496 resultados para Archaea methanogenic
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Some intron-containing rRNA genes of archaea encode homing-type endonucleases, which facilitate intron insertion at homologous sites in intron- alleles. These archaeal rRNA genes, in contrast to their eukaryotic counterparts, are present in single copies per cell, which precludes intron homing within one cell. However, given the highly conserved nature of the sequences flanking the intron, homing may occur in intron- rRNA genes of other archaeal cells. To test whether this occurs, the intron-containing 23S rRNA gene of the archaeal hyperthermophile Desulfurococcus mobilis, carried on nonreplicating bacterial vectors, was electroporated into an intron- culture of Sulfolobus acidocaldarius. PCR experiments demonstrated that the intron underwent homing and spread through the culture. By using a double drug-resistant mutant of S. acidocaldarius, it was shown that spreading resulted partly from a selective advantage of intron+ cells and partly from intercellular mobility of the intron and homing.
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In Escherichia coli and Salmonella typhimurium it has been shown that selenophosphate serves as the selenium donor for the conversion of seryl-tRNA to selenocysteyl-tRNA and for the synthesis of 2-selenouridine, a modified nucleoside present in tRNAs. Although selenocysteyl-tRNA also is formed in eukaryotes and is used for the specific insertion of selenocysteine into proteins, the precise mechanism of its biosynthesis from seryl-tRNA in these systems is not known. Because selenophosphate is extremely oxygen labile and difficult to identify in biological systems, we used an immunological approach to detect the possible presence of selenophosphate synthetase in mammalian tissues. With antibodies elicited to E. coli selenophosphate synthetase the enzyme was detected in extracts of rat brain, liver, kidney, and lung by immunoblotting. Especially high levels were detected in Methanococcus vannielii, a member of the domain Archaea, and the enzyme was partially purified from this source. It seems likely that the use of selenophosphate as a selenium donor is widespread in biological systems.
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The Archaea (archaebacteria) constitute a group of prokaryotes that are phylogenetically distinct from Eucarya (eukaryotes) and Bacteria (eubacteria). Although Archaea possess only one RNA polymerase, evidence suggests that their transcriptional apparatus is similar to that of Eucarya. For example, Archaea contain a homolog of the TATA-binding protein which interacts with the TATA-box like A-box sequence upstream of many archaeal genes. Here, we report the cloning of a Sulfolobus shibatae gene that encodes a protein (transcription factor TFB) with striking homology to the eukaryotic basal transcription factor TFIIB. We show by primer extension analysis that transcription of the S. shibatae TFB gene initiates 27 bp downstream from a consensus A-box element. Significantly, S. shibatae TFB contains an N-terminal putative metal-binding region and two imperfect direct repeats--structural features that are well conserved in eukaryotic TFIIBs. This suggests that TFB may perform analogous functions in Archaea and Eucarya. Consistent with this, we demonstrate that S. shibatae TFB promotes the binding of S. shibatae TBP to the A-box element of the Sulfolobus 16S/23S rRNA gene. Finally, we show that S. shibatae TFB is significantly more related to TFB of the archaeon Pyrococcus woesei than it is to eukaryotic TFIIBs. These data suggest that TFB arose in the common archaeal/eukaryotic ancestor and that the lineages leading to P. woesei and S. shibatae separated after the divergence of the archaeal and eukaryotic lines of descent.
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Universal trees based on sequences of single gene homologs cannot be rooted. Iwabe et al. [Iwabe, N., Kuma, K.-I., Hasegawa, M., Osawa, S. & Miyata, T. (1989) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86, 9355-9359] circumvented this problem by using ancient gene duplications that predated the last common ancestor of all living things. Their separate, reciprocally rooted gene trees for elongation factors and ATPase subunits showed Bacteria (eubacteria) as branching first from the universal tree with Archaea (archaebacteria) and Eucarya (eukaryotes) as sister groups. Given its topical importance to evolutionary biology and concerns about the appropriateness of the ATPase data set, an evaluation of the universal tree root using other ancient gene duplications is essential. In this study, we derive a rooting for the universal tree using aminoacyl-tRNA synthetase genes, an extensive multigene family whose divergence likely preceded that of prokaryotes and eukaryotes. An approximately 1600-bp conserved region was sequenced from the isoleucyl-tRNA synthetases of several species representing deep evolutionary branches of eukaryotes (Nosema locustae), Bacteria (Aquifex pyrophilus and Thermotoga maritima) and Archaea (Pyrococcus furiosus and Sulfolobus acidocaldarius). In addition, a new valyl-tRNA synthetase was characterized from the protist Trichomonas vaginalis. Different phylogenetic methods were used to generate trees of isoleucyl-tRNA synthetases rooted by valyl- and leucyl-tRNA synthetases. All isoleucyl-tRNA synthetase trees showed Archaea and Eucarya as sister groups, providing strong confirmation for the universal tree rooting reported by Iwabe et al. As well, there was strong support for the monophyly (sensu Hennig) of Archaea. The valyl-tRNA synthetase gene from Tr. vaginalis clustered with other eukaryotic ValRS genes, which may have been transferred from the mitochondrial genome to the nuclear genome, suggesting that this amitochondrial trichomonad once harbored an endosymbiotic bacterium.
