Charakterystyka Pseudomonas, filogeneza i taksonomia, morfologia, cykl życia



Pseudomonas to rodzaj bakterii, który znajduje się w rodzinie Pseudomonaceae. Pierwszy opis tych mikroorganizmów został sporządzony przez niemieckiego mikologa Waltera Migulę w 1894 roku.

Bakterie te charakteryzują się tlenem i Gram ujemnym. Mają kształt prostej pałeczki lub mają pewną krzywiznę. Są ruchome ze względu na obecność monotonicznej wici (jedna wici) lub multitricos (kilka wici). Wici mają tendencję do bycia w pozycji polarnej.

Większość gatunków tego rodzaju to dodatnia oksydaza i katalaza. Inną cechą zainteresowania rozpoznania grupy jest zawartość GC w DNA, która wynosi od 58 do 72%.

Pseudomonas nie rozwija struktur oporowych, takich jak zarodniki. Nie przedstawiają kapsułki otaczającej ścianę ani jej przedłużenia i cytoplazmy (prosteca), które występują w innych grupach bakteryjnych.

Studium Pseudomonas Zajęło się nim głównie argentyński mikrobiolog Norberto Palleroni. Ten badacz zaproponował rozdzielenie rodzaju na pięć grup w oparciu o homologię rRNA.

Obecnie 180 oddzielnych gatunków jest rozpoznawanych w trzynastu różnych grupach. Niektóre z tych grup są rozpoznawane przez wytwarzanie pigmentu fluorescencyjnego znanego jako pioverdin.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
    • 1.1 Dystrybucja
    • 1.2 Temperatura
    • 1.3 Choroby
    • 1.4 Aplikacje
    • 1.5 Barwienie i oddychanie
    • 1.6 Identyfikacja
  • 2 pigmenty
  • 3 Filogeneza i taksonomia
  • 4 grupy w Pseudomonas senso stricto
  • 5 Morfologia
    • 5.1 Wici
  • 6 Cykl życia
    • 6.1 Plazmidy
  • 7 Siedlisko
  • 8 Choroby
    • 8.1 Choroby u zwierząt i ludzi
  • 9 Choroby roślin
  • 10 referencji

Ogólna charakterystyka

Dystrybucja

Ze względu na dużą zdolność do wzrostu w różnych środowiskach, rodzaj ma wszechobecny rozkład ekologiczny i geograficzny. Znaleziono je w środowisku lądowym i wodnym. Są chemotroficzne i łatwo rosną w pożywnej pożywce hodowlanej na agarze.

Temperatura

Idealny zakres temperatur wynosi od 25 do 30 ° C Stwierdzono jednak, że gatunki rosną w temperaturach poniżej zera, a inne powyżej 50 ° C.

Choroby

Wśród gatunków, które składają się na ten rodzaj, istnieją takie, które powodują choroby u zwierząt i ludzi. Podobnie wiele gatunków to rośliny chorobotwórcze powodujące tzw. Miękką zgniliznę.

Aplikacje

Inne gatunki mogą być bardzo przydatne, ponieważ udowodniono, że stymulują wzrost roślin i mogą być stosowane jako nawozy. Mogą również rozkładać związki ksenobiotyczne (które nie są częścią składu organizmów żywych).

Niektóre z ksenobiotyków, które mogą ulegać degradacji, obejmują węglowodory aromatyczne, chlorany i azotany. Te właściwości sprawiają, że niektóre gatunki są bardzo przydatne w programach bioremediacji.

Barwienie i oddychanie

Gatunek Pseudomonas Są Gram-ujemne. Są głównie tlenowe, więc tlen jest końcowym receptorem elektronów w oddychaniu.

Niektóre gatunki mogą stosować azotany jako alternatywne akceptory elektronów w warunkach beztlenowych. W tym przypadku bakterie redukują azotany do azotu cząsteczkowego.

Identyfikacja

Wszystkie gatunki Pseudomonas Są pozytywne pod względem katalazy. Jest to enzym, który rozkłada nadtlenek wodoru na tlen i wodę. Większość bakterii tlenowych wytwarza ten enzym.

W grupie występują pozytywne i negatywne gatunki oksydaz. Obecność tego enzymu uważa się za przydatną do identyfikacji bakterii Gram-ujemnych.

Większość gatunków gromadzi polisacharyd glukozy jako substancję rezerwową. Jednak niektóre grupy mogą mieć polihydroksymaślan (PHB), który jest produktem asymilacji węgla.

