알칼리필레

Alkaliphile

알칼리파일은 알칼리성(pH 약 8.5–11) 환경에서 생존할 수 있는 극소성 미생물의 일종으로, pH 10을 전후해 최적으로 성장한다. 이들 박테리아는 필수 알칼리필레(생존에 높은 pH가 필요한 것), 능력 알칼리필레(높은 pH에서 생존할 수 있지만 정상적인 조건에서도 성장할 수 있는 것), 할로알칼리필레(생존에 높은 염분이 필요한 것)로 더 분류할 수 있다.[1]

전형적인 바실러스 배양균. 많은 알칼리파일은 바실러스 형태학을 가지고 있다.

배경 정보

알칼리성 조건에서의 미생물의 증가는 정상적인 생화학적 활동과 생식에 몇 가지 합병증을 제시하는데, 높은 pH는 정상적인 세포 과정에 해롭기 때문이다. 예를 들어, 알칼리성은 DNA의 변성, 혈장막의 불안정성, 세포질 효소의 불활성화뿐만 아니라 다른 불리한 생리학적 변화로 이어질 수 있다.[2] 따라서 이러한 장애물을 적절히 우회하기 위해 알칼리프탈은 알칼리성 범위에서 가장 잘 작동하는 특정 세포기계를 보유하거나 세포외 환경과 관련하여 시토솔을 산성화하는 방법을 보유해야 한다. 위의 가능성 중 알칼리필이 사용하는 가능성을 결정하기 위해 실험에서는 알칼리필 효소가 비교적 정상적인 pH 최적치를 가지고 있음을 입증했다. 이러한 효소가 생리학적으로 중립적인 pH 범위(약 7.5~8.5)에서 가장 효율적으로 기능한다는 결정은 알칼리파일이 어떻게 강렬한 기초적인 환경에서 생존하는지를 설명하는 주요 단계 중 하나였다. 세포설 pH는 거의 중립을 유지해야 하기 때문에 알칼리프탈은 고알칼리성 환경일 때 하나 이상의 세포설 산성화 메커니즘을 가지고 있어야 한다.

세포질산화 메커니즘

알칼리프탈은 수동적이고 능동적인 수단을 통해 세포질산화를 유지한다. 패시브 산성화에서는 세포벽에 갈락투론산, 글루콘산, 글루콘산, 글루탐산, 아스파르트산, 인산 등의 잔류물로 구성된 산성 고분자를 함유하는 것이 제안되었다. 이러한 잔류물은 함께 수산화 이온의 진입을 막고 나트륨과 수산화수소 이온의 흡수를 허용함으로써 알칼리성 조건으로부터 혈장막을 보호하는 데 도움을 주는 산성 매트릭스를 형성한다. 또한 알칼리필릭 B. 하위분열에서 펩티도글리칸은 중성미자에 비해 더 높은 수준의 헥소사민과 아미노산을 함유하고 있는 것으로 관찰되었다. 알칼리파일이 이러한 산성 잔류물을 유도 돌연변이의 형태로 상실할 경우 알칼리성 조건에서 성장하는데 큰 장애가 되는 것으로 나타났다.[1] 그러나 일반적으로 세포질산화의 수동적 방법은 내부 pH 2-2.3 수준을 외부 pH보다 낮게 유지하기에 충분하지 않으며 활성 형태의 산화가 있어야 한다는 데 동의한다. 가장 특징적인 적극적인 산성화 방법은 Na+/H+ 항정신병자 형태다. 이 모델에서, H+ 이온은 먼저 전자 전송 체인을 통해 재전송 세포에서 그리고 어느 정도까지는 발효 세포에서 ATPase를 통해 압출된다. 이 양성자 압출은 더 많은 H+ 이온과 교환하여 세포 내 Na+를 세포 밖으로 몰아내 내부 양성자의 순 축적을 유도하는 양성자 구배를 확립한다. 이 양성자 축적은 세포질 pH의 감소로 이어진다. 돌출된 Na+는 셀룰러 공정에 필요한 용액 심포트에 사용될 수 있다. 알칼리필름 성장을 위해서는 Na+/H+ 항포트가 필요한 반면, K+/H+ 항포터즈나 Na+/H+ 항포터즈는 중성미세균이 활용할 수 있다는 점에 주목했다. Na+/H+ 항정신병자가 돌연변이나 다른 방법을 통해 장애를 일으키면 박테리아는 중성미자로 만들어진다.[2][3] 이 항포트 시스템에 필요한 나트륨은 일부 알칼리파일이 식염수 환경에서만 자랄 수 있는 이유다.

