Кіріспе
Бактериялар туысы Acidithiobacillus – "Pseudomonadota" филумындағы Acidithiobacillia классына жататын бактериялар туысы. Бұл туысқа күкірт және/немесе темірді тотықтыруға қабілетті қышқылды микроорганизмдердің он түрі кіреді: Acidithiobacillus albertensis, Acidithiobacillus caldus, Acidithiobacillus cuprithermicus, Acidithiobacillus ferrianus, Acidithiobacillus ferridurans, Acidithiobacillus ferriphilus, Acidithiobacillus ferrivorans, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus sulfuriphilus және Acidithiobacillus thiooxidans. А. ferrooxidans – туыстың ең көп зерттелген түрі, бірақ А. caldus және А. thiooxidans та зерттеулерде маңызды. Барлық "Pseudomonadota" сияқты, Acidithiobacillus spp. Грам-теріс және спора түзбайды. Олар сондай-ақ қышқыл шахталық судың түзілуіне маңызды рөл атқарады, бұл тау-кен өнеркәсібіндегі маңызды жаһандық экологиялық мәселе. Acidithiobacillus түрлерінің кейбіреулері биоличинг және биокенттеуде қолданылады. Бұл бактериялардың қышқыл ортада тіршілік етуін қамтамасыз ететін гендердің бір бөлігі көлденең гендер алмасу арқылы алынған деп есептеледі.
Acidithiobacillus is a genus of the Acidithiobacillia in the phylum "Pseudomonadota". This genus includes ten species of acidophilic microorganisms capable of sulfur and/or iron oxidation: Acidithiobacillus albertensis, Acidithiobacillus caldus, Acidithiobacillus cuprithermicus, Acidithiobacillus ferrianus, Acidithiobacillus ferridurans, Acidithiobacillus ferriphilus, Acidithiobacillus ferrivorans, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus sulfuriphilus, and Acidithiobacillus thiooxidans. A. ferooxidans is the most widely studied of the genus, but A. caldus and A. thiooxidans are also significant in research. Like all "Pseudomonadota", Acidithiobacillus spp. are Gram negative and non spore forming. They also play a significant role in the generation of acid mine drainage; a major global environmental challenge within the mining industry. Some species of Acidithiobacillus are utilized in bioleaching and biomining. A portion of the genes that support the survival of these bacteria in acidic environments are presumed to have been obtained by horizontal gene transfer.
Acidithiobacillus туысы
Acidithiobacillus – қышқылды сүйетін, мезофильді немесе мезотермофильді болып келетін хемолитоавтотрофтар. Acidithiobacillus caldus миксотрофикалық түрде де өсе алады. Қазіргі уақытта осы туыста күкірт қосылыстарын тотықтыру арқылы энергия алуға қабілетті он түр бар, ал кейбір түрлері темір(II) және темір(III) иондарын да пайдаланады. Кейбір түрлер қоршаған ортадан сутегі мен азотты пайдалануға бейімделген. Бұрын Гаммапротеобактерияларға жатқан, олардың орны және Бетапротеобактерияларға жату мүмкіндігі туралы көп пікірталас болды. Алайда, геномдық зерттеулер нәтижесінде бұл мәселе шешілді және екі туыс та жаңа Acidithiobacillia класына қайта жіктелді. Бұл туыстың кейбір өкілдері 2000 жылға дейін Thiobacillus spp. деп жіктелген. Acidithiobacillus ferrooxidans (базоним Thiobacillus ferrooxidans) пирит және басқа темір-күкірт минералдарынан оқшауланып, автотрофтық өсуді қамтамасыз ету үшін темір мен күкіртті энергия көзі ретінде тотықтырады, нәтижесінде темір(III) және күкірт қышқылы түзіледі. Acidithiobacillus thiooxidans (базоним Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus concretivorus) сондай-ақ, кәріз құбырларындағы бетонның биогендік сульфидтік коррозиясын тудырады, себебі ол суландырылған газдағы сутегі сульфидін күкірт қышқылына айналдырады.
