Кіріспе
Қызғылт күкірт бактериялар отбасысы Chromatiaceae – қызғылт күкірт бактерияларының екі отбасының бірі, олармен бірге Ectothiorhodospiraceae. Олар бір жасушалы, грам-теріс организмдерден тұратын гаммапротеобактериялар класының хроматиялар тәртібіне жатады. Көптеген түрлері фотолитоавтотрофтар және оксигенсіз фотосинтез жүргізеді, бірақ қараңғы және/немесе микроаэробтық жағдайларда хемолитоавтотрофтар немесе хемоорганогетеротрофтар ретінде өсе алатын өкілдері де бар. Ectothiorhodospiraceae және Chromatiaceae бактериялары элементарлық күкірттің глобулаларын өндіреді, айырмашылығы – екінші жағдайда олар жасушаның ішінде, сыртында емес сақталады. Күкірт – сульфидтің тотығуының аралық өнімі, ол соңында сульфатқа айналады және резерв ретінде қызмет ете алады. Бұл екі отбасының таксономиясы бастапқыда элементарлық күкірттің жасушалар ішінде немесе сыртында сақталуы, газдық көпіршіктердің және ішкі мембрана жүйелерінің болуы сияқты оңай байқалатын сипаттамаларға негізделген. Алғашқы таксономиялық жүйе (1907) Молиш пигменттеріне және элементарлық күкірттің сақталуына негізделген. Осы қасиеттерге сәйкес Молиш қызғылт күкірт бактерияларын екі топқа бөлді: жасушаларында элементарлық күкірт глобулаларын сақтайтын барлық мүшелерін қамтитын Thiorhodaceae және осы ерекшелігі жоқ Athiorhodaceae. Бұл екі топ Бергейдің анықтамалық бактериология нұсқаулығының 7-ші басылымында Псевдомонадальдер тәртібінің отбасылары ретінде келтірілген. Келесі басылымда олар Rhodospirillaceae (Pfennig және Triiper, 1971) және Chromatiaceae (Bavendamm, 1924) болып бөлінді. Кейіннен, 1924 жылы Bavendamm алғаш рет Chromatiaceae терминін қолданды, әсіресе суды электрон доноры ретінде пайдаланбайтын (соның салдарынан оттегі өндірмейтін), бірақ сульфидті тотықтырып, нәтижесінде пайда болатын күкіртті жасушаның ішінде немесе сыртында сақтайтын барлық қызғылт бактерияларға қатысты. Осы анықтаманың нәтижесінде, ішкі (қазіргі Chromatiaceae) және сыртқы (қазіргі Ectothiorhodospiraceae) күкірт жиналатын бактериялар бастапқыда бірге топтастырылды. Хемотаксономия және ДНК тізбектемесінің дамуымен, 16S рРНА және pufLM гендерін, сондай-ақ липидтер мен май қышқылдарының құрамы, хинон құрылымы және цитохром c551 аминокислоталық тізбегі сияқты ерекше фенотиптік ерекшеліктерді талдау арқасында екі отбасы арасындағы филогенетикалық қашықтықты көрсету мүмкін болды. Бұл жаңа деректер Имхофты (1984) оларды қайта анықтауға итермеледі: ол Ectothiorhodospira (Pelsh, 1936) туысын Ectothiorhodospiraceae деп аталатын жаңа отбасыға, ал Chromatium (Perty, 1852) туысын Chromatiaceae отбасына жатқызды. Соңғы анықтамаға сәйкес, Chromatiaceae отбасы құрамына тек оксигенсіз фотосинтез жүргізетін және элементарлық күкіртті жасушаларының ішінде сақтайтын қызғылт күкірт бактериялары ғана кіреді. Бұл Thiorhodaceae тобының бірінші Молиш анықтамасымен сәйкес келеді және екі отбасы арасындағы қашықтықты, бірақ филогенетикалық байланысты көрсетеді. Allochromatium spp., Thermochromatium spp., Thiocystis spp. және Chromatium okenii. Олардың кейбір цитологиялық қасиеттері бар, мысалы, таяқша немесе шар тәрізді жасушалар, флагеллілік қозғалыстар және көпіршіктердің болмауы. Бұл топқа Chromatiaceae отбасының ең көп салалы түрлері кіреді: олар негізінен тұзды қажет етпейтін тұщы су бактериялары болып саналса да, кейбір мүшелері төмен тұздылық жағдайында және сол арқылы тұщы және теңіз ортасында да өсе алады. Thiocapsa spp., Thiolamprovum spp., Thiobaca spp., Lamprocystis spp. және Thiodictyon spp. Алдыңғы жағдайдағыдай, бұл топтың мүшелері негізінен тұщы су бактериялары, тіпті олардың кейбіреулері жағалаудағы тіршілік орындарында өсіп кету үшін тұзға төзімді болуы мүмкін. Thiocapsa roseopersicina және Lamprocystis roseopersicina осы топтың белгілі түрлерінің қатарында; біріншісінде газдық көпіршіктер жоқ, ал екіншісінде газдық көпіршіктер мен флагеллаға тәуелді қозғалыстар болады. Marichromatium spp. және Thiorhodococcus spp. Олар теңіз бактериялары және флагеллілік қозғалысқа