Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt)

Chia sẻ: Nguyen Phuong Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cổ khuẩn sinh methane (methanogens) Trong cổ khuẩn, các loài sinh methane làm thành một nhóm lớn và đa dạng với các đặc điểm chung là (1) tạo khí methane như sản phẩm cuối cùng của chu trình trao đổi năng lượng và (2) sống kỵ khí bắt buộc. Cổ khuẩn sinh methane thu năng lượng cho quá trình sinh trưởng từ việc chuyển hoá một số chất thành khí methane. Nguồn cơ chất chủ yếu của các vi sinh vật này là hydro, format và acetat. Ngoài ra, một số hợp chất C1 như metanol, trimethylamin, dimethylsulfid và rượu...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt)

Các nhóm vi khuẩn chủ yếu: Cổ khuẩn(Archaea) (tt) Cổ khuẩn sinh methane (methanogens) Trong cổ khuẩn, các loài sinh methane làm thành một nhóm lớn và đa dạng với các đặc điểm chung là (1) tạo khí methane như sản phẩm cuối cùng của chu trình trao đổi năng lượng và (2) sống kỵ khí
bắt buộc. Cổ khuẩn sinh methane thu năng lượng cho quá trình sinh trưởng từ việc chuyển hoá một số chất thành khí methane. Nguồn cơ chất chủ yếu của các vi sinh vật này là hydro, format và acetat. Ngoài ra, một số hợp chất C1 như metanol, trimethylamin, dimethylsulfid và rượu như isopropanol, isobutanol, cyclopentanol, etanol cũng được sử dụng làm cơ chất (Bảng 4). Quá trình sinh methane ở cổ khuẩn có thể coi như là quá trình hô hấp kỵ khí, trong đó chất nhận điện tử là CO2 hoặc nhóm methyl trong các hợp chất C1 và acetat. Tuy nhiên, như ta thấy trong bảng
4, năng lượng được giải phóng ra trong các phản ứng tạo methane đều rất nhỏ. Để so sánh ta có thể lấy năng lượng giải phóng từ phản ứng oxygen hoá glucoza bằng oxygen C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O (∆G0’ = 2870 kJ/mol). Là những sinh vật duy nhất có khả năng tạo ra khí methane, cổ khuẩn sinh methane có những enzyme và coenzyme thiết yếu cho quá trình tổng hợp methane và đóng vai trò chỉ thị cho nhóm, ví dụ như coenzyme F420 và coenzyme M. Sự hiện diện của coenzyme F420 khiến cho các tế bào của cổ khuẩn sinh methane có tính tự phát sáng dưới ánh đèn huỳnh quang (bước sóng
350420 nm). Mặc dù hiện tượng tự phát sáng này có thể mạnh, yếu, hay đôi khi mất hẳn, tuỳ thuộc vào các pha sinh trưởng của tế bào, nhưng đó vẫn là một đặc điểm đơn giản và tiện lợi để nhận biết cổ khuẩn sinh methane dưới kính hiển vi. Bên cạnh đó, trình tự acid amin trong các chuỗi peptid của coenzyme M cũng được dùng để phân loại cổ khuẩn sinh methane. Những nghiên cứu trong lĩnh vực này cho thấy sự tương đồng giữa cây phân loại dựa trên trình tự 16S rARN và cây phân loại dựa trên trình tự acid amin của các đơn vị và trong coenzyme M.
Bảng 4. Phản ứng tạo methane trên các cơ chất khác nhau và năng lượng được giải phóng từ đó Phản ứng sinh Năng methane lượng được giải phóng G 0’ (kJ/ methane) 4H2 + CO2 CH4 + 135,6 2H2O 4 Format CH4 + 130,1 3CO2 + 2H2O 4 Isopropanol +  36,5 CO2 CH4 + 4 Aceton + 2H2O 2 Etanol + 116,3
CO2 CH4 + 2 Acetat Metanol + 112,5 H2 CH4 + H2O 4 Metanol 3CH4 + 104,9 CO2 + 2H2O 4 Methylamin +  75,0 2H2O 3CH4 + CO2 + 4NH4+ 2 Dimethylamin +  73,2 2H2O 3CH4 + CO2 + 2 NH4+ 4 Trimethylamin +  74,3 6H2O 9 CH4 + 3CO2 + 4 NH4+ 2 Dimethylsulfid +  73,8 2H2O 3CH4 + CO2 + H2S
Acetat CH4 + CO2  31,0 Những nơi thông thường có thể tìm thấy cổ khuẩn sinh methane là các bể lên men hữu cơ kỵ khí, các lớp trầm tích thiếu oxygen, đất ngập úng và hệ đường ruột của động vật. Khi ở dạng chủng đơn cổ khuẩn sinh methane rất nhạy cảm với oxygen, tuy vậy trong tự nhiên chúng có thể tồn tại ở môi trường hiếu khí nhờ được bao bọc và bảo vệ bởi các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí khác. Trong môi trường kỵ khí, cổ khuẩn sinh methane phải cạnh tranh về cơ chất, đặc biệt là hydro và acetat, với các nhóm vi sinh vật sử dụng chất nhận điện tử có hiệu điện thế
khử dương tính hơn so với CO2 như là nitơrat, sulfat và ôxit sắt III. Như vậy cổ khuẩn sinh methane sẽ chiễm lĩnh các môi trường nơi không có nhiều các loại chất nhận điện tử tiềm năng này. Do không có khả năng sử dụng rộng rãi các loại cơ chất khác nhau, trong tự nhiên cổ khuẩn sinh methane thường phải phụ thuộc vào các loài vi khuẩn lên men vì chúng chuyển hoá đa dạng chất hữu cơ thành các acid hữu cơ, hydro, format và acetate, trong đó hydro, format và acetate là nguồn thức ăn trực tiếp cho cổ khuẩn sinh methane, còn các acid hữu cơ sản phẩm của quá trình lên men như
propyonat, butyrate thì cần phải được một nhóm vi khuẩn khác chuyển hoá thành cơ chất thích hợp rồi mới đến lượt cổ khuẩn chuyển thành khí methane. Có hai hình thức cộng sinh: bắt buộc và không bắt buộc. Trong hình thức cộng sinh giữa cổ khuẩn sinh methane và vi khuẩn lên men, chỉ có cổ khuẩn phụ thuộc vào mối liên hệ này do nhu cầu về thức ăn còn các hoạt động trao đổi chất của chúng hoàn toàn không có ảnh hưởng gì tới các vi khuẩn lên men, vì thế hình thức này được gọi là cộng sinh không bắt buộc.
Cộng sinh bắt buộc diễn ra giữa cổ khuẩn sinh methane và một nhóm vi khuẩn cộng sinh bắt buộc, trong Hình 9 : Cộng đó cả đôi bên sinh cùng cần đến giữa Methanobr nhau, ví dụ như evibacter (tế hiện tượng cộng bào trực sinh khuẩn) và Synth giữa Methanobr rophobacter (tế evibacter và Syn bào hình oval). throphobacter ( Hình 9). Nhóm vi khuẩn cộng sinh trong mối liên kết này oxygen hoá acid hữu cơ
như propionate, các acid có mạch carbon dài hơn, các hợp chất thơm và chuyển điện tử sang proton hay CO2, tạo thành hydro hay format tương ứng. Nhóm vi khuẩn cộng sinh này chỉ có thể thực hiện được trao đổi chất khi nồng độ hydro và format trong môi trường xung quanh được giữ ở mức rất thấp, và nhiệm vụ đó do cổ khuẩn sinh methane đảm nhiệm. Các loài sinh methane thường có mặt trong mối liên kết cộng sinh bắt buộc là Methanoplanus endosymbiosus, các loài Methanobrevibacter, và Methanobacterium formicicum. Ở một số môi trường đặc biệt như các suối nước nóng hay các
tầng nham thạch núi lửa cổ khuẩn sinh methane thường có mặt với số lượng lớn. Trong trường hợp này chúng sống tự do, không phụ thuộc vào các vi sinh vật khác vì nguồn cơ chất chủ yếu được sử dụng ở đây là hydro, sản phẩm có được từ con đường lý hoá chứ không qua con đường sinh học. Hiện nay tổng số cổ khuẩn sinh methane được biết đến là 50 loài thuộc 19 chi, sáu họ và ba lớp (Bảng 5 và 6). Sự phân loại này dựa trên trình tự 16S rARN hiện có, tuy nhiên chúng ta có thể hình dung được rằng theo thời gian khi những loài mới được biết thêm thì
có thể bảng phân loại này sẽ cần phải thay đổi. Bảng 5. Các nhóm phân loại chính của cổ khuẩn sinh methane Lớp Họ Chi Methanob Methanoba Methanob acteriales cteriaceae acterium (T) (T) -nt- -nt- Methanob revibacte r -nt- -nt- Methanos phaera -nt- Methanoth Methanot ermaceae hermus (
T) Methanoc Methanoco Methanoc occales ccaeae (T) occus (T) Methano Methanosa Halometh microbial rcinaceae anococcu es s -nt- -nt- Methanoc occoides -nt- -nt- Methanoh alobium -nt- -nt- Methanoh alophilus -nt- -nt- Methanol obus -nt- -nt- Methanos arcina (T ) -nt- -nt- Methanos
aeta(Met hanothrix ) -nt- Methanom Methanoc icrobiacae ulleus a (T) -nt- -nt- Methanog enium -nt- -nt- Methanol acinia -nt- -nt- Methano microbiu m (T) -nt- -nt- Methanop lanus -nt- -nt- Methanos pirillum -nt- Methanoco Methanoc
rpusculace orpusculu ae m (T) T = họ/ chi chuẩn; -nt- như trên Về hình thái, cổ khuẩn sinh methane rất đa dạng, trong đó một số loài có hình dạng đặc trưng dễ nhận biết dưới kính hiển vi như Methanosarcina, Methanospir illum hayMethanosaeta (Hình 10). Ngoài ra, một trong những đặc điểm quan trọng dùng để phân loại nhóm cổ khuẩn này là nguồn cơ chất có thể sử dụng để sinh methane (Bảng 6). Họ Methanobacteriaceae có thành tế bào cấu tạo từ pseudomurein, vì thế bắt mầu Gram (+). Họ
Methanobacteriaceae gồm có ba chi là Methanobacterium,Methanobrev ibacter và Methanosphaera. Các loài thuộc chi Methanobacterium có tế bào hình que hoặc hình sợi, đôi khi tạo nhóm gồm nhiều tế bào. Tất cả các loài thuộc chi này đều có khả năng sinh methane từ H2 + CO2, một số loài sử dụng. Vietsciences-Nguyễn Lân Dũng - Đinh Thúy Hằng