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.

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.