Τι είναι τα μωβ βακτήρια; Αυτοί οι μικροοργανισμοί είναι χρωματισμένοι με βακτηριοχλωροφύλλη α ή β μαζί με διάφορα καροτενοειδή που τους δίνουν χρώματα που κυμαίνονται από μοβ, κόκκινο, καφέ και πορτοκαλί. Αυτή είναι μια αρκετά διαφορετική ομάδα. Μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: μωβ βακτήρια θείου και απλά μωβ βακτήρια (Rhodospirillaceae). Το έγγραφο του 2018 Frontiers in Energy Research πρότεινε τη χρήση τους ως βιολογικών πόρων.
Βιολογία
Μωβ βακτήρια είναι κυρίως φωτοαυτοτροφικά, αλλά είναι επίσης γνωστά χημειοαυτοτροφικά και φωτοετερότροπα είδη. Μπορεί να είναι μικτότροφα ικανά για αερόβια αναπνοή και ζύμωση.
Η φωτοσύνθεση των μωβ βακτηρίων λαμβάνει χώρα σε κέντρα αντίδρασης στην κυτταρική μεμβράνη, όπου οι φωτοσυνθετικές χρωστικές (δηλαδή βακτηριοχλωροφύλλη, καροτενοειδή) και πρωτεΐνες που δεσμεύουν τη χρωστική εισάγονται στον κόλπο για να σχηματίσουν συγκεκριμένα κυστίδια, σωληνάρια ή στοίβες με ένα ζεύγος δακτυλίων φύλλα. Αυτό ονομάζεται ενδοκυτταροπλασματική μεμβράνη (ICM), η οποία έχει διευρυμένηεπιφάνεια για μεγιστοποίηση της απορρόφησης φωτός.
Φυσική και χημεία
Μωβ βακτήρια χρησιμοποιούν κυκλική μεταφορά ηλεκτρονίων που προκαλείται από μια σειρά αντιδράσεων οξειδοαναγωγής. Τα σύμπλοκα συλλογής φωτός που περιβάλλουν το κέντρο αντίδρασης (RC) συλλέγουν φωτόνια με τη μορφή συντονισμένης ενέργειας, συλλαμβάνοντας τις χρωστικές χλωροφύλλης P870 ή P960 που βρίσκονται στο RC. Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια κυκλώνουν από το P870 στις κινόνες QA και QB, μετά πηγαίνουν στο κυτόχρωμα bc1, στο κυτόχρωμα c2 και πίσω στο P870. Η ανηγμένη κινόνη QB προσελκύει δύο κυτταροπλασματικά πρωτόνια και γίνεται QH2, τελικά οξειδώνεται και απελευθερώνει πρωτόνια που αντλούνται στο περίπλασμα από το σύμπλοκο του κυτοχρώματος bc1. Η προκύπτουσα κατανομή φορτίου μεταξύ του κυτταροπλάσματος και του περιπλάσματος δημιουργεί μια κινητήρια δύναμη πρωτονίου που χρησιμοποιείται από τη συνθάση ATP για την παραγωγή ενέργειας ATP.
Μωβ βακτήρια μεταφέρουν επίσης ηλεκτρόνια από εξωτερικούς δότες απευθείας στο κυτόχρωμα bc1 για να δημιουργήσουν NADH ή NADPH που χρησιμοποιούνται για τον αναβολισμό. Είναι μονοκρυστάλλοι επειδή δεν χρησιμοποιούν το νερό ως δότη ηλεκτρονίων για την παραγωγή οξυγόνου. Ένας τύπος μωβ βακτηρίων, που ονομάζεται μωβ βακτήρια θείου (PSB), χρησιμοποιεί σουλφίδιο ή θείο ως δότες ηλεκτρονίων. Ένας άλλος τύπος, που ονομάζεται μωβ μη θειούχα βακτήρια, χρησιμοποιεί συνήθως υδρογόνο ως δότη ηλεκτρονίων, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσει θειούχα ή οργανικές ενώσεις σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις σε σύγκριση με το PSB.
Βακτήρια βιολετίδεν υπάρχουν αρκετοί εξωτερικοί φορείς ηλεκτρονίων για να μειώσουν αυθόρμητα το NAD(P)+ σε NAD(P)H, επομένως πρέπει να χρησιμοποιήσουν τις ανηγμένες κινόνες τους για να μειώσουν το NAD(P)+ αυθόρμητα. Αυτή η διαδικασία καθοδηγείται από την κινητήρια δύναμη του πρωτονίου και ονομάζεται αντίστροφη ροή ηλεκτρονίων.
