Methanopyrus kandleri

Caratteristiche

In tassonomia con il termine Methanopyrus si indica un genere di microrganismi appartenente al dominio degli Archaea e al phylum degli Euryarchaeota. In questo genere è inclusa un’unica specie, nota come Methanopyrus kandleri; si tratta di un ipertermofilo avente forma bastoncellare isolato per la prima volta da una sorgente idrotermale localizzata nel Golfo della California. Vive in un ambiente ricco di idrogeno e anidride carbonica, ed essendo metanageno riduce quest’ultimo a metano. La presenza di alcuni importanti enzimi, come ad esempio la topoisomerasi V, rendono questo microrganismo un valido strumento per applicazioni industriali e biotecnologiche.

Filogenesi

DominioArchaea
RegnoEuryarchaeota
PhylumEuriarchaeota
Classe Metanopyri
OrdineMetanopyrales
FamigliaMetanopyraceae
GenereMethanopyrus
Specie Methanopyrus kandleri

Genoma e metabolismo

Il genoma di M. kandleri è stato completamente sequenziato dai ricercatori di Fidelity Systems, utilizzando un metodo realizzato appositamente per questo microrganismo e noto come sequenziamento genomico diretto. Esso è costituito da un singolo cromosoma circolare contenente 1.694.969 nucleotidi e la cui percentuale G+C risulta essere piuttosto elevata e pari a circa il 62,1%. Sono stati identificati ben 1.691 geni codificanti proteine ​​e 39 geni codificanti RNA. La specie possiede anche un gran numero di geni orfani, acquisiti probabilmente attraverso trasferimento di geni virali.

Sebbene, fino a poco tempo fa, si ritenesse che solo gli eucarioti contenessero proteine ​​chiamate istoni (la cui funzione è quella di condensare il DNA), è stato recentemente scoperto che anche i metanogeni le possiedono e M.kandleri non fa eccezioni. L’istone isolato da questo microrganismo, e denominato HMK, mostra particolari caratteristiche: infatti ha una lunghezza maggiore rispetto agli altri istoni metanogenici e lega il DNA in modo simile a quelli degli istoni eucariotici.

Da un punto di vista metabolico M. kandleri è un chemolitoautotrofo anaerobio obbligato; questo vuol dire che utilizza la COcome unica fonte di carbonio e non utilizza l’ossigeno come accettore finale di elettroni. Per quanto concerne la produzione di metano, i due enzimi principalmente coinvolti sono la tetraidrometanopterina formiltransferasi e il N5,N10-meteniltetraidrometanopterina cicloidrolasi. Questi enzimi sono in grado di attivarsi a temperature elevate e in presenza di elevate concentrazioni saline essendo constituiti principalmente da amminoacidi carichi negativamente.

Immagini al microscopio

Morfologicamente M. kandleri appare come un bastoncino avente lunghezza di circa 2-14 μm e un diametro di 0,5 μm (Fig.1). La composizione della membrana cellulare è abbastanza unica essendo costituita prevalentemente da lipidi terpenoidi, ritenuti i precursori dei fitanil dieteri riscontrati frequentemente negli altri Archaea. Inoltre, mostra un’elevata concentrazione intracellulare di 2,3-difosfoglicerato ciclico, un composto che ha la funzione di prevenire la denaturazione delle proteine ​​che si verificherebbe come conseguenza dell’esposizione alle alte temperature. Oltre a ciò, M. kandleri ha anche un’elevata concentrazione salina intracellulare la cui funzione è quella promuovere la stabilità e l’attività degli enzimi (in particolare quelli coinvolti nei processi metanogenici) ad alte temperature.

Quando esposte al microscopio UV ad una lunghezza d’onda di 420 nm le cellule mostrano una fluorescenza verde-bluastra caratteristica comune agli altri metanogeni.

La presenza di un ciuffo di flagelli polari conferisce a questi microrganismi la capacità di muoversi.

Immagine al microscopio a contrasto di fase di cellule bastoncellari di M. kandleri durante la fase esponenziale di crescita
Figura 1 – Immagine al microscopio a contrasto di fase di cellule bastoncellari di M. kandleri durante la fase esponenziale di crescita

Ecologia

I microrganismi appartenenti a questa specie sono stati isolati da varie sorgenti idrotermali sottomarine localizzate nel Golfo della California, nella dorsale dell’India centrale, nella dorsale medio-atlantica e in Islanda (Fig.2) La specie è stata isolata per la prima volta da una sorgente idrotermale nel Golfo di California ad una profondità di 2000 m e ad una temperatura di 84 –110 °C.

M. kandleri può sopravvivere e riprodursi a temperature di 122°C, le più alte finora registrate sulla Terra; tuttavia mostra crescita ottimale a 98°C.

Sorgente idrotermale del Golfo della California da cui è stato isolato M.kandleri
Figura 2 – Sorgente idrotermale del Golfo della California da cui è stato isolato M.kandleri

Metodi di identificazione

Microrganismi appartenenti a questa specie possono essere isolati direttamente dai loro habitat naturali e coltivati in laboratorio. Il terreno di coltura comunemente utilizzato è noto come BSM solidificato mediante “Gelrite” (sostanza utilizzata come alternativa all’agar). M.kandleri richiede un’elevata concentrazione salina per la crescita compresa tra 0,2 e 4% di NaCl (salinità ottimale circa il 2%). Dopo 7 giorni di incubazione anaerobica a 98°C è possibile apprezzare lo sviluppo di colonie verdastre irregolari aventi diametro pari ad 1 mm.

Fonti

  • https://en.wikipedia.org/wiki/Methanopyrus
  • https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Methanopyrus_kandleri
  • https://link.springer.com/article/10.1007/BF00262992
  • https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11930014/
  • https://www.genome.jp/kegg-bin/show_organism?org=mka

Crediti immagini

  • Immagine in evidenza: https://alchetron.com/Methanopyrus
  • Immagine 1: https://www.semanticscholar.org/paper/Methanopyrus-kandleri%2C-gen.-and-sp.-nov.-represents-Kurr-Huber/3af2cf3d46992e5cd94f59c901438bd0f195a22c/figure/2
  • Immagine 2: https://gaetaniumberto.wordpress.com/2015/06/10/sorgenti-idrotermali-scoperte-nel-golfo-della-california/

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