéines et de nombreux ARN. Un tiers des protéines codées par S. solfataricus n'ont pas d'homologues dans d'autres génomes. Pour les protéines codées restantes, 40 % sont spécifiques à Archaea , 12 % sont partagées avec les bactéries et 2,3 % sont partagées avec Eukarya . ; 33% de ces protéines sont codées exclusivement dans Sulfolobus . Un grand nombre d'ORF (cadre de lecture ouvert) sont très similaires dans Thermoplasma .
De petits ARN nucléolaires (snoARN), déjà présents chez les eucaryotes, ont également été identifiés chez S.Solfataricus et S.acidolcaldarius . Ils sont déjà connus pour le rôle qu'ils jouent dans les modifications post-transcriptionnelles et l'élimination des introns de l'ARN ribosomique chez Eucarya.
Le génome de Sulfolobus est caractérisé par la présence de courtes répétitions en tandem, d'éléments d'insertion et répétitifs, il présente une large gamme de diversité car il possède 200 éléments de séquence d'insertion ISs différents.
Gyrase inverse thermophile
La stabilisation de la double hélice contre la dénaturation, chez les Archées, est due à la présence d'une enzyme thermophile spécifique particulière , la gyrase inverse. Il a été découvert dans des archées et des bactéries hyperthermophiles et thermophiles. Il y a deux gènes dans Sulfolobus qui codent chacun pour une gyrase inverse. Il s'agit de topoisomérases à ADN atypiques et dont l'activité de base consiste en la production de superbobines positives dans un ADN circulaire fermé. Le superenroulement positif est important pour empêcher la formation de complexes ouverts. Les gyrases inverses sont composées de deux domaines : le premier est celui de type hélicase et le second est la topoisomérase I. Un rôle possible de la gyrase inverse pourrait être l'utilisation du superenroulement positif pour assembler des structures de type chromatine. En 1997, les scientifiques ont découvert une autre caractéristique importante de Sulfolobus : ce micro-organisme contient une topoisomérase de type II, appelée TopoVI, dont la sous-unité A est homologue au facteur de recombinaison méiotique , Spo11 qui joue un rôle prédominant dans l'initiation de la recombinaison méiotique chez tous les Eucarya.
S. solfataricus est composé de trois topoisomérases de type I, TopA et de deux gyrases inverses, TopR1 et TopR2, et d'une topoisomérase de type II, TopoVI.
Protéines de liaison à l'ADN
Dans le Phylum Crenarchaeota, il existe trois protéines qui se lient au petit sillon de l' ADN comme les histones : Alba, Cren7 et Sso7d, qui sont modifiées après le processus de traduction. Ceux-ci sont petits et ont été trouvés dans plusieurs souches de Sulfolobus mais pas dans d'autres génomes. Les protéines de chromatine chez Sulfolobus représentent 1 à 5 % du total. Ils peuvent avoir à la fois des fonctions structurelles et régulatrices. Celles-ci ressemblent à des protéines HMG-box humaines, en raison de leur influence sur les génomes, pour l'expression et la stabilité, et sur les processus épigénétiques. Chez les espèces dépourvues d'histones, elles peuvent être acétylées et méthylées comme les histones eucaryotes. Les souches Sulfolobus présentent différentes protéines de liaison à l'ADN particulières, telles que la famille de protéines Sso7d. Ils stabilisent la double hélice, empêchant la dénaturation à haute température favorisant ainsi le recuit au-dessus du point de fusion .
Le composant principal de la chromatine archael est représenté par la protéine de la famille Sac10b connue sous le nom d'Alba (l'acétylation abaisse l'affinité de liaison). Ces protéines sont de petites protéines basiques et dimères de liaison aux acides nucléiques. De plus, il est conservé dans la plupart des génomes archéens séquencés. L'état d'acétylation d'Alba, par exemple, affecte l'accès au promoteur et la transcription in vitro, tandis que l'état de méthylation d'une autre protéine de la chromatine de Sulfolobus , Sso7D, est altéré par la température de culture.