Pigmenty

Różne gatunki Pseudomonas wytwarzać pigmenty, które uznano za ważne taksonomicznie.

Wśród nich są różne rodzaje fenazyn. Najczęstszym tego typu jest niebieski pigment pioacinowy. Uważa się, że pigment ten przyczynia się do zwiększenia pojemności P. aeruginosa kolonizacji płuc pacjentów z mukowiscydozą.

Inne fenazyny mogą dawać zielone lub pomarańczowe pigmentacje, które są bardzo przydatne w identyfikacji niektórych gatunków z rodzaju.

Kolejny pigment charakterystyczny dla niektórych grup Pseudomonas To pioverdin. Dają one żółtawo-zielone kolory i są typowe dla tzw Pseudomonas fluorescencyjny.

Pioverdin ma wielkie znaczenie fizjologiczne, ponieważ działa jako siderofor. Oznacza to, że może uwięzić niedostępne żelazo i rozpuścić je w formach chemicznych, które mogą zostać wykorzystane przez bakterie.

Filogeneza i taksonomia

Pseudomonas Po raz pierwszy został opisany w 1894 r. Przez Waltera Migulę. Etymologia imienia oznacza fałszywą jedność. Obecnie w tej grupie rozpoznawanych jest 180 gatunków.

Rodzaj znajduje się w rodzinie Pseudomoneacae rzędu Pseudomonas. Rodzaj gatunku to P. aeruginosa, który jest jednym z najbardziej znanych w grupie.

Cechy stosowane w zasadzie do opisania rodzaju były bardzo ogólne i mogły być wspólne dla innych grup bakterii.

Następnie do określenia gatunku użyto bardziej precyzyjnych znaków. Wśród nich można zauważyć: zawartość GC w DNA, pigmentację i rodzaj substancji rezerwowej.

W latach 70. XX wieku specjalista grupy Norberto Palleroni wraz z innymi naukowcami przeprowadził badanie RNA rybosomalnego. Oni to ustalili Pseudomonas można podzielić na pięć różnych grup zgodnie z homologią rRNA.

Dzięki zastosowaniu bardziej precyzyjnych technik molekularnych ustalono, że grupy II-V ustalone przez Palleroni odpowiadają innym grupom Proteobacteria. Obecnie uważa się, że odpowiada tylko grupa I Psedomonas senso stricto.

Większość gatunków w tej grupie wytwarza pioverdin. Sposób biosyntezy i wydzielania tego pigmentu może pomóc odróżnić gatunki od siebie.

Grupuj w Pseudomonas senso stricto

W oparciu o analizę sekwencji multilocus zaproponowano Pseudomonas Zostanie on podzielony na pięć grup:

Grupa P. fluorescens: to jest bardzo zróżnicowane i gatunki są saprofitami, obecne w glebie, wodzie i powierzchni roślin. Wiele gatunków sprzyja wzrostowi roślin.

Grupa P. syringae: składa się głównie z gatunków fitopatogenów. Znanych jest ponad pięćdziesiąt patowarów (szczepy bakterii o różnym stopniu patogeniczności).

Grupa P. putida: gatunki z tej grupy znajdują się w glebie, ryzosferze różnych roślin iw wodzie. Mają wysoką zdolność do degradacji substancji.

Grupa P stutzeri: bakterie te mają ogromne znaczenie w cyklu składników odżywczych i charakteryzują się dużą różnorodnością genetyczną.

Grupa P aeruginosa: ta grupa przedstawia gatunki, które zajmują różne siedliska, w tym ludzkie patogeny.

Jednak w nowszym badaniu molekularnym proponuje się, aby płeć była podzielona na trzynaście grup składających się z dwóch do ponad sześćdziesięciu gatunków.

Największa grupa to P. fluorescens, który obejmuje gatunek typu, który jest szeroko stosowany w programach bioremediacji. Innym gatunkiem zainteresowanym w tej grupie jest P. mandelii, który rośnie na Antarktydzie i okazał się bardzo odporny na antybiotyki.

Morfologia

Pałeczki są proste do lekko zakrzywionych, o szerokości 0,5-1 μm x 1,5-5 μm długości. Nie są w stanie tworzyć i gromadzić granulek polihydroksymaślanowych w podłożach hodowlanych o niskiej zawartości azotu. To odróżnia je od innych bakterii tlenowych.