Θείο αντί για οξυγόνο
Μωβ μη θειούχα βακτήρια ήταν τα πρώτα βακτήρια που βρέθηκαν να έχουν φωτοσύνθεση χωρίς οξυγόνο ως υποπροϊόν. Αντίθετα, το υποπροϊόν τους είναι το θείο. Αυτό αποδείχθηκε όταν διαπιστώθηκαν για πρώτη φορά οι αντιδράσεις των βακτηρίων σε διαφορετικές συγκεντρώσεις οξυγόνου. Έχει βρεθεί ότι τα βακτήρια απομακρύνονται γρήγορα από το παραμικρό ίχνος οξυγόνου. Στη συνέχεια έκαναν ένα πείραμα όπου χρησιμοποίησαν ένα πιάτο με βακτήρια, και το φως εστιάστηκε στο ένα μέρος του και το άλλο έμεινε στο σκοτάδι. Επειδή τα βακτήρια δεν μπορούν να επιβιώσουν χωρίς φως, κινούνται στον κύκλο του φωτός. Εάν το υποπροϊόν της ζωής τους ήταν το οξυγόνο, οι αποστάσεις μεταξύ των ατόμων θα γίνονταν μεγαλύτερες όσο αυξανόταν η ποσότητα του οξυγόνου. Όμως, λόγω της συμπεριφοράς των μωβ και πράσινων βακτηρίων στο εστιασμένο φως, συνήχθη το συμπέρασμα ότι το υποπροϊόν της βακτηριακής φωτοσύνθεσης δεν θα μπορούσε να είναι το οξυγόνο.
Ερευνητές έχουν προτείνει ότι ορισμένα μοβ βακτήρια σήμερα συνδέονται με μιτοχόνδρια, συμβιωτικά βακτήρια σε φυτικά και ζωικά κύτταρα που λειτουργούν ως οργανίδια. Η σύγκριση της πρωτεϊνικής τους δομής δείχνει ότι υπάρχει ένας κοινός πρόγονος αυτών των δομών. Τα μωβ πράσινα βακτήρια και τα ηλιοβακτήρια έχουν επίσης παρόμοια δομή.
Βακτήρια θείου (βακτήρια θείου)
Μωβ βακτήρια θείου (PSB) αποτελούν μέρος της ομάδας Proteobacteria ικανά για φωτοσύνθεση, που συλλογικά αναφέρονται ως μωβ βακτήρια. Είναι αναερόβια ή μικροαερόφιλα και απαντώνται συχνά σε στρωματοποιημένα υδάτινα περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων των θερμών πηγών, των λιμναστικών πισινών και των μικροβιακών συσσωματωμάτων σε περιοχές με υψηλό νερό. Σε αντίθεση με τα φυτά, τα φύκια και τα κυανοβακτήρια, τα μωβ βακτήρια θείου δεν χρησιμοποιούν νερό ως αναγωγικό παράγοντα και επομένως δεν παράγουν οξυγόνο. Αντίθετα, μπορεί να χρησιμοποιούν θείο με τη μορφή θειούχου ή θειοθειικού (και ορισμένα είδη μπορεί επίσης να χρησιμοποιούν H2, Fe2+ ή NO2-) ως δότη ηλεκτρονίων στις οδούς φωτοσύνθεσης τους. Το θείο οξειδώνεται για την παραγωγή στοιχειωδών κόκκων θείου. Αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να οξειδωθεί για να σχηματίσει θειικό οξύ.
Ταξινόμηση
Η ομάδα των μωβ βακτηρίων χωρίζεται σε δύο οικογένειες: Chromatiaceae και Ectothiorhodospiraceae, που παράγουν εσωτερικούς και εξωτερικούς κόκκους θείου αντίστοιχα και παρουσιάζουν διαφορές στη δομή των εσωτερικών τους μεμβρανών. Αποτελούν μέρος της τάξης Chromatiales, που περιλαμβάνεται στη διαίρεση γάμμα Proteobacteria. Το γένος Halothiobacillus περιλαμβάνεται επίσης στο Chromatiales στη δική του οικογένεια, αλλά δεν είναι φωτοσυνθετικό.
