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Jan 01, 2024

Genomi chiusi scoprono una specie di Candidatus Electronema di acqua salata e gettano nuova luce sul confine tra batteri cavi marini e d'acqua dolce

The ISME Journal volume 17, pagine 561–569 (2023)Cita questo articolo 2662 Accessi 1 Citazioni 20 Altmetric Metrics dettagli I batteri cavoli della famiglia delle Desulfobulbaceae sono filamentosi lunghi un centimetro

The ISME Journal volume 17, pagine 561–569 (2023)Citare questo articolo

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I batteri cavo della famiglia delle Desulfobulbaceae sono batteri filamentosi lunghi un centimetro, in grado di effettuare il trasferimento di elettroni a lunga distanza. Attualmente, tutti i batteri dei cavi sono classificati in due generi candidati: Candidatus Electronema, tipicamente presente in ambienti di acqua dolce, e Candidatus Electrothrix, tipicamente presente in ambienti di acqua salata. Questo quadro tassonomico si basa sia sulle sequenze del gene 16S rRNA che sulle filogenesi del genoma assemblato dal metagenoma (MAG). Tuttavia, la maggior parte dei MAG attualmente disponibili sono altamente frammentati, incompleti e quindi probabilmente mancano di geni chiave essenziali per decifrare la fisiologia dei batteri cavi. Inoltre, non è stato ancora pubblicato un genoma chiuso e circolare di batteri cavi. Per risolvere questo problema, abbiamo eseguito il sequenziamento Shotgun a lettura lunga Nanopore e quello Shotgun Illumina a lettura corta di campioni ambientali selezionati e un arricchimento a ceppo singolo di Ca. Elettronema aureum. Abbiamo recuperato più MAG di batteri del cavo, di cui due circolari e uno singolo. L'analisi filogenomica, confermata anche dalla filogenesi basata sul gene 16S rRNA, ha classificato un MAG circolare e il MAG a contig singolo come nuove specie di batteri cavo, che proponiamo di denominare Ca. Electronema halotolerans e Ca. Electrothrix laxa, rispettivamente. Il CA. Electronema halotolerans, nonostante appartenga al genere precedentemente riconosciuto di batteri cavi d'acqua dolce, è stato recuperato da sedimenti di acqua salmastra. Le previsioni metaboliche hanno mostrato diversi adattamenti ad un ambiente ad alta salinità, simile al Ca “acqua salata”. Specie Electrothrix, che indica come Ca. Electronema halotolerans può essere il collegamento evolutivo tra i lignaggi dei batteri dei cavi marini e d'acqua dolce.

I batteri cavo della famiglia delle Desulfobulbaceae (Desulfobacterota) sono batteri filamentosi multicellulari lunghi un centimetro capaci di trasferire elettroni a lunga distanza [1,2,3]. Secondo l'attuale quadro tassonomico, appartengono al genere Candidatus Electronema (a base di acqua dolce) o Candidatus Electrothrix (a base di acqua salata) [4]. I batteri dei cavi possono essere trovati in tutto il mondo nei sedimenti di acqua dolce e salata [5,6,7] nonché attorno alle radici che rilasciano ossigeno delle piante acquatiche [8, 9].

Il confine ecologico tra habitat di acqua salata e acqua dolce continua a essere una sfida irrisolta in microbiologia [10]. Anche se questi ambienti acquatici condividono alcune caratteristiche ecologiche, il cambiamento radicale della salinità e della concentrazione ionica suggerisce che la transizione da habitat ad alta a bassa salinità deve essere accompagnata da cambiamenti sostanziali nel repertorio metabolico e nei complessi cellulari, in risposta ai cambiamenti fisico-chimici e alla disponibilità del substrato. [10, 11]. Questi meccanismi non sono stati ancora chiariti nei batteri dei cavi, anche se l’antiportatore Na+/H+ NhaA è stato precedentemente suggerito come potenziale discriminante tra i batteri dei cavi marini e quelli d’acqua dolce [12].

L'attuale modello metabolico propone che le cellule appartenenti a un filamento del cavo possano mostrare due diversi tipi di caratteristiche fisiologiche: nella zona anossica all'interno degli strati più profondi del sedimento, le cellule ossidano il solfuro e gli elettroni risultanti vengono trasferiti lungo la struttura conduttiva alla zona ossica , dove le cellule li utilizzano per ridurre l'ossigeno [12, 13]. Questo trasporto di elettroni a lunga distanza (LDET) è stato dimostrato utilizzando la microscopia Raman [3] e recentemente è stato proposto che la struttura conduttiva coinvolta sia costituita da carboidrati e proteine ​​contenenti un gruppo di nichel legato allo zolfo, che sarebbe una forma senza precedenti di trasporto elettronico di elettroni a lunga distanza (LDET) trasporto [14].

Nonostante gli sforzi di arricchimento [12, 15], le specie di batteri dei cavi non sono state isolate in coltura pura. Pertanto, l'approccio attualmente disponibile per l'acquisizione di sequenze genomiche di batteri cavo è attraverso il sequenziamento shotgun delle comunità microbiche e il recupero di genomi assemblati con metagenoma (MAG). Sebbene i MAG dei batteri dei cavi siano stati pubblicati da studi precedenti [12, 13, 15], i genomi dei batteri dei cavi disponibili al pubblico sono attualmente altamente frammentati, con più bozze di genomi privi di geni rRNA 16S e che mostrano una ridotta completezza del genoma.