Nitrospira
Género de bacterias

Nitrospira
Clasificación científica Editar esta clasificación
Dominio:Bacteria
Filo:Nitrospirota
Clase:Nitrospira
Orden:Nitroespirales
Familia:Nitrospiráceas
Género:Nitrospira
Watson y otros, 1986
Especie tipo
Nitrospira marina
Watson y otros, 1986
Especies

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Nitrospira (del latín: nitro, que significa "nitrato" y griego: spira, que significa "espiral") se traduce como "una espiral de nitrato" es un género de bacterias dentro del clado monofilético [1] del filo Nitrospirota . El primer miembro de este género fue descrito en 1986 por Watson et al., aislado del Golfo de Maine. La bacteria fue nombrada Nitrospira marina . [2] Inicialmente se pensó que las poblaciones estaban limitadas a los ecosistemas marinos , pero luego se descubrió que era adecuada para numerosos hábitats, incluidos los lodos activados de los sistemas de tratamiento de aguas residuales , [3] entornos marinos biológicos naturales (como el río Sena en Francia [4] y playas en Cape Cod [5] ), biofiltros de circulación de agua en tanques de acuarios , [4] sistemas terrestres, [5] ecosistemas de agua dulce y salada, tierras agrícolas [6] y aguas termales . [7] Nitrospira es una bacteria ubicua que desempeña un papel en el ciclo del nitrógeno [8] al realizar la oxidación del nitrito en el segundo paso de la nitrificación. [7] Nitrospira vive en una amplia gama de entornos que incluyen, entre otros, sistemas de agua potable, plantas de tratamiento de residuos, arrozales , suelos forestales , manantiales geotermales y tejido de esponja. [9] A pesar de ser abundantes en muchos ecosistemas naturales y artificiales, las Nitrospira son difíciles de cultivar, por lo que la mayor parte del conocimiento sobre ellas proviene de datos moleculares y genómicos. [10] Sin embargo, debido a su dificultad para cultivarlas en entornos de laboratorio, solo se secuenció el genoma completo en una especie, Nitrospira defluvii . [11] Además, las secuencias de ARNr 16S de las bacterias Nitrospira son demasiado diferentes para usarlas en cebadores de PCR , por lo que algunos miembros pasan desapercibidos. [10] Además, también se han descubierto [9] [12] y cultivado miembros de Nitrospira con la capacidad de realizar una nitrificación completa(bacterias comammox ) . [13]

Morfología

Para la siguiente descripción, Nitrospira moscoviensis será representativa del género Nitrospira . Nitrospira es un organismo gramnegativo oxidante de nitrito con una morfología helicoidal a vibroide (0,9–2,2 × 0,2–0,4 micrómetros de tamaño). [14] Son organismos no planctónicos que residen como grupos, conocidos como agregados, en biopelículas . [1] La visualización mediante microscopía electrónica de transmisión (MET) confirma protuberancias en forma de estrella en la membrana externa (6-8 nm de espesor). El espacio periplásmico es excepcionalmente amplio (34-41 nm de espesor), [5] lo que proporciona espacio para acomodar moléculas ricas en electrones. [15] Las estructuras privadas de electrones se encuentran en el citosol y se cree que son vesículas de almacenamiento de glucógeno ; también se identifican gránulos de polihidroxibutirato y polifosfato en el citoplasma. [14] El análisis de ADN determinó que el 56,9 +/- 0,4 mol% del ADN eran pares de bases de guanina y citosina . [14]

Metabolismo general

Las nitrospiras son capaces de oxidar hidrógeno aeróbicamente [16] y nitritos [7] para obtener electrones, pero se ha demostrado que altas concentraciones de nitrito inhiben su crecimiento. [1] La temperatura óptima para la oxidación y el crecimiento de nitrito en Nitrospira moscoviensis es de 39 °C (puede variar de 33-44 °C) en un rango de pH de 7,6-8,0 [14] A pesar de ser comúnmente clasificados como quimiolitotrofos obligados , [5] algunos son capaces de mixotrofia . [7] Por ejemplo, en diferentes entornos, Nitrospira puede elegir asimilar carbono por fijación de carbono [7] o consumiendo moléculas orgánicas ( glicerol , piruvato o formato [17] ). Nuevos estudios también muestran que Nitrospira puede usar urea como fuente de nutrientes. [18] La ureasa codificada dentro de su genoma puede descomponer la urea en CO2 y amoníaco . El CO 2 puede ser asimilado por anabolismo mientras que el amoníaco y los subproductos orgánicos liberados por Nitrospira permiten que los oxidantes de amonio [7] y otros microbios coexistan en el mismo microambiente . [1]