알칼리필 ATP 생산의 차이

위에서 논의한 양성자 압출법 외에, 세포호흡의 일반적인 방법은 중성미자에 비해 알칼리필드를 의무적으로 투여하는 방법이 다르다고 생각된다. 일반적으로 ATP 생산은 양성자 구배(막 바깥쪽의 H+ 농도 더 높음)와 트랜섬브레인 전기전위(막 바깥의 양전하)를 설정하여 작동한다. 다만 알칼리파일은 pH 구배가 역전되기 때문에 강력한 양성자 동력에 기반한 ATP 생산량이 크게 줄어들 것으로 보인다. 그러나 정반대다. pH 구배는 역전되었지만, 투과 전위는 크게 증가한다는 것이 제안되었다. 이러한 책임 증가는 ATPase를 통해 구동될 때 각 변환된 양성자에 의해 더 많은 양의 ATP를 생산하게 한다.[2][4] 이 분야에 대한 연구는 진행 중이다.

애플리케이션 및 향후 연구

알칼리프탈레스는 생명공학과 미래 연구에 몇 가지 흥미로운 사용을 약속한다. pH를 규제하고 ATP를 생산하는 알칼리필적 방법은 과학계에 관심이 있다. 그러나, 아마도 알칼리파일의 가장 큰 관심 영역은 알칼리성 프로테아제, 전분 분해 효소, 셀룰라제, 리파제, 크실라나제, 펙틴아제, 치티나제 및 그 대사물(이-페닐라민, 카로티노이드, 시데로포레스, 칭산 유도체, 유기산)에 있을 것이다. 알칼리필 효소에 대한 추가 연구를 통해 과학자들이 알칼리필름의 효소를 채취해 기본 조건에서 사용할 수 있게 되기를 바란다.[2] 알칼리필레에서 생산된 항생제를 발견하기 위한 연구는 어느 정도 성공을 거두었지만, 높은 pH에서 생산된 일부 제품이 불안정하고 생리학적 pH 범위에서 사용할 수 없다는 사실에 제동이 걸렸다.[1]

예

알칼리피의 예로는 할로호도스피라 할로클로리스, 나트로노모나스 파라오니스, 티오할로스피라 알칼리필라가 있다.[5]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c 호리코시, 코키. "알칼리프힐레스: 생명공학을 위한 그들의 제품의 응용에 관한 연구."MICROBIology and Molecular Biology 리뷰 63.4 (1999년) : 735-50. 인쇄하다
  2. ^ a b c d 히가시바타, 아키라, 후지와라 다케토모, 후쿠모리 요시히로. "알칼리필릭 바실러스 호흡기 연구, 새로운 호흡기 제안" 극소수 2(1998): 83–92. 인쇄하다
  3. ^ 크룰리치, 테리 A, 이토 마사히로, 레이 길무어, 아서 A. 구판티 "바실러스 알칼리필름 변종에서 세포질 PH 규제의 기계화" 극소수 1(1997): 163-69. 인쇄하다
  4. ^ 히라바야시, 도시카즈, 고토 도시타카, 모리모토 하지메, 요시무네 가즈아키, 마쓰야마 히데토시, 유모토 이사오. "필수 알칼리필릭 바실러스 클라크리 DSM 8720T에서 호흡기 양성자 압출과 ATP 합성 사이의 관계."J 바이오에너그 바이오엠브르 44(2012): 265-72. 인쇄하다
  5. ^ Singh OV (2012). Extremophiles: Sustainable Resources and Biotechnological Implications. John Wiley & Sons. pp. 76–79. ISBN 978-1-118-10300-5.