Les travaux du groupe de Wolfram Zillig, représentant les premières preuves des caractéristiques eucaryotes de la transcription chez Archea, ont depuis fait de Sulfolobus un système modèle idéal pour les études de transcription. Des études récentes sur Sulfolobus, en plus d'autres espèces d'archées, se concentrent principalement sur la composition, la fonction et la régulation de la machinerie de transcription dans ces organismes et sur les aspects fondamentaux conservés de ce processus à la fois chez Eucarya et Archaea.
transfert d'ADN
L'exposition de Saccharolobus solfataricus aux agents endommageant l'ADN, l'irradiation UV , la bléomycine ou la mitomycine C induit l'agrégation cellulaire. D'autres facteurs de stress physiques, tels que les changements de pH ou de changement de température, n'induisent pas d'agrégation, ce qui suggère que l'induction de l'agrégation est causée spécifiquement par des dommages à l'ADN. Ajon et al. ont montré que l'agrégation cellulaire induite par les UV médie l'échange de marqueurs chromosomiques à haute fréquence. Les taux de recombinaison dépassaient ceux des cultures non induites jusqu'à trois ordres de grandeur. Frols et al. et Ajon et al. ont émis l'hypothèse que le processus de transfert d'ADN inductible par UV et la réparation par recombinaison homologue subséquente représentent un mécanisme important pour maintenir l'intégrité des chromosomes. Cette réponse peut être une forme primitive d'interaction sexuelle, similaire à la transformation bactérienne plus bien étudiée qui est également associée au transfert d'ADN entre les cellules conduisant à une réparation par recombinaison homologue des dommages à l'ADN.
Métabolisme
Sulfolobus solfataricus est connu pour se développer de manière chimio-organotrophique, en présence d'oxygène, sur une variété de composés organiques tels que les sucres, les alcools, les acides aminés et les composés aromatiques comme le phénol .
Il utilise une voie modifiée Entner-Doudroff pour l'oxydation du glucose et les molécules de pyruvate résultantes peuvent être totalement minéralisées dans le cycle du TCA .
L'oxygène moléculaire est le seul accepteur d'électrons connu en bout de chaîne de transport d'électrons . Outre les molécules organiques, cette espèce d' Archea peut également utiliser le sulfure d'hydrogène et le soufre élémentaire comme donneurs d'électrons et fixer le CO2 , éventuellement au moyen du cycle HP/HB, ce qui la rend également capable de vivre de manière chimiotrophique. Des études récentes ont également trouvé la capacité de faire croître, quoique lentement, l'hydrogène moléculaire oxydant.
Ferrédoxine
La ferrédoxine est soupçonnée d'agir comme le principal transporteur d'électrons métaboliques chez S. solfataricus . Cela contraste avec la plupart des espèces des bactéries et des eukaryas, qui dépendent généralement du NADH comme principal porteur d'électrons. S. solfataricus a de fortes caractéristiques eucaryotes associées à de nombreuses capacités uniques spécifiques aux archées. Les résultats des découvertes provenaient des méthodes variées de leurs mécanismes d'ADN, de leurs cycles cellulaires et de leur appareil de transition. Dans l'ensemble, l'étude était un excellent exemple des différences trouvées dans les crenarchaea et euryarchaea.
Écologie
Habitat
S. solfataricus est une Archea termophile extrême, comme le reste des espèces du genre Sulfolobus, elle a des conditions de croissance optimales dans les zones à forte activité volcanique, avec des températures élevées et un pH très acide, ces conditions spécifiques sont typiques de zone volcanique comme geyser ou sources thermales, en fait les pays les plus étudiés où des micro-organismes ont été trouvés sont : les États-Unis (Parc national de Yellowstone), la Nouvelle-Zélande, l'île et l'Italie, notoirement célèbres pour des phénomènes volcaniques comme ceux-ci. Une étude menée par une équipe de scientifiques indonésiens a montré la présence d'une communauté de Sulfolobus également dans l'ouest de Java, confirmant que des peurs élevées, un faible pH et une présence de soufre sont des conditions nécessaires à la croissance de ces microbes.
Acidification du sol
S. solfataricus est capable d'oxyder le soufre selon une stratégie métabolique, l'un des produits de ces réactions est H+ et, par conséquent, il en résulte une acidification lente de la zone environnante. L'acidification des sols augmente là où il y a des émissions de polluants provenant de l'activité industrielle, et ce processus réduit le nombre de bactéries hétérotrophes impliquées dans la décomposition, qui sont fondamentales pour recycler la matière organique et finalement pour fertiliser les sols.