Komórkowa otoczka składa się z błony cytoplazmatycznej, ściany komórkowej i błony zewnętrznej, która pokrywa tę ostatnią.

Ściana komórkowa jest typowa dla bakterii Gram-ujemnych, jest cienka i składa się z peptydoglikanu. Błona cytoplazmatyczna oddziela cytoplazmę od innych składników otoczki komórki. Tworzą go dwuwarstwy lipidowe.

Zewnętrzna błona składa się z lipidu zwanego lipopolisacharydem, który ma łańcuchy węglowodorowe. Membrana ta stanowi barierę dla przepływu cząsteczek, takich jak antybiotyki, które mogą spowodować uszkodzenie komórki. Z drugiej strony, umożliwia przejście składników odżywczych wymaganych do funkcjonowania bakterii.

Zdolność błony zewnętrznej do przepuszczania niektórych substancji, a nie innych, jest spowodowana obecnością porinów. Są białkami strukturalnymi błony.

Wici

Wici w rodzaju są ogólnie zlokalizowane w pozycji polarnej, chociaż w niektórych przypadkach mogą być podpolarne. W niektórych odmianach  P. stutzeri i inne gatunki wici bocznych.

Liczba wici jest ważna taksonomicznie. Może być obecna wici (monotric) lub kilka (multitrico). U tego samego gatunku liczba wici może się różnić.

U niektórych gatunków zaobserwowano obecność fimbri (cieńszego i krótszego dodatku białkowego niż wici), co odpowiada wywinięciom błony cytoplazmatycznej.

W  P. aeruginosa Fimbriy mają szerokość około 6 nm, są chowane i działają jako receptory dla kilku bakteriofagów (wirusów zakażających bakterie). Fimbrias może przyczyniać się do adhezji bakterii do komórek nabłonkowych gospodarza.

Cykl życia

Gatunek Pseudomonas, Podobnie jak wszystkie bakterie, rozmnażają się przez rozszczepienie binarne, rodzaj rozmnażania bezpłciowego.

W pierwszej fazie rozszczepienia binarnego bakteria wchodzi w proces duplikacji DNA. Przedstawiają one pojedynczy kolisty chromosom, który zaczyna być kopiowany przez aktywność enzymów replikacyjnych.

Replikowane chromosomy docierają do końców komórki, później generowana jest przegroda i tworzona jest nowa ściana komórkowa w celu utworzenia dwóch komórek potomnych.

W gatunkach Pseudomonas Zaobserwowano kilka mechanizmów rekombinacji genetycznej. Gwarantuje to występowanie zmienności genetycznej w organizmach rozmnażania bezpłciowego.

Wśród tych mechanizmów jest transformacja (fragmenty egzogennego DNA mogą dostać się do bakterii). Inne to transdukcja (wymiana DNA między bakteriami przez wirusa) i koniunkcja (transfer DNA z bakterii dawcy do biorcy).

Plazmidy

Plazmidy to małe okrągłe cząsteczki DNA występujące w bakteriach. Są one oddzielone od chromosomu i replikowane i przesyłane niezależnie.

W Pseudomonas plazmidy spełniają różnorodne funkcje, takie jak czynniki płodności i odporności na kilka czynników. Ponadto niektóre zapewniają zdolność do degradacji niezwykłych źródeł węgla.

Plazmidy mogą zapewniać oporność na różne antybiotyki, takie jak między innymi gentamycyna, streptomycyna i tetracyklina. Z drugiej strony niektóre są odporne na różne czynniki chemiczne i fizyczne, takie jak na przykład promieniowanie ultrafioletowe.

Podobnie, mogą pomóc uniknąć działania różnych bakteriofagów. Podobnie dają oporność na bakteriocyny (toksyny wytwarzane przez bakterie, aby hamować wzrost innych podobnych).

Siedlisko

Gatunek Pseudomonas mogą rozwijać się w różnych środowiskach. Znaleziono je zarówno w ekosystemach lądowych, jak i wodnych.

Idealna temperatura dla rozwoju rodzaju wynosi 28 ° C, ale gatunki jak P. psychrophila może rosnąć w zakresie od -1 ° C do 45 ° C. P. thermotolerans Jest zdolny do wywoływania w temperaturze 55 ° C.

Żaden z gatunków z rodzaju nie toleruje pH poniżej 4,5. Mogą rosnąć na podłożach zawierających azotan amonowy jako źródło azotu. Wymagają tylko prostego związku organicznego jako źródła węgla i energii.

Co najmniej dziewięć gatunków Pseudomonas rośnie na Antarktydzie. Podczas gdy gatunek P. syringae wiąże się z obecnością obiegu wody w deszczówce, śniegu i chmurach.

Choroby

Gatunki Pseudomonas może powodować różne choroby u roślin, zwierząt i ludzi.

Choroby u zwierząt i ludzi

Ogólnie uważa się, że gatunki z rodzaju mają niską wirulencję, ponieważ mają tendencję do bycia saprofitami. Są oportunistyczne i powodują choroby u pacjentów z niską odpornością na infekcje. Są one zwykle obecne w drogach moczowych, drogach oddechowych, ranach i krwi.

Gatunkiem, który najbardziej wpływa na ludzi jest P. aeruginosa. Jest to gatunek oportunistyczny, który atakuje pacjentów z obniżoną odpornością, którzy doznali poważnych oparzeń lub przechodzą chemioterapię..

P. aeruginosa Atakuje głównie drogi oddechowe. U pacjentów z rozstrzeniami oskrzeli (rozszerzenie oskrzeli) wytwarza dużą ilość plwociny i może być zabójcza.

Udowodniono to P. entomophila jest patogenny Drosophila melanogaster (muszka owocowa). Jest połknięty przez połknięcie i atakuje komórki nabłonkowe jelita owada, co może spowodować śmierć.

P. plecoglossicida został znaleziony jako patogen ryby ayu (Plecoglossus altivelis). Bakteria powoduje wodobrzusze (gromadzenie się płynu w jamie otrzewnowej) u ryb.

Choroby roślin

Fitopatogenne gatunki Pseudomonas powodują ogromną różnorodność chorób. Mogą one powodować nekrotyczne zmiany lub plamy na łodygach, liściach i owocach. Mogą również powodować skrzela, gnicie i infekcje naczyniowe.

Grupa P. syringae atakuje głównie na poziomie liści. Na przykład w cebuli mogą wytwarzać plamy liści i zgniliznę cebul.

Na drzewie oliwnym (Europejska falagatunek P. savastanoi Jest czynnikiem sprawczym gruźlicy oliwnej, która charakteryzuje się tworzeniem się guzów. Guzy te powstają głównie w łodygach, pąkach, a czasami w liściach, owocach i korzeniach. Powodują defoliację, zmniejszenie wielkości rośliny i późniejszą śmierć.

 Referencje

  1. Żonaty MC, Urban N, R Díaz i A Díaz (2015) Gruźlica drzewa oliwnego: badanie in vitro wpływu różnych fungicydów na sześć szczepów Pseudomonas savastonoi. Actas Simposio Expoliva, Jaén, Hiszpania, 6 - 8 maja.
  2. Hesse C, F Schulz, C Bull, BT Shaffer, Q Yan, N Shapiro, A Hassan, N Varghese, L, Elbourne I Paulsen, N Kyrpides, T Woyke i J Loper (2018) Genomowa historia ewolucji Pseudomonas spp. Enviromental Microbiology 20: 2142-2159.
  3. Higuera-Llantén S, F Vásquez-Ponce, M Núñez-Gallego, M Palov, S Marshall i J Olivares-Pacheco (2018) Charakterystyka fenotypowa i genotypowa nowego szczepu hiperprodukującego alginian, odpornego na wiele antybiotyków Pseudomonas mandelii izolowane na Antarktydzie. Polar Biol. 41: 469-480.
  4. Luján D (2014) Pseudomonas aeruginosa: niebezpieczny przeciwnik Acta Bioquím Clin. Latinoam. 48 465-74.
  5. Nishimori E, K Kita-Tsukamoto i H Wakabayashi (2000) Ptyudomonas Pseudomonas sp. nov., czynnik wywołujący bakteryjne krwotoczne wodobrzusze ayu, Plecoglossus altivelis. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 50: 83-89.
  6. Palleroni NJ i M Doudoroff (1972) Niektóre właściwości i podziały taksonomiczne rodzaju Pseudomonas. Annu. Rev. Phytopathol. 10: 73-100.
  7. Palleroni, N (2015) Pseudomonas. W: Whitman WB (redaktor) Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria. John Wiley & Sons, Inc., we współpracy z Bergey's Manual Trust.