Οικότοποι
Μωβ βακτήρια θείου βρίσκονται συνήθως στις φωτισμένες ανοξικές ζώνες λιμνών και άλλων υδρόβιων οικοτόπων όπου συσσωρεύεται υδρόθειο,και επίσης σε «θειούχες πηγές» όπου το υδρόθειο που παράγεται γεωχημικά ή βιολογικά μπορεί να προκαλέσει την άνθηση μωβ βακτηρίων θείου. Η φωτοσύνθεση απαιτεί ανοξικές συνθήκες. αυτά τα βακτήρια δεν μπορούν να ευδοκιμήσουν σε οξυγονωμένα περιβάλλοντα.
Μερομικτικές (μόνιμα στρωματοποιημένες) λίμνες είναι οι πιο ευνοϊκές για την ανάπτυξη μωβ βακτηρίων θείου. Στρωματοποιούνται επειδή έχουν πιο πυκνό (συνήθως φυσιολογικό) νερό στον πυθμένα και λιγότερο πυκνό (συνήθως γλυκό νερό) πιο κοντά στην επιφάνεια. Η ανάπτυξη μωβ βακτηριδίων θείου υποστηρίζεται επίσης από τη στρώση σε ολομικτικές λίμνες. Είναι θερμικά διαστρωματωμένα: κατά την άνοιξη και το καλοκαίρι, το επιφανειακό νερό θερμαίνεται, καθιστώντας το ανώτερο νερό λιγότερο πυκνό από το χαμηλότερο, γεγονός που παρέχει μια αρκετά σταθερή διαστρωμάτωση για την ανάπτυξη των βακτηρίων του μωβ θείου. Εάν υπάρχει αρκετό θειικό άλας για να υποστηρίξει τη θείωση, το σουλφίδιο που σχηματίζεται στο ίζημα διαχέεται προς τα πάνω σε ανοξικά νερά του πυθμένα όπου τα μοβ βακτήρια θείου μπορούν να σχηματίσουν πυκνές κυτταρικές μάζες.
Clusters
Μπορούν επίσης να βρεθούν βακτήρια ιώδους θείου και αποτελούν σημαντικό συστατικό σε ενδιάμεσες μικροβιακές συσσωματώσεις. Συστάδες όπως το μικροβιακό χαλί Sippewissett έχουν ένα δυναμικό περιβάλλον λόγω της ροής της παλίρροιας και του εισερχόμενου γλυκού νερού, με αποτέλεσμα παρόμοια στρωματοποιημένα περιβάλλοντα με τις μερομικτικές λίμνες. Ανάπτυξη μωβ βακτηρίων θείουενεργοποιείται καθώς παρέχεται θείο λόγω του θανάτου και της αποσύνθεσης μικροοργανισμών που βρίσκονται από πάνω τους. Η διαστρωμάτωση και η πηγή θείου επιτρέπει στο PSB να αναπτυχθεί σε αυτές τις παλιρροϊκές λεκάνες όπου συμβαίνουν συσσωματώσεις. Το PSB μπορεί να βοηθήσει στη σταθεροποίηση του μικροβιακού ιζήματος μέσω της έκκρισης εξωκυτταρικών πολυμερών ουσιών που μπορούν να δεσμεύσουν τα ιζήματα στις λεκάνες απορροής.
Οικολογία
Μωβ βακτήρια θείου μπορούν να επηρεάσουν το περιβάλλον προάγοντας τον κύκλο των θρεπτικών συστατικών, χρησιμοποιώντας το μεταβολισμό τους για να αλλάξουν το περιβάλλον. Μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην πρωτογενή παραγωγή επηρεάζοντας τον κύκλο του άνθρακα μέσω της στερέωσης του άνθρακα. Τα μωβ βακτήρια θείου συμβάλλουν επίσης στην παραγωγή φωσφόρου στον βιότοπό τους. Μέσω της ζωτικής δραστηριότητας αυτών των οργανισμών, ο φώσφορος, ο οποίος περιορίζει τη θρεπτική ουσία στο οξικό στρώμα των λιμνών, ανακυκλώνεται και παρέχεται σε ετερότροφα βακτήρια για χρήση. Αυτό δείχνει ότι, παρόλο που τα μοβ βακτήρια θείου βρίσκονται στο ανοξικό στρώμα του οικοτόπου τους, είναι σε θέση να διεγείρουν την ανάπτυξη πολλών ετερότροφων οργανισμών παρέχοντας ανόργανα θρεπτικά συστατικά στο προαναφερθέν στρώμα οξειδίου.