Biotechnologie : Exploiter la ressource Sulfolobus
Aujourd'hui, dans de nombreux domaines d'application, nous nous intéressons à l'utilisation de Sulfolobus sulfataricus comme source d'enzymes de stabilité thermique pour la recherche et le diagnostic, ainsi que dans les industries alimentaires, textiles et de nettoyage, et l'industrie des pâtes et papiers. De plus, cette enzyme est surchargée en raison de sa diversité catalytique, de sa stabilité à pH et à température élevée, augmentée aux solvants organiques et à sa résistance à la protéolyse.
À l'heure actuelle, les lipides tétraesters, les vésicules membranaires aux propriétés antimicrobiennes, les composants du tréhalose et les nouveaux β-galactooligosaccharides deviennent de plus en plus importants.
-galactosidase
L'enzyme thermostable β-galactosidase isolée de la souche MT-4, archaebactérie extrêmement thermophile Sulfolobus solfataricus.
Cette enzyme est utilisée sur de nombreux procédés industriels de fluides contenant du lactose en les purifiant et en les caractérisant pour leurs propriétés physico-chimiques.
Protéases
L'industrie s'intéresse aux protéases stables ainsi qu'à de nombreuses protéases sulfolobus différentes qui ont été étudiées.
Une aminopeptidase active associée à la chaperonine de Solfobulus solfataricus MT4 a été décrite .
Sommaruga et al. (2014) ont également amélioré la stabilité et le rendement de réaction d'une carboxypeptidase bien caractérisée de S. solfataricus MT4 par des nanoparticules magnétiques immobilisant l'enzyme.
Estérases / lipases
Une nouvelle enzyme lipolytique extracellulaire thermostable sérine arylestérase qui est à l'origine découverte pour leur grande action dans l'hydrolyse des organophosphates de l'archéon thermoacidophile Sulfolobus solfataricus P1 .
Chaperonins
En réaction au choc thermique (50,4 °C) dans les cellules E.Coli , une minuscule protéine d'étourdissement chaud (S.so-HSP20) de S.solfataricus P2 a été utilisée efficacement pour améliorer la tolérance.
Compte tenu du fait que la chaperonine Ssocpn (920 kDa), qui comprend l' ATP , le K+ et le Mg2+ mais n'a produit aucune protéine supplémentaire dans S. solfataricus pour fournir des protéines effondrées et dynamiques à partir de matériaux dénaturés, elle a été stockée sur une cellule d'ultrafiltration, tandis que les substrats renaturés se déplaçaient à travers le film.
Liposomes
En raison de son matériau lipidique tétraéther, la membrane des Archaea thermophiles extrêmes est unique dans sa composition. Les lipides d'archaea sont une source prometteuse de liposomes avec une stabilité exceptionnelle de la température et du pH et une étanchéité contre les fuites de soluté. De tels archéosomes sont des instruments possibles pour l'administration de médicaments, de vaccins et de gènes.
Les références
Lectures complémentaires
- Fiorentino G, Del Giudice I, Petraccone L, Bartolucci S, Del Vecchio P (juin 2014). « Stabilité conformationnelle et propriétés de liaison au ligand de BldR, un membre de la famille MarR, de Sulfolobus solfataricus ». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Protéines et Protéomique . 1844 (6) : 1167-1172. doi : 10.1016/j.bbapap.2014.03.011 . PMID 24704039 .
- de Rosa M, Bemporad F, Pellegrino S, Chiti F, Bolognesi M, Ricagno S (septembre 2014). "L'ingénierie des brins de bord empêche l'agrégation de type natif dans l'acylphosphatase de Sulfolobus solfataricus" . La revue FEBS . 281 (18) : 4072–84. doi : 10.1111/fév.12861 . PMID 24893801 .
- Gamsjaeger R, Kariawasam R, Touma C, Kwan AH, White MF, Cubeddu L (octobre 2014). « Affectations de résonance H, C et N du squelette et de la chaîne latérale du domaine OB de la protéine de liaison à l'ADN simple brin de Sulfolobus solfataricus et cartographie du déplacement chimique de l'interface de liaison à l'ADN ». Affectations de RMN biomoléculaire . 8 (2) : 243–6. doi : 10.1007/s12104-013-9492-4 . PMID 23749431 . S2CID 6388231 .
- Wang J, Zhu J, Min C, Wu S (mai 2014). "La -lactamase fusionnée au domaine de liaison au CBD de Sulfolobus solfataricus est un catalyseur efficace pour la production de (-) γ-lactame" . BMC Biotechnologie . 14 : 40. doi : 10.1186/1472-6750-14-40 . PMC 4041915 . PMID 24884655 .
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