Nitrificación

Todos los miembros de este género tienen los genes de la nitrito oxidorreductasa , y por lo tanto se piensa que todos son oxidadores de nitrito. [10] Desde que se descubrieron las bacterias nitrificantes se aceptó que la nitrificación ocurría en dos pasos, aunque sería energéticamente favorable para un organismo realizar ambos pasos. [19] Recientemente también se han descubierto miembros de Nitrospira con la capacidad de realizar una nitrificación completa ( bacterias comammox ) [9] [12] [20] y se han cultivado como en el caso de Nitrospira inopinata . [13] El descubrimiento de organismos commamox dentro de Nitrospira redefine la forma en que las bacterias contribuyen al ciclo del nitrógeno y por lo tanto muchos estudios futuros se dedicarán a ello. [9]

Con estos nuevos hallazgos ahora existe la posibilidad de utilizar principalmente nitrificación completa en lugar de nitrificación parcial en sistemas de ingeniería como plantas de tratamiento de aguas residuales porque la nitrificación completa produce menores emisiones de gases de efecto invernadero : óxido nitroso y óxido nítrico , a la atmósfera. [21]

Genoma

Después de secuenciar y analizar el ADN de los miembros de Nitrospira , los investigadores descubrieron que ambas especies tenían genes que codificaban la amonia monooxigenasa (Amo) y la hidroxiamina deshidrogenasa (hao), enzimas que las bacterias oxidantes de amoniaco (AOB) utilizan para convertir el amoniaco en nitrito. [9] [12] [20] Las bacterias poseen todas las subunidades necesarias para ambas enzimas, así como las proteínas asociadas a la membrana celular y los transportadores necesarios para llevar a cabo el primer paso de la nitrificación. [9] Los orígenes del gen Amo son discutibles, ya que un estudio encontró que es similar a otras AOB[3], mientras que otro estudio encontró que el gen Amo era genéticamente distinto de otros linajes. [12] Los hallazgos actuales indican que el gen hao es filogenéticamente distinto del gen hao presente en otras AOB, lo que significa que los adquirieron hace mucho tiempo, probablemente por transferencia horizontal de genes . [9]

Nitrospira también contiene los genes que codifican todas las subunidades de la nitrito oxidorreductasa (nxr), la enzima que cataliza el segundo paso de la nitrificación. [9]

Filogenia

La taxonomía aceptada actualmente se basa en la Lista de nombres procariotas con estatus en la nomenclatura (LSPN) [22] y el Centro Nacional para la Información Biotecnológica (NCBI). [23] La filogenia se basa en GTDB 08-RS214 de la base de datos de taxonomía del genoma [24] [25] [26]

Nitrospira

" N. defluvii " Nowka et al. 2015

" N. japonica " Ushiki et al. 2013

" N. lenta " Nowka et al. 2015

N. moscoviensisEhrich et al. 1995

" Ca. N. inopinata " Daims et al. 2015

" Ca. N. kreftii" Sakoula et al. 2021

" Ca. N. nitrificans" van Kessel et al. 2015

" Ca. N. nitrosa" van Kessel et al. 2015

Especie incertae sedis:

  • " Ca. N. alkalitolerans" Daebeler et al. 2020
  • " Ca. N. bockiana" Lebedeva et al. 2008
  • " N. calida " Lebedeva et al. 2011
  • N. Marina Watson y otros 1986
  • " Ca. N. salsa" Haaijer et al. 2013
  • " N. tepida " Keuter et al. 2023

Véase también

Referencias

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  • MicrobeWiki -- Nitrospira
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