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A elevada concentração de cloro das bifenilas policloradas provoca alta toxicidade do composto, o qual dificulta sua biodegradação. A contaminação de PCB no Brasil foi confirmada em estudo realizado na Bahia de Santos-São Vicente (São Paulo), o qual revelou a necessidade de um plano de ação para o controle e remoção de PCB no Brasil. Pretendeu-se assim, na realização da presente pesquisa, verificar quatro hipóteses: (1) A técnica de Microextração em fase sólida é uma metodologia eficaz para avaliação de bifenilas policloradas de amostras de reatores; (2) A condição fermentativa-metanogênica abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo; (3) A condição desnitrificante abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo e (4) A remoção de PCB, bem como, a composição microbiana é distinta em cada condição metabólica. Para tanto, reatores em batelada foram montados separadamente com biomassa anaeróbia proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de avicultura e biomassa de sistemas de lodos ativados de tratamento de esgoto sanitário. Os reatores operados em condição mesófila foram alimentados com meio sintético, co-substratos, sendo etanol (457 mg.L-1) e formiato de sódio (680 mg.L-1) para os reatores anaeróbios, e somente etanol (598 mg.L-1) para os reatores anóxicos, além de PCB padrão Sigma (congêneres PCBs 10, 28, 52, 153, 138 e 180) em diferentes concentrações, dependendo do objetivo do ensaio. A aplicação do método de extração por SPME com análise em cromatógrafo gasoso com detector por captura de elétrons foi adequada para a determinação dos seis congêneres de PCB. Obteve-se ampla faixa de linearidade, seletividade frente aos vários interferentes, além da robustez do método, utilidade e confiabilidade na identificação e quantificação específica dos seis congêneres de PCB. A Hipótese 1 foi aceita; ou seja, por meio da aplicação da metodologia SPME foi possível quantificar os PCB nos reatores em batelada. Apesar de ter sido comprovada a inibição metanogênica na presença de PCB, com IC50 de 0,03 mg.L
Disposição de resíduos gerados em estações de tratamento de água em estações de tratamento de esgoto
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O presente trabalho foi realizado em duas fases. Na primeira, foram estimados os efeitos produzidos nos decantadores primários de uma ETE, após receber resíduo da ETA-SC, que utiliza sulfato de alumínio como coagulante. Foram realizados ensaios em colunas de sedimentação, onde os parâmetros SST, SSV, cor, turbidez, DQO, coliformes totais, Escherichia coli e parasitas, pesquisados no sobrenadante, diminuíram com o aumento da quantidade de resíduo adicionado. Com relação aos sedimentos obtidos nas colunas de sedimentação, foi encontrada maior quantidade de ST e menor resistência específica nos lodos provenientes das colunas que receberam os resíduos da ETA-SC. No teste de atividade metanogênica, a concentração molar de metano foi reduzida nos sistemas que receberam resíduo da ETA-SC, influenciando negativamente no desenvolvimento dos microrganismos metanogênicas. As espécies de microrganismos do gênero Methanothrix sp foram inibidas, sendo encontradas em maior número no frasco-reator controle e em menor quantidade a medida que se aumentou a quantidade do resíduo adicionado. Nesta etapa foi constatado que o resíduo da ETA-SC poderá apresentar interferências negativas sobre a digestão anaeróbia do lodo produzido em decantadores primários de uma ETE. Na segunda fase, na estação piloto, composta de lagoa de aeração seguida de lagoa de sedimentação, que recebeu resíduo da ETA-Fonte, que utiliza cloreto férrico como coagulante, foi verificado que tal resíduo melhorou a qualidade do efluente em termos de DQO, DBO, SST, turbidez, cor, amônio, nitrato, NTK e fosfato total. Os parâmetros ST, SDT, cloreto, nitrito, condutividade e pH não apresentaram diferenças significativas. Em relação ao exame microscópico não houve influências negativas no licor misto das lagoas de aeração. O lodo formado nas lagoas de sedimentação piloto apresentou-se em maior quantidade na lagoa que recebeu resíduo da ETA-Fonte. Neste lodo a resistência específica a filtração foi menor em comparação ao lodo da lagoa que não recebeu resíduo da ETA-Fonte. A desidratação deste lodo por centrifugação necessitou menor quantidade de polieletrólito. Baseado neste estudo não foi verificado interferências que possa impedir o lançamento do resíduo da ETA-Fonte na ETE-Araraquara.