қабілетті, бірақ олар жасуша пішіні бойынша ерекшеленеді, тиісінше таяқша және шар тәрізді. Thiophaeococcus mangrovi түрі осы топқа жатады. Төртінші топ филогенетикалық жағынан басқалардан алыс және халофильді (Halochromatium spp. және Thiohalocapsa spp.), теңіз (Thiorhodovibrio spp., Rhabdochromatium spp. және Isochromatium spp.) және бактериохлорофил b бар (Thiococcus spp., Thioflavicoccus spp. және Thioalkalicoccus spp.) туыстардан тұрады. Соңғы үш туысқа жататын кейбір түрлерге түтікшелі ішкі мембраналардың болуы тән, бұл оларды Chromatiaceae отбасының барлық басқа туыстарларынан ерекшелендіреді, олардың ішкі мембрана жүйелері көпіршіктер ретінде орналасқан.
The Chromatiaceae are one of the two families of purple sulfur bacteria, together with the Ectothiorhodospiraceae. They belong to the order Chromatiales of the class Gammaproteobacteria, which is composed by unicellular Gram negative organisms. Most of the species are photolithoautotrophs and conduct an anoxygenic photosynthesis, but there are also representatives capable of growing under dark and/or microaerobic conditions as either chemolithoautotrophs or chemoorganoheterotrophs. Both Ectothiorhodospiraceae and Chromatiaceae bacteria produce elemental sulfur globules, the difference is that in the second case they are stored inside the cells rather than outside. Sulfur is an intermediate in the oxidization of sulfide, which is ultimately converted into sulfate, and may serve as a reserve. The taxonomy of these two families was originally drawn up entirely on characteristics easy to observe, such as the storage of elemental sulfur inside or outside the cells, the presence of gas vesicles and the internal membrane systems. The first taxonomic system (1907) was based on the Molisch's pigment and the storage of elemental sulfur. According to these traits, Molisch made a first distinction of the purple sulfur bacteria into two groups: the Thiorhodaceae, including all the members that store globules of elemental sulfur inside their cells, and the Athiorhodaceae, without this feature. These two groups appeared as families of the order Pseudomonadales in the Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 7th ed. In the next edition, they were split in the Rhodospirillaceae (Pfennig and Triiper, 1971) and the Chromatiaceae (Bavendamm, 1924), respectively. Then, the term Chromatiaceae was used for the first time by Bavendamm in 1924, in particular as referred to all those purple bacteria which follow the pathway of anoxygenic photosynthesis, that is to say without using water as electron donor (and consequently without oxygen production), but rather oxidizing sulfide and storing the resulting sulfur either inside or outside the cells. As a consequence of this definition, both the bacteria that accumulate sulfur inside (current Chromatiaceae) and outside the cells (current Ectothiorhodospiraceae) were initially grouped together. With the development of chemotaxonomy and DNA sequencing, thanks to analyses on 16S rRNA and pufLM genes as well as on some peculiar phenotypic features (such as lipid and fatty acid composition, quinone structure and amino acid sequence of cytochrome c551), it was possible to demonstrate the phylogenetic distance between the two families. This emerging data led Imhoff (1984) to redefine them: he assigned the genus Ectothiorhodospira (Pelsh, 1936) to a new family called Ectothiorhodospiraceae, and the genus Chromatium (Perty, 1852) to the family Chromatiaceae. Referring to the latest definition, Chromatiaceae family includes only those purple sulfur bacteria that perform anoxygenic photosynthesis and store elemental sulfur inside their cells. This is in line with the first Molisch definition of the Thiorhodaceae group and reflects the distance, but phylogenetic correlation between the two families. Allochromatium spp., Thermochromatium spp., Thiocystis spp. and Chromatium okenii. They share some cytological properties, such as