Shewanella oneidensis - Shewanella oneidensis

Shewanella oneidensis
Classificação científica
Reino:	Bactérias
Filo:	Proteobacteria
Aula:	Gammaproteobacteria
Pedido:	Alteromonadales
Família:	Shewanellaceae
Gênero:	Shewanella
Nome binomial
	Shewanella oneidensis ;

Shewanella oneidensis é uma bactéria notável por sua capacidade de reduzir íons metálicos e viver em ambientes com ou sem oxigênio . Esta proteobactéria foi isolada pela primeira vez em Lake Oneida , NY em 1988, daí seu nome.

S. oneidensis é uma bactéria facultativa , capaz de sobreviver e proliferar em condições aeróbias e anaeróbias . O interesse especial em S. oneidensis MR-1 gira em torno de seu comportamento em um ambiente anaeróbio contaminado por metais pesados como ferro , chumbo e urânio . Experimentos sugerem que pode reduzir o mercúrio iônico a mercúrio elementar e a prata iônica a prata elementar. A respiração celular para essas bactérias não se restringe aos metais pesados; as bactérias também podem atingir sulfatos , nitratos e cromatos quando cultivadas anaerobicamente.

Nome

Esta espécie é referida como S. oneidensis MR-1, indicando "redutor de manganês", uma característica especial deste organismo. É um equívoco comum pensar que MR-1 se refere a "redução de metal" em vez da intenção original de "redução de manganês", conforme observado por Kenneth H. Nealson, que primeiro isolou o organismo.

Qualidades

Redução de Metal

S. oneidensis MR-1 pertence a uma classe de bactérias conhecida como " Dissimilatory Metal-Reducing Bacteria (DMRB)" devido à sua capacidade de acoplar a redução de metal com seu metabolismo. O meio de reduzir os metais é particularmente controverso, já que pesquisas usando microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão revelaram protrusões estruturais anormais semelhantes a filamentos bacterianos que se acredita estarem envolvidos na redução do metal. Este processo de produção de um filamento externo está completamente ausente da respiração bacteriana convencional e é o centro de muitos estudos atuais.

A mecânica de resistência dessa bactéria e o uso de íons de metais pesados estão profundamente relacionados à sua rede de vias metabólicas. Os transportadores de efluxo de múltiplas drogas putativos, proteínas de desintoxicação, fatores sigma extracitoplasmáticos e reguladores de domínio PAS demonstraram ter atividade de expressão mais elevada na presença de metal pesado. A proteína SO3300 da classe do citocromo c também tem uma transcrição elevada. Por exemplo, ao reduzir U (VI), citocromos especiais como MtrC e OmcA são usados para formar nanopartículas de UO ₂ e associá-lo a biopolímeros.

Modificação química

Em 2017, os pesquisadores usaram uma molécula sintética chamada DSFO + para modificar as membranas celulares em duas cepas mutantes de Shewanella. O DSFO + poderia substituir completamente as proteínas naturais condutoras de corrente, aumentando a potência gerada pelo micróbio. O processo era apenas uma modificação química que não modificava o genoma do organismo e que se dividia entre os descendentes da bactéria, diluindo o efeito.

Formação de películas

Película é uma variedade de biofilme formado entre o ar e o líquido no qual as bactérias crescem. Em um biofilme, as células bacterianas interagem umas com as outras para proteger sua comunidade e cooperar metabolicamente (comunidades microbianas). Em S. oneidensis , a formação de películas é típica e está relacionada ao processo de redução de metais pesados. A formação de películas é extensivamente pesquisada nesta espécie. A película é geralmente formada em três etapas: as células se fixam na superfície tripla do dispositivo de cultura, ar e líquido, desenvolvendo então um biofilme de uma camada a partir das células iniciais e, subsequentemente, amadurecendo em uma estrutura tridimensional complicada. Em uma película desenvolvida, várias substâncias entre as células (substâncias poliméricas extracelulares) ajudam a manter a matriz da película. O processo de formação da película envolve atividades microbianas significativas e substâncias relacionadas. Para as substâncias poliméricas extracelulares, muitas proteínas e outras bio-macromoléculas são necessárias.

Muitos cátions metálicos também são necessários no processo. O controle do EDTA e os testes extensivos de presença / ausência de cátions mostram que Ca (II), Mn (II), Cu (II) e Zn (II) são todos essenciais nesse processo, provavelmente funcionando como parte de uma coenzima ou grupo protético. O Mg (II) tem efeito parcial, enquanto o Fe (II) e o Fe (III) são inibidores em algum grau. Os flagelos são considerados contribuintes para a formação de películas. O biofilme necessita que as células bacterianas se movam de determinada maneira, enquanto os flagelos são a organela que tem função locomotora. As cepas mutantes sem flagelos ainda podem formar película, embora muito menos rapidamente.

Formulários

Nanotecnologia

S. oneidensis MR-1 pode alterar o estado de oxidação dos metais. Esses processos microbianos permitem a exploração de novas aplicações, por exemplo, a biossíntese de nanomateriais metálicos. Em contraste com os métodos químicos e físicos, os processos microbianos para sintetizar nanomateriais podem ser alcançados em fase aquosa sob condições amenas e ambientalmente benignas. Muitos organismos podem ser utilizados para sintetizar nanomateriais metálicos. S. oneidensis é capaz de reduzir uma ampla gama de íons metálicos extracelularmente e esta produção extracelular facilita muito a extração de nanomateriais. As cadeias de transporte de elétrons extracelulares responsáveis pela transferência de elétrons através das membranas celulares são relativamente bem caracterizadas, em particular os citocromos tipo C da membrana externa MtrC e OmcA. Um estudo de 2013 sugeriu que é possível alterar o tamanho das partículas e a atividade das nanopartículas biogênicas extracelulares por meio da expressão controlada dos genes que codificam as proteínas de superfície. Um exemplo importante é a síntese de nanopartículas de prata por S. oneidensis , onde sua atividade antibacteriana pode ser influenciada pela expressão de citocromos tipo C da membrana externa. As nanopartículas de prata são consideradas uma nova geração de antimicrobianos , pois exibem atividade biocida para uma ampla gama de bactérias e estão ganhando importância com o aumento da resistência a antibióticos por bactérias patogênicas. Shewanella foi vista em ambientes de laboratório para biorreduzir uma quantidade substancial de paládio e desclorar perto de 70% dos bifenilos policlorados. A produção de nanopartículas por S. oneidensis MR-1 está intimamente associada à via MTR (por exemplo, nanopartículas de prata), ou a via da hidrogenase (por exemplo, nanopartículas de paládio).

Tratamento de água poluída

A capacidade do S. oneidensis de reduzir e absorver metais pesados o torna um candidato para uso no tratamento de águas residuais .

O DSFO + pode permitir que as bactérias se comuniquem eletricamente com um eletrodo e gerem eletricidade em uma aplicação de águas residuais.

Genoma

Tabela mostrando as anotações do gene MR-1 de S. oneidensis.

Como um anaeróbio facultativo com via de transporte de elétrons ramificada , S. oneidensis é considerado um organismo modelo em microbiologia . Em 2002, sua sequência genômica foi publicada. Tem um cromossomo circular de 4,9 Mb que se prevê que codifique 4.758 frames de leitura aberta de proteínas . Possui um plasmídeo de 161kb com 173 quadros de leitura abertos. Uma nova anotação foi feita em 2003.

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