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A tecnologia anaeróbia tem sido utilizada com sucesso no tratamento de água residuária contendo compostos fenólicos. Recentes pesquisas incluem tais compostos entre aqueles que podem ser degradados através desse processo. O objetivo desse trabalho foi avaliar a degradação do fenol em diferentes condições nutricionais, com ênfase na redução do sulfato. Os experimentos foram realizados com meio de cultura específico para esses microrganismos anaeróbios. Foram realizados ensaios de degradação em reatores em batelada alimentados nas seguintes condições: (1) fenol e sulfato, a diferentes concentrações, com inóculo previamente enriquecido; (2) fenol, sulfato e co-substratos e; (3) fenol, sulfato e extrato de levedura. Todos os ensaios foram realizados em temperatura de 30 graus Celsius, sob agitação de 150 rpm. Foi avaliado o consumo de fenol e sulfato e, produção de metano, em função do tempo, para diferentes concentrações iniciais de fenol e sulfato. Nos ensaios com reatores alimentados com fenol (329,3 mg/l); fenol (307,3 mg/l) e sulfato (160 mg/l); fenol (322.3 mg/l), sulfato (160 mg/l) e lactato (478,16 mg/l); fenol (332,1 mg/l), sulfato (150 mg/l) e etanol (129,76 mg/l), a remoção foi de, respectivamente, 99,8%, 98,2%, 98,8% e 98,8%. Os reatores alimentados com fenol (239,7 mg/l) obtiveram 100% de eficiência na degradação em apenas 11 dias e, os reatores alimentados com fenol (234,3 mg/l) e sulfato (162,5 mg/l) e fenol (256,0 mg/l) e sulfato (500 mg/l) tiveram eficiências de degradação de, respectivamente, 98,8% e 99,3% com 17 dias de operação. Tais eficiências foram obtidas pelo acréscimo de extrato de levedura nos reatores, no início dos ensaios. A caracterização morfológica foi realizada através de microscopia óptica. A diversidade microbiana referente aos Domínios Bacteria e Archaea, além do grupo de bactérias redutoras de sulfato foi avaliada através da técnica de PCR DGGE, onde foram observadas alterações nas populações microbianas, em função das condições nutricionais. Para o Domínio Archaea não foram observadas diferenças nos ensaios realizados. Para o Domínio Bacteria e Grupo das BRS essas diferenças foram, mais facilmente, percebidas com relação ao inóculo e entre os diversos reatores. A alteração na diversidade microbiana pode ter sido decorrente da composição do meio que, nesse caso, foi específico para BRS e a composição do inóculo que continha parte previamente adaptada às BRS. Essas condições adequadas puderam propiciar surgimento e desenvolvimento de populações microbianas capazes de degradar fenol, utilizando sulfato.
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A digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento de resíduos com altas concentrações de matéria orgânica. Por meio dos processos anaeróbios é possível a produção de biogás, fonte de energia renovável e ambientalmente amigável. Elevadas concentrações de lipídios, todavia, apesar de representarem elevado potencial metanogênico, interferem negativamente nos sistemas de tratamento, podendo inibir a atividade microbiana e, consequentemente, a produção de metano. O presente projeto avaliou o efeito da adição de bagaço de cana-de-açúcar no processo de biodigestão anaeróbia de elevadas concentrações de gorduras advindas de efluentes de laticínio. Para tanto foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar in natura e pré-tratadas pelos seguintes métodos: organossolve, hidrotérmico, explosão à vapor e ácido diluído. O uso desse material lignocelulósico teve o objetivo de controlar a inibição causada pelos produtos da hidrólise dos lipídios por meio de sua adsorção e, consequentemente, diminuição das concentrações de tais compostos no meio. Outra hipótese era que o bagaço de cana-de-açúcar pudessem agir como co-substrato no processo de biodigestão anaeróbia. Inicialmente realizaram-se ensaios de biodegradabilidade anaeróbia com concentrações crescentes de gordura, que resultaram em relação entre substrato e microrganismo 0,06, 0,1, 0,2, 0,4 e 0,6 g DQO/gSTV. O ensaio com concentração em que foi verificada a inibição severa (0,4 gDQO/gSTV) do processo foi repetido com adição das fibras tratadas e não tratadas. Aos dados de produção acumulada de metano ajustou-se modelo de Gompertz, e parâmetros cinéticos foram inferidos. O bagaço de cana-de-açúcar mostrou potencial como adsorvente de gordura, pois as produções metanogênicas foram superiores à condição inibida sem adição desse material. A adição de fibras pré-tratadas por método organossolve resultou nas maiores produções de metano.