rod shaped or spherical cells, flagellar movements and the absence of vesicles. This group includes the most versatile species of the family Chromatiaceae: although they are considered primarily freshwater bacteria as they do not have a specific need for salt, some members can grow under low salinity conditions and thus also in brackish and marine habitats. Thiocapsa spp., Thiolamprovum spp., Thiobaca spp., Lamprocystis spp. and Thiodictyon spp. As well as in the previous case, the members of this group are primarily freshwater bacteria, even if some of them can be salt tolerant enough to grow in coastal habitats. Thiocapsa roseopersicina and Lamprocystis roseopersicina are among the well known species of this group; the first one lacks gas vesicles, while in the second one gas vesicles and flagella dependent movements occur. Marichromatium spp. and Thiorhodococcus spp. They are typical marine bacteria and capable of flagellar movements, but they differ from each other for their cell shape, which is rod and spherical, respectively. The species Thiophaeococcus mangrovi is associated to this group. The fourth group is phylogenetically more distant to the others and is composed by halophilic (Halochromatium spp. and Thiohalocapsa spp. ), marine (Thiorhodovibrio spp., Rhabdochromatium spp. and Isochromatium spp.) and bacteriochlorophyll b containing genera (Thiococcus spp., Thioflavicoccus spp. and Thioalkalicoccus spp.). Some species belonging to the last three genera are characterized by the presence of tubular internal membranes, a feature which distinguishes them from all the other genera of the family Chromatiaceae, which instead have internal membrane systems arranged as vesicles.
Көміртегі метаболизмі
Chromatiaceae тұқымдасының көпшілігі автотрофты өсу үшін көміртегінің жалғыз көзі ретінде CO2-ні пайдаланады. Олар негізгі ферменттері рибулоза бисфосфат карбоксилазасы (RubisCO) және фосфорибулокиназасы бар Кальвин циклын қолданады. Көпқабілетті түрлер арнайы түрлерге қарағанда көбірек органикалық қосылыстарды метаболизмдей алады, ал арнайы түрлер негізінен ацетат пен пируватты сіңіреді.
Қалдық қышқыл
Жоғарыда айтылғандай, Chromatiaceae көбінесе оттегісіз фотосинтез жасайды, бірақ оттегі бар ортада метаболизмін өзгерте алатын әмбебап түрлері де кездеседі.
Биомаркер ретінде пайдалану
Окенонның диагенездік соңғы өнімі – окенан, жарамды биомаркер саналады. Бактериялар өлгенде, олар өздерінің кейбір пигмент молекулаларымен, оның ішінде окенонмен бірге теңіз түбіне шөгіп кетеді. Сақталу жағдайында орта көбінесе оттегісіз және тотығуға ұшырамайтын болады, бұл функционалдық топтардың химиялық жоғалуына және окенонның окенанға ішінара қанығуына алып келеді. Осы күйде ол микробиологиялық және химиялық ыдыраудан сақталып, теңіз шөгінділерінде көміледі. Бұл молекула палеоэкологиялық реконструкциялар жасауға мүмкіндік береді, себебі теңіз шөгінділерінде оның табылуы, шөгіндінің қалыптасу кезінде күкірт бактерияларының болғанын және осылайша бұрынғы эуксиндік ортаны (яғни, оттегісіз және сульфидті сулар) көрсетеді.
Биоремедиатор ретінде пайдалану
Анеробикалық лагуна – өнеркәсіптік, қалалық немесе басқа да түрдегі сарқынды суларды жинап, алдын ала тазартуға арналған, адам жасаған, жабық, беткей бассейн. Мұнда Chromatiaceae (және жалпы қызғылт күкірт бактериялары) басым фототрофты бактериялар болып табылады, себебі олар сарқынды суға келіп түсетін немесе ағынындағы негізгі қосылыстарды метаболизмдеу арқылы олардың концентрациясын төмендетуде маңызды рөл атқарады. Бұл – ин-ситу биоремедиацияның мысалы, онда лагунада мекендейтін бактериялар фотогетеротрофтық өсуін қамтамасыз ету үшін осы қосылыстарды пайдаланады. Мысалы, олар улы және жағымсыз иіс шығаратын күкірттегі сутекті электрон көзі ретінде, ал парниктік газ метанді оттегізсіз фотосинтез үшін көміртек көзі ретінде пайдалана алады; осылайша лагунадан зиянды заттар алынып тасталады, нәтижесінде иіс және уыттылық азаяды, сондай-ақ атмосфералық ластанудың алдын алады.