Биооқыту
Acidothiobacillus құрамындағы түрлер биогидрометаллургия өнеркәсібінде биоличинг және биоминингі деп аталатын әдістерде қолданылады, олар металдарды бактериялық тотығу арқылы кендерінен шығаруға мүмкіндік береді. Биомининг радиоактивті қалдықтарды бактериялардың қатысуымен кен ретінде пайдаланады, нәтижесінде алтын, платина, полоний, радон, радий, уран, нептуний, америций, никель, марганец, бром, сынап және олардың изотоптары алынады. Acidithiobacillus ferrooxidans 1950 жылы Colmer, Temple және Hinkle ашқаннан бері сульфид кендерін личингтеуде биогидрометаллургия саласында маңызды экономикалық бактерия болып табылады. A. ferrooxidans-тың ашылуы "биогидрометаллургия" дамуына әкелді, ол минералдардан немесе қатты қалдықтардан металдарды микробиологиялық әдіспен алудың және қышқыл шахта ағындарымен айналысатын барлық аспектілерді қамтиды. A. ferrooxidans төмен сапалы сульфид кендерінен металдарды ерітуге қабілетті, тиімді личингтік организм ретінде дәлелденген. Соңғы уақытта минералды концентраттарды және күрделі сульфид кендерін партиялық немесе үздіксіз ағынды реакторларда өңдеуге назар аударылып келеді. Acidithiobacillus ferrooxidans көбінесе қышқыл шахта ағындары мен шахта қалдықтарында кездеседі. Темір(II) темірдің, тотығуға түскен күкірт оксианиондарының, металл сульфидтерінің және элементарлы күкірттің тотығуы күкірт қышқылында темір(III) сульфатын түзетіп, металдардың және басқа да қосылыстардың еріуіне себеп болады. Осылайша, A. ferrooxidans биоремедиация процестерінде қолданылуы мүмкін. Acidithiobacillus сонымен қатар коррозияға ұшыраған жерлердегі кәріздердің ішкі беттерінде кең таралған; генетикалық секвенирлеу Acidothiobacillus thiooxidans-ты әдеттегі түр ретінде анықтайды, бірақ ол кейде мұндай жерлерде кездеспейді.
Морфология
Acidithiobacillus spp. өсу жағдайларына байланысты жеке клеткалар түрінде немесе кейде жұптарда немесе тізбектерде кездеседі. Жоғары жылдамдықпен қозғалатын түрлер де, қозғалмайтын түрлер де сипатталған. Қозғалатын штаммдардың көбінесе бір қамшысы болады, бірақ A. albertensis-тің полюстік қамшыларының шоғыры және гликокаликсі бар. Азотты бекіту – осы туыстың кейбір түрлерінің маңызды экологиялық функциясы, сондай-ақ энергия көзі ретінде молекулалық сутекті пайдалану да осыған жатады. Алайда, бұл қасиеттер әр түрде кездеспейді. Кейбір түрлер темір(III) ионын соңғы электрон қабылдағыш ретінде пайдалана алады.
Эволюция
Acidithiobacillus spp. ыстық бұлақтар, қышқыл шахта ағынды сулары (тасталган шахта ағынды сулары) немесе шахта қалдықтары, қышқыл топырақтар және сульфидтік үңгірлер сияқты әртүрлі ортада тіршілік ететіні белгілі. Құрлықтағы ыстық бұлақтар қазіргі уақытта маңызды зерттеу нысаны болып табылады, себебі олар осы туысқа белгілі шектеу жағдайларын ұсынады, бірақ Acidithiobacillus кездесетін микробтық қауымдастықтарды қамтиды. Бұл бактериялар үшін оңтайлы pH жағдайлары түрлер арасында өзгеше, бірақ кейбіреулері 8.94 pH және 97.6°C температурада байқалған. Acidithiobacillus туысының барлық түрлері 0.5-тен 6.0-қа дейінгі pH және 5°C-тан 52°C-қа дейінгі температура жағдайында өсе алады. Олар ауыр металдарға жоғары төзімді және осы металдардың жоғары концентрациясы бар ортада жақсы өркендейді. Энергия алу үшін олар күкірттің тотығуын молекулалық оттегімен байланыстыруға эволюциялады, бірақ айналасындағы басқа да ресурстарды электрон доноры немесе акцепторы ретінде пайдалана алады. Acidithiobacillus – әртүрлі туыс, түрлері қышқылдық, температура және қоректік заттардың қолжетімділігі сияқты әртүрлі шектеулер аясында әртүрлі ортада тіршілік етуге бейімделген. Мысалы, A. caldus, туыстың жалғыз белгілі термоацидофилі, 52°C-қа дейінгі экстремалды температурада тіршілік етуге қабілетті, ал A. ferrooxidans pH < 1 болатын өте қышқыл жағдайларда тіршілік ете алады. Acidithiobacillia класының метаболикалық ерекшеліктеріне күкірт метаболизмі кезінде сутек сульфидін, элементтік күкіртті, тиосульфатты және тетратионатты пайдалануға көмектесетін ферменттердің болуы жатады. Темірді тотықтыратын түрлер азотты бекіту және сутекті пайдалануға жауапты гендерге ие. Геномдық құрамының әртүрлілігі осы түрлерге аэробты және анаэробты ортада тіршілік етуге мүмкіндік береді.