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Haloferax mediterranei is a denitrifying halophilic archaeon able to reduce nitrate and nitrite under oxic and anoxic conditions. In the presence of oxygen, nitrate and nitrite are used as nitrogen sources for growth. Under oxygen scarcity,this haloarchaeon uses both ions as electron acceptors via a denitrification pathway. In the present work, the maximal nitriteconcentration tolerated by this organism was determined by studying the growth of H. mediterranei in minimal medium containing30, 40 and 50 mM nitrite as sole nitrogen source and under initial oxic conditions at 42 °C. The results showed theability of H. mediterranei to withstand nitrite concentrations up to 50 mM. At the beginning of the incubation, nitrate wasdetected in the medium, probably due to the spontaneous oxidation of nitrite under the initial oxic conditions. The completeremoval of nitrite and nitrate was accomplished in most of the tested conditions, except in culture medium containing 50 mMnitrite, suggesting that this concentration compromised the denitrification capacity of the cells. Nitrite and nitrate reductases activities were analyzed at different growth stages of H. mediterranei. In all cases, the activities of the respiratory enzymeswere higher than their assimilative counterparts; this was especially the case for NirK. The denitrifying and possibly detoxifyingrole of this enzyme might explain the high nitrite tolerance of H. mediterranei. This archaeon was also able to remove60 % of the nitrate and 75 % of the nitrite initially present in brine samples collected from a wastewater treatment facility.These results suggest that H. mediterranei, and probably other halophilic denitrifying Archaea, are suitable candidates for thebioremediation of brines with high nitrite and nitrate concentrations.
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The nitrogen cycle (N-cycle), principally supported by prokaryotes, involves different redox reactions mainly focused on assimilatory purposes or respiratory processes for energy conservation. As the N-cycle has important environmental implications, this biogeochemical cycle has become a major research topic during the last few years. However, although N-cycle metabolic pathways have been studied extensively in Bacteria or Eukarya, relatively little is known in the Archaea. Halophilic Archaea are the predominant microorganisms in hot and hypersaline environments such as salted lakes, hot springs or salted ponds. Consequently, the denitrifying haloarchaea that sustain the nitrogen cycle under these conditions have emerged as an important target for research aimed at understanding microbial life in these extreme environments. The haloarchaeon Haloferax mediterranei was isolated 20 years ago from Santa Pola salted ponds (Alicante, Spain). It was described as a denitrifier and it is also able to grow using NO3-, NO2- or NH4+ as inorganic nitrogen sources. This review summarizes the advances that have been made in understanding the N-cycle in halophilic archaea using Hfx mediterranei as a haloarchaeal model. The results obtained show that this microorganism could be very attractive for bioremediation applications in those areas where high salt, nitrate and nitrite concentrations are found in ground waters and soils.
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The green Cu-NirK from Haloferax mediterranei (Cu-NirK) has been expressed, refolded and retrieved as a trimeric enzyme using an expression method developed for halophilic Archaea. This method utilizes Haloferax volcanii as a halophilic host and an expression vector with a constitutive and strong promoter. The enzymatic activity of recombinant Cu-NirK was detected in both cellular fractions (cytoplasmic fraction and membranes) and in the culture media. The characterization of the enzyme isolated from the cytoplasmic fraction as well as the culture media revealed important differences in the primary structure of both forms indicating that Hfx. mediterranei could carry out a maturation and exportation process within the cell before the protein is exported to the S-layer. Several conserved signals found in Cu-NirK from Hfx. mediterranei sequence indicate that these processes are closely related to the Tat system. Furthermore, the N-terminal sequence of the two Cu-NirK subunits constituting different isoforms revealed that translation of this protein could begin at two different points, identifying two possible start codons. The hypothesis proposed in this work for halophilic Cu-NirK processing and exportation via the Tat system represents the first approximation of this mechanism in the Halobacteriaceae family and in Prokarya in general.
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In this work we report for the first time a post-translational modification of PII homologues from the Archaea Domain. Haloferax mediterranei is the first haloarchaea whose PII proteins have been studied, it possesses two of them (GlnK1 and GlnK2), both encoded adjacent to a gene for the ammonia transporter Amt. An approach based on 2DE, anti-GlnK immunoblot and peptide mass fingerprint (MALDI-TOF-MS) of the reactive spots showed that GlnK proteins in H. mediterranei are post-translationally uridylylated. A third spot with lower pI suggests the existence of a non-descript post-translational modification in this protein family.
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To obtain insights into archaeal nitrogen signaling and haloadaptation of the nitrogen/carbon/energy-signaling protein PII, we determined crystal structures of recombinantly produced GlnK2 from the extreme halophilic archaeon Haloferax mediterranei, complexed with AMP or with the PII effectors ADP or ATP, at respective resolutions of 1.49 Å, 1.45 Å, and 2.60 Å. A unique trait of these structures was a three-tongued crown protruding from the trimer body convex side, formed by an 11-residue, N-terminal, highly acidic extension that is absent from structurally studied PII proteins. This extension substantially contributed to the very low pI value, which is a haloadaptive trait of H. mediterranei GlnK2, and participated in hexamer-forming contacts in one crystal. Similar acidic N-extensions are shown here to be common among PII proteins from halophilic organisms. Additional haloadaptive traits prominently represented in H. mediterranei GlnK2 are a very high ratio of small residues to large hydrophobic aliphatic residues, and the highest ratio of polar to nonpolar exposed surface for any structurally characterized PII protein. The presence of a dense hydration layer in the region between the three T-loops might also be a haloadaptation. Other unique findings revealed by the GlnK2 structure that might have functional relevance are: the adoption by its T-loop of a three-turn α-helical conformation, perhaps related to the ability of GlnK2 to directly interact with glutamine synthetase; and the firm binding of AMP, confirmed by biochemical binding studies with ATP, ADP, and AMP, raising the possibility that AMP could be an important PII effector, at least in archaea.
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Glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47) from the halophilic Archaeon Haloferax mediterranei belongs to the medium-chain alcohol dehydrogenase superfamily and requires a zinc ion for catalysis. The zinc ion is coordinated by a histidine, a water molecule and two other ligands from the protein or the substrate, which vary during the catalytic cycle of the enzyme. In many enzymes of this superfamily one of the zinc ligands is commonly cysteine, which is replaced by an aspartate residue at position 38 in the halophilic enzyme. This change has been only observed in glucose dehydrogenases from extremely halophilic microorganisms belonging to the Archaea Domain. This paper describes biochemical studies and structural comparisons to analyze the role of sequence differences between thermophilic and halophilic glucose dehydrogenases which contain a zinc ion within the protein surrounded by three ligands. Whilst the catalytic activity of the D38C GlcDH mutant is reduced, its thermal stability is enhanced, consistent with the greater structural similarity between this mutant and the homologous thermophilic enzyme from Thermoplasma acidophilum.
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The production of pigments by halophilic archaea has been analysed during the last half a century. The main reasons that sustains this research are: (i) many haloarchaeal species possess high carotenoids production availability; (ii) downstream processes related to carotenoid isolation from haloarchaea is relatively quick, easy and cheap; (iii) carotenoids production by haloarchaea can be improved by genetic modification or even by modifying several cultivation aspects such as nutrition, growth pH, temperature, etc.; (iv) carotenoids are needed to support plant and animal life and human well-being; and (v) carotenoids are compounds highly demanded by pharmaceutical, cosmetic and food markets. Several studies about carotenoid production by haloarchaea have been reported so far, most of them focused on pigments isolation or carotenoids production under different culture conditions. However, the understanding of carotenoid metabolism, regulation, and roles of carotenoid derivatives in this group of extreme microorganisms remains mostly unrevealed. The uses of those haloarchaeal pigments have also been poorly explored. This work summarises what has been described so far about carotenoids production by haloarchaea and their potential uses in biotechnology and biomedicine. In particular, new scientific evidence of improved carotenoid production by one of the better known haloarchaeon (Haloferax mediterranei) is also discussed.