B metabolismo de redução de enxofre é um processo antigo, encontrado nos ramos profundos da árvore filogenética. A redução de enxofre usa enxofre elementar ( S0) e gera sulfureto de hidrogénio (H2S) como o principal produto final. Este metabolismo é grande presente em ambientes extremos, de onde os microorganismos têm sido isolados, principalmente nos últimos anos, trazendo novas informações importantes.
Muitas bactérias redutoras de enxofre são capazes de produzir ATP através da respiração litotrófica de enxofre, usando enxofre de valor zero como aceitador de elétrons, por exemplo os gêneros Wolinella, Ammonifex, Desulfuromonas e Desulfurobacterium. Por outro lado, existem fermentadores obrigatórios capazes de reduzir o enxofre elementar, por exemplo Thermotoga, Thermosipho e Fervidobacterium. Entre estes fermentadores existem espécies, como Thermotoga maritina, que não dependem da redução do enxofre, e utilizam-no como um sumidouro de electrões suplementar. Algumas pesquisas propõem a hipótese do polissulfureto poder ser um intermediário da respiração do enxofre, devido à conversão do enxofre elementar em polissulfureto que ocorre em soluções de sulfureto, realizando esta reacção:
n S 0 + H S – ⟹ S n + 1 2 – + H + {\texto nS^{0}+HS^{-}}Longrightarrow S_{n+1}^{2-}+H^{+}}
ProteobactériasEditar
As Proteobactérias (do Deus grego “Proteus”, capazes de assumir formas diferentes) são um filo importante de todas as bactérias gram-negativas. Existe uma grande variedade de metabolismos. A maioria dos membros são facultativos ou obrigatoriamente anaeróbicos, quimiotróficos e heterotróficos. Muitos são capazes de se mover usando flagelos, outros são não-móbil. Actualmente estão divididos em seis classes, referidas pelas letras gregas alfa a zeta, com base em sequências de rRNA: Alfaproteobactérias, Betaproteobactérias, Gammaproteobactérias, Deltaproteobactérias, Epsilonproteobactérias, Zetaproteobactérias.
Classe GammaproteobactériasEditar
A classe Gammaproteobactérias inclui vários grupos de bactérias importantes do ponto de vista médico, ecológico e científico. Esta classe contém uma enorme variedade de diversidade taxonômica e metabólica, incluindo espécies aeróbicas e anaeróbicas, quimiolitoautroficas, quimioorganotroficas e fototróficas e também espécies vivas, biofilmes formadores, comensal e simbiontes livres.
Acidithiobacillus spp.Edit
Acidithiobacillus são quimiolitoautróficos, bactérias Gram-negativas em forma de estrada, usando a energia da oxidação do ferro e enxofre contendo minerais para o crescimento. São capazes de viver a um pH extremamente baixo (pH 1-2) e fixam tanto o carbono como o nitrogénio da atmosfera. Solubiliza o cobre e outros metais das rochas e desempenha um papel importante no ciclo biogeoquímico de nutrientes e metais em ambientes ácidos. Acidithiobacillus ferrooxidans é abundante em ambientes naturais associados com corpos de minério piriticos, depósitos de carvão e suas drenagens acidificadas. Ele obtém energia pela oxidação de compostos de enxofre reduzidos e também pode reduzir o íon férrico e o enxofre elementar, promovendo assim a reciclagem de ferro e compostos de enxofre sob condições anaeróbias. Também pode fixar CO2 e nitrogênio e ser um produtor primário de carbono e nidrogênio em ambientes ácidos.
Shewanella spp.Edit
Shewanella são Gram-negativos, bacilos móveis. A primeira descrição da espécie foi fornecida em 1931, Shewanella putrefaciens, um bacilo não-fermentativo com um único flagelo polar que cresce bem em meios sólidos convencionais. Esta espécie é patogênica para humanos, mesmo que as infecções sejam raras e relatadas especialmente na área geográfica caracterizada por climas quentes.
Pseudomonas spp.Edit
Pseudomonas são Gram-negativas quimioorganotroficas Gammaproteobactérias, retas ou ligeiramente curvas em forma de bastão. São capazes de se mover graças a um ou vários flagelos polares; raramente não móveis. Aeróbica, tendo um tipo de metabolismo estritamente respiratório com oxigénio como aceitador terminal de electrões; em alguns casos, permitindo o crescimento anaeróbico, o nitrato pode ser utilizado como um aceitador alternativo de electrões. Quase todas as espécies não crescem sob condições ácidas (pH 4,5 ou inferior). As pseudomonas estão amplamente distribuídas na natureza. Algumas espécies são patogénicas para os seres humanos, animais ou plantas. Espécies do tipo: Pseudomonas mendocina.
Classe DeltaproteobacteriaEdit
A classe Deltaproteobacteria compreende vários grupos bacterianos morfologicamente diferentes, Gram-negativos, não esporogénicos que apresentam crescimento anaeróbio ou aeróbio. São omnipresentes nos sedimentos marinhos e contêm a maior parte das bactérias redutoras de enxofre conhecidas (por exemplo, Desulfuromonas spp.). Os representantes aeróbicos são capazes de digerir outras bactérias e vários destes membros são constituintes importantes da microflora no solo e nas águas.
Desulfuromusa spp.Editar
Género Desulfuromusa inclui bactérias obrigatoriamente anaeróbias que utilizam o enxofre como um aceitador de electrões e ácidos gordos de cadeia curta, ácidos dicarboxílicos, e aminoácidos, como doadores de electrões que são completamente oxidados ao CO2. Três espécies redutoras de enxofre são conhecidas, Desulfromusa kysingii, Desulfuromusa bakii e Desulfuromusa succinoxidans .
Desulfurella spp.Edit
Desulfurella são células curtas em forma de bastão, gram-negativas, móveis graças a um único flagelo polar ou não-móteis, não-poriformes. Obrigatoriamente anaeróbias, moderadamente termofílicas, geralmente ocorrem em sedimentos quentes e em comunidades de cianobactérias ou bactérias aquecidas termicamente que são ricas em compostos orgânicos e enxofre elementar. Espécies do tipo: Desulfurella acetivorans.
Hippea spp.Edit
Espécies de Hippea são neutrófilos de termófilos moderados a moderados acidófilos, obrigam bactérias anaerófilas redutoras de enxofre com células em forma de bastão gram-negativo. Eles são capazes de crescer litotroficamente com hidrogênio e enxofre, e oxidar ácidos graxos completamente voláteis, ácidos graxos e álcoois. Habitam em respiradouros quentes submarinos. O tipo de espécie é Hippea maritima.
Desulfuromonas spp.Edit
As espécies Desulfuromonas são gram-negativas, mesófilas, obrigatoriamente anaeróbias e oxidantes completos bactérias redutoras de enxofre. Elas são capazes de crescer em acetato como único substrato orgânico e reduzir enxofre elementar ou polissulfureto a sulfureto. Espécies atualmente conhecidas do gênero Desulfuromonas são Desulfuromonas acetoxidans, Desulfuromonas acetexigens, o organismo marinho Desulfuromonas palmitates e Desulfuromonas thiophila.
- Desulfuromonas thiophila é uma bactéria anaeróbica obrigatória, que usa enxofre como somente aceitador de elétrons. Multiplica por fissão binária e as células são móveis graças ao flagelo polar. Vivem em lama anóxica de molas de enxofre de água doce, a uma temperatura de 26 a 30°C e pH 6,9 a 7,9.
Geobacter spp.Edit
As espécies de Geobacter têm um metabolismo respiratório com Fe(III) servindo como o aceiro terminal comum de elétrons em todas as espécies.
- Geobacter sulfurreducens foi isolado de uma vala de drenagem em Norman, Okla. É em forma de bastão, gram-negativo, não-móbil e não-desportivo. A faixa ótima de temperatura é de 30 a 35°. Sobre o metabolismo, é o quimioorganotrofio anaeróbico estrito que oxida o acetato com Fe(III), S, Co(III), fumarato, ou malato como o aceitador de elétrons. O hidrogênio também é usado como doador de elétrons para a redução do Fe(III), enquanto outros ácidos carboxílicos, açúcares, álcoois, aminoácidos, extrato de levedura, fenol e benzoato não são. Citocromos tipo C foram encontrados em células.
Pelobacter spp.Edit
Pelobacter é um grupo único de microrganismos fermentativos pertencentes à classe de Deltaproteobacteria. Eles consomem alcoóis fermentativos como 2,3-butanodiol, acetoína e etanol, mas não açúcares, tendo como produtos finais acetato mais etanol e/ou hidrogênio.
- Paleobacter carbinolcus, isolado da lama anóxica, pertence à família das Desulfuromonadaceae. Esta espécie bacteriana cresce por fermentação, transferência sintética de hidrogênio/formate, ou transferência de elétrons para enxofre a partir de álcoois de cadeia curta, hidrogênio ou formação, mas eles não oxidam acetato. Não há informações recentes sobre fermentação de açúcar ou crescimento autotrófico. A análise sequencial do genoma demonstrou a expressão de citocromos tipo c e a utilização de Fe (III) como um aceitador terminal com a redução indireta do enxofre elementar que atua como um vaivém para a transferência de elétrons para Fe (III). Estudo recente pensou que esta transferência de elétrons envolve duas tioredoxinas periplasmáticas (Pcar_0426, Pcar_0427), uma proteína de membrana externa (Pcar_0428) e uma oxidoredutase citoplasmática (Pcar_0429) codificada pelos genes mais altamente upregulados.
Classe EpsilonproteobacteriaEdit
A classe Epsilonproteobacteria é listada como parte do filo Proteobactérias na classificação NCBI, mas de acordo com a classificação GTDB foi reconhecida como um novo filo chamado Campylobacteriota. Ele apresenta muitas espécies conhecidas de enxofre-oxidante, que foram recentemente reconhecidas como capazes de reduzir o enxofre elementar, em alguns casos também preferindo esta via, juntamente com a oxidação do hidrogênio. Aqui está uma lista das espécies capazes de reduzir o enxofre elementar. O mecanismo usado para reduzir o enxofre ainda não está claro para algumas destas espécies.
Espécie | |
---|---|
De Hydrothermal vents | Caminibacter spp. (C. hydrogeniphilus, C. mediatlanticus, C. profundus) |
Hidrogenimonas thermophila | |
Lebetimonas acidiphila | |
Nautilia spp. (N. abyssi, N. lithotrophica, N. nitratireducens, N. profundicola) | |
Nitratiruptor tergarcus | |
Sulfurimonas spp. | |
Sulfurospirillum sp. Am-N | |
Sulfurovum sp. NCB37-1 | |
Micâncerestructor tioredutor | |
De rúmen de gado | Succinogenes de Wolinella |
WolinellaEdit
Wolinella é um género de bactérias redutoras de enxofre e oxidantes incompletos que não podem usar acetato como doador de electrões. É conhecida publicamente apenas uma espécie, Wolinella succinogenens.
- Wolinella succinogenens é uma conhecida bactéria não redutora de enxofre, encontrada no rúmen do gado, que utiliza uma hidrogenase para oxidar o hidrogênio e uma única polissulfeto-redutase periplasmática (PsrABC) limitada à membrana interna para reduzir o enxofre elementar. PsrA é responsável por polysulfide redução para H2S, em um site ativo de molibdopterina, PsrB é uma proteína de transferência de elétrons e PsrC é uma âncora de membrana contendo quinona.
SulfurospirillumEdit
As espécies de sulfurospirillum são bactérias redutoras de enxofre e oxidantes incompletos que usam H2 ou formam como doador de elétrons, mas não acetato.
SulfurovumEdit
- Sulfurovum sp. NCB37-1 foi dada a hipótese em que uma polissulfide redutase (PsrABC) está envolvida na sua redução de enxofre.
SulfurimonasEdit
As espécies de Sulfurimonas eram anteriormente consideradas como bactérias quimiolitoautotróficas oxidantes de enxofre (SOB), e só existiam evidências genéticas suportando um possível metabolismo redutor de enxofre, mas agora foi provado que a redução de enxofre ocorre neste gênero. Também foi deduzido o mecanismo e as enzimas envolvidas neste processo, usando Sulfurimonas sp. NW10 como um representante. Em particular, foi detectada a presença de um citoplasma e de um polissulfeto redutor perplasmático, a fim de reduzir o ciclooctasulfur, que é a forma mais comum de enxofre elementar em ambientes de ventilação.
- Sulfurimonas sp. NW10 mostra uma sobre-expressão dos grupos de genes ( p s r A 1 B 1 C D E {\displaystyle psrA_{1}B_{1}CDE} e p s r A 2 B 2 {\displaystyle psrA_{2}B_{2}}} ) codificação para as duas redutas enquanto reduz o enxofre. Estes clusters também foram encontrados em outras espécies de Sulfurimonas isoladas de respiros hidrotermais, significando que a redução de enxofre é comum em Sulfurimonas spp.
Outras análises genéticas revelaram que os polissulfetos redutores de Sulfurimonas sp.NW10 compartilham menos de 40% de semelhança com os de W.succinogenes, o que significa que ao longo do tempo tem havido uma diferenciação genética significativa entre as duas bactérias, muito provavelmente devido aos seus diferentes ambientes. Além disso, a redução citoplasmática de enxofre realizada por Sulfurimonas sp. NW10 é hoje considerada única, sendo o único exemplo entre todas as bactérias mesofílicas redutoras de enxofre. Antes desta descoberta, apenas duas bactérias hipertermofílicas eram conhecidas por serem capazes de fazer redução de enxofre citoplasmático, Aquifex aeolicus e Thermovibrio ammonificans.
NautiliaEdit
Nautilia species are anaerobic, neutrophile, thermophilic sulfur-reducing bacteria, first discovered and isolated from a polychaete worm inhabiting deep sea hydrothermal vents, Alvinella pompejana. São células muito curtas, gram-negativas, móveis e em forma de vara, com um único flagelo polar. Crescem quimolithoautotroficamente em hidrogénio molecular, enxofre elementar e CO2. Não é necessário utilizar açúcares, peptídeos, ácidos orgânicos ou álcoois, tanto na ausência como na presença de enxofre. Eles raramente usam sulfito e enxofre coloidal como aceitadores de elétrons. Sulfato, tiossulfato, nitrato, fumarato e ferro férrico não são utilizados. Foram encontradas quatro espécies: Nautilia lithotrophica, Nautilia profundicola, Nautilia nitratireducens e Nautilia abyssi. O tipo de espécie é Nautilia lithotrophica.
- Nautilia abyssi é uma bactéria gram-negativa redutora de enxofre, que vive em condições anaeróbias a grandes profundidades (como respiro hidrotermais). O intervalo de crescimento é de 33° a 65°C e o pH óptimo é de 6,0-6,5. As células têm um único flagelo polar usado para o movimento semelhante a outras espécies do gênero. Sobre seu metabolismo eles usam H2 como doador de elctron, enxofre elementar como aceitador de elétrons e Co2 como fonte de carbono.
CaminibacterEdit
- Caminibacter mediatlanticus foi isolado pela primeira vez a partir de um respiradouro hidrotermais de mar profundo na crista do Atlântico Médio. É um quimiolitoautotrofe termófilo, bactéria marinha oxidante H2, que usa nitrato ou enxofre elementar como aceitadores de electrões, produzindo amónia ou sulfureto de hidrogénio e não pode usar oxigénio, tiossulfato, sulfito, selenato e arseniato. Seu crescimento ótimo está a 55 °C, e parece estar inibido pelo acetato, formate, lactato e peptona.
AquificaeEdit
Aquificae phylum compreende células moveis em forma de bastão. Inclui quimioorganotrofos e alguns deles são capazes de reduzir o enxofre elementar. O crescimento foi observado entre pH 6,0 e 8,0,
AquifexEdit
Aquifex são células em forma de bastonete, Gram-negativas, não esporulantes com extremidades arredondadas. As áreas refratárias em forma de cunha nas células são formadas durante o crescimento. Tipo espécie: Aquifex pyrophilus.
DesulfurobacteriumEdit
Desulfurobacterium são células em forma de bastonete, Gram-negativas. Espécies do tipo: Desulfurobacterium thermolithotrophum.
Thermovibrio ammonificansEdit
Thermovibrio ammonificans é uma bactéria gram-negativa redutora de enxofre, encontrada na chaminé de ventilação hidrotermais profunda. É um quimolithoautotrofo que cresce na presença de H2 e CO2, usando nitrato ou enxofre elementar como aceitadores de electrões com formação concomitante de amónio ou sulfureto de hidrogénio, respectivamente. Tiossulfato, sulfito e oxigênio não são usados como aceitadores de elétrons. As células têm forma de varetas curtas e móveis graças à flagelação polar. A sua temperatura de crescimento é de 60 °C a 80 °C e pH 5-7,
Thermosulfidibacter spp.Edit
Thermosulfidibacter são bactérias gram-negativas, anaeróbias, termófilas e neutrófilas. O tipo de espécie é Thermosulfidibacter takaii.
FirmicutesEdit
Firmicutes são bactérias Gram-positivas, com algumas exceções Gram-negativas.
AmmonifexEdit
Estas bactérias são Gram-negativas, extremamente termofílicas, estