Кіріспе
Sulfolobus – Sulfolobaceae тұқымдасына жататын архея микроорганизмінің туысы. Ол археялар доменіне кіреді. Sulfolobus түрлері вулкандық бұлақтарда өседі, ал ең қолайлы өсу ортасы pH 2–3 және 75–80 °C температура диапазонында болады, осылайша оларды тиісінше қышқылды сүйгіш (ацидофил) және жылуды сүйгіш (термофил) деп атаймыз. Sulfolobus жасушаларының пішіні дұрыссыз және олардың қамшылары бар. Sulfolobus түрлері көбінесе алғаш рет оқшауланған жерінің атымен аталады, мысалы, Sulfolobus solfataricus алғаш рет Солфатара жанартауынан оқшауланды. Басқа түрлерін әлемнің түкпір-түкпіріндегі жанартаулық немесе геотермальдық белсенділік аймақтарында кездестіруге болады, мысалы, балшық қазандықтары деп аталатын геологиялық құрылымдарда, олар солфатара (солфатараның көпше түрі) деп те белгілі.
Sulfolobus is a genus of microorganism in the family Sulfolobaceae. It belongs to the archaea domain. Sulfolobus species grow in volcanic springs with optimal growth occurring at pH 2–3 and temperatures of 75–80 °C, making them acidophiles and thermophiles respectively. Sulfolobus cells are irregularly shaped and flagellar. Species of Sulfolobus are generally named after the location from which they were first isolated, e. g. Sulfolobus solfataricus was first isolated in the Solfatara volcano. Other species can be found throughout the world in areas of volcanic or geothermal activity, such as geological formations called mud pots, which are also known as solfatare (plural of solfatara).
Сульфолобус ДНК репликациясының молекулалық механизмдерін зерттеудің моделі ретінде
1996 жылы алғашқы Архея геномы, Метанококк жәннашчиі, толық тізбектелген кезде, Метанококк жәннашчиі геномындағы ДНК репликациясына, транскрипциясына және аудармасына қатысты гендердің басқа прокариоттарға қарағанда эукариоттардағы аналогтарымен көбірек байланысты екендігі анықталды. 2001 жылы Сульфолобус солфатарикус P2 геномының алғашқы тізбегі жарияланды. P2 геномында хромосомалық репликацияға қатысты гендер де эукариоттардағы гендерге көбірек ұқсас екені анықталды. Бұл гендерге ДНК полимераза, примаза (екі суббірлігін қоса алғанда), MCM, CDC6/ORC1, RPA, RPC және PCNA кіреді. 2004 жылы Сульфолобус солфатарикус және Сульфолобус ацидокалдариус ДНК репликациясының басталу тегі анықталды. Бұл екі түрдің де геномдарында екі басталу тегі бар екенін көрсетті. Прокариоттық жасушада ДНК репликациясының бірнеше басталу тегі қолданылатыны алғаш рет осылай дәлелденді. Археядағы ДНК репликациясының механизмі эволюциялық тұрғыдан сақталған және эукариоттардың механизміне ұқсас. Қазір Сульфолобус археяларда ДНК репликациясының молекулалық механизмдерін зерттеу үшін модель ретінде қолданылады. Археядағы ДНК репликациясы жүйесі эукариоттардағы жүйеге қарағанда әлдеқайда қарапайым болғандықтан, эукариоттардағы ДНК репликациясының күрделі механизмдерін зерттеу үшін археяны модель ретінде пайдалануға болатыны ұсынылды.
Биотехнологиядағы рөлі
Сульфолобус ақуыздары термотұрақты қасиеттерінің арқасында биотехнология және өнеркәсіптік қолдану үшін қызығушылық тудырады. Бір қолданысы – S. acidocaldarius ақуыздарынан алынған, аффитиндер деп аталатын жасанды туындыларды жасау. Дегенмен, жасуша ішіндегі ақуыздар төмен pH-да міндетті түрде тұрақты болмайды, себебі Сульфолобус түрлері сыртқы мембранада маңызды pH градиентін сақтайды. Сульфолабалар метаболизмі күкіртке тәуелді: гетеротрофты немесе автотрофты, олардың энергиясы күкірттің тотығуынан және/немесе күкірттің соңғы электрон қабылдағыш ретінде қатысатын жасушалық тыныс алудан түседі. Мысалы, S. tokodaii сутек сульфидін жасуша ішінде сульфатқа дейін тотықтырады.
Геномдық жағдайы
S. acidocaldarius DSM 639 (2 225 959 нуклеотид), S. solfataricus P2 (2 992 245 нуклеотид) және S. tokodaii str. 7 (2 694 756 нуклеотид) геномдары толық секвенцияланды.
Геном құрылымы
Sulfolobus solfataricus археонының дөңгелек хромосомасы бар, ол 2 992 245 бп-дан тұрады. Тағы бір секвенцияланған түр, S. tokodaii-дың да дөңгелек хромосомасы бар, бірақ ол 2 694 756 бп-мен сәл кішірек. Екі түрде де ftsZ және minD гендері жоқ, бұл секвенцияланған Crenarchaeota-ға тән ерекшелік. Олар сондай-ақ цитрат синтетазасы және 2 оксоқышқылының екі суббірлігін: ферредоксин оксидоредуктазасын кодтайды, ол ТСА (трикарбоксилді / Кребс / лимон қышқылы) циклында альфа-кетоглутарат дегидрогеназасымен ұқсас рөл атқарады. Бұл Sulfolobus-тың еукариоттардың митохондрияларында кездесетін ТСА цикл жүйесіне ұқсас екенін көрсетеді. АТФ өндірісіне қатысатын тыныс алу тізбегіндегі басқа гендер эукариоттардағыдай болған жоқ. Цитохром c – эукариоттарда электрондарды оттегіге беруде маңызды рөл атқаратын бір мысал. Бұл A. pernix K1-де де табылды. Бұл қадам Sulfolobus сияқты аэробты микроорганизм үшін маңызды болғандықтан, ол бірдей функция үшін басқа молекуланы пайдалануы мүмкін немесе басқа жолмен жұмыс істейді.
Жасуша құрылымы мен метаболизмі
Сульфолобус күкіртті окистендіре отырып литоавтотрофтық жолмен немесе күкіртті қарапайым тотыққан көміртекті қосылыстарды окистендіру арқылы химиогетеротрофтық жолмен өсе алады. Дегенмен, гетеротрофтық өсу тек оттегі болғанда ғана байқалады. Негізгі метаболизм жолдары – гликолиз жолы, пентоза фосфат жолы және ТСА циклі. Барлық археялардың липидтерінде бас тобы мен тізбектер арасында эфирлік байланыс болады, бұл липидтерді бактериялық және эукариоттық липидтерге қарағанда жылу мен қышқылға төзімді етеді. Сульфолабидтер ерекше тетраэфир липидтерімен белгілі. Сульфолабидтерде эфирлік байланысқан липидтер "екі қабаттың" (билейер) бойымен ковалентті байланысып, тетраэфирлерді құрайды. Сондықтан, техникалық тұрғыдан алғанда, тетраэфирлер екі қабатты емес, бір қабатты құрайды. Тетраэфирлер Сульфолобус түрлеріне экстремалды қышқылдық ортада да, жоғары температурада да тірі қалуға көмектеседі.
Экология
S. solfataricus түрлі аймақтарда, оның ішінде Йеллоустоун ұлттық паркі, Сент-Хеленс тауы, Исландия, Италия және Ресейде табылды. Сульфолобус көбінесе вулкандық белсенділік болатын жерлерде кездеседі. Олар температурасы шамамен 80 °C, pH шамамен 3 және күкірт бар ортада жақсы өседі. Тағы бір түр – S. tokodaii, Жапонияның Кюсю аймағындағы Беппу ыстық бұлақтарындағы қышқыл сулы жерде анықталған. Перу континенттік шегіндегі теңіз түбінен ~90 метр тереңдіктегі шөгінділерде толық археялық тетраэтерлер басым, ал қауымдастықтың маңызды бөлігі – таксономиялық тұрғыдан кренархеялық Сульфолабилерге байланысты шөгінді археялар құрайды (Sturt, et al., 2004).
ДНҚ зақымдануға жауап беру
Sulfolobus solfataricus немесе Sulfolobus acidocaldarius-ты ДНК-ны зақымдайтын факторларға – УФ сәулелендіруге, блеомицинге немесе митомицин С-ге ұшырату жасушалық агрегацияны тудырды. Басқа физикалық стресс факторлары, мысалы pH немесе температура өзгерісі агрегацияны тудырмады, бұл агрегацияның индукциясы ДНК зақымдалуынан ғана болатынын көрсетеді. Сондай-ақ, УФ сәулелендіруі S. acidocaldarius-та генетикалық алмасу нәтижесінде рекомбинация жиілігін арттырды. Фролс және басқалар, сондай-ақ Ajon және басқалар.
Үсті операторы
Сульфолобус түрлерінің ups опероны УФ сәулеленумен күшті түрде ынталандырылады. Бұл оперонмен кодталған пилилер клеткалық жиналуға көмектеседі, бұл жасушалар арасында ДНК алмасу үшін қажетті, нәтижесінде гомологты рекомбинация пайда болады. Sulfolobales acidocaldarius ups оперонының зерттеуі көрсеткендей, оперонның бір гені, saci 1497, УФ сәулеленуден зақымданған ДНК-ны кесетін эндонуклеаза III-ті кодтайды; ал оперонның тағы бір гені, saci 1500, Холидей түйіндері сияқты гомологты рекомбинация аралықтарын ажырата алатын RecQ-ге ұқсас геликазаны кодтайды. Saci 1497 және Saci 1500 гомологты рекомбинацияға негізделген ДНК жөндеу механизмінде бірлесіп жұмыс істейді деп болжанады, ол ауыстырылған ДНК-ны үлгі ретінде пайдаланады. Осылайша, ups жүйесі гомологты рекомбинациямен бірге ДНК зақымдануына жауап береді, бұл Sulfolobales-ті ДНК зақымдану қатерінен сақтайды.
Вирустық иесі ретінде сульфолобус
Лизогендік вирустар Sulfolobus-ты қорғану үшін жұқтырады. Вирустар Sulfolobus тіршілік ететін өте қышқыл және ыстық жағдайда тірілей алмайды, сондықтан вирустар қатал ортадан қорғану үшін Sulfolobus-ты пайдаланады. Бұл қарым-қатынас вирустың қоршаған ортаның зиянды әсерінен жойылмай, археяның ішінде көбейе алуына мүмкіндік береді. Sulfolobus вирустары – орташа немесе тұрақты лизогендер. Тұрақты лизогендер лизогендік бактериофагтардан өзгешелігі, қожайын жасушалары Fuselloviridae өндірісін күшейтуден кейін жарылмайды және ақырында лизогендік күйге оралады. Олар сондай-ақ, вирустың құрылымдық ақуыздарын кодтайтын гендердің үнемі транскрипцияланатыны және ДНК репликациясының стимулданатыны сияқты ерекшеліктерімен де көзге түседі. Sulfolobus сияқты археяларды жұқтыратын вирустар, қожайынның тіршілік ететін ортаның әсеріне ұзақ уақыт тікелей тозудан қашу үшін стратегия қолдануға мәжбүр, бұл олардың кейбір ерекше қасиеттерін түсіндіруге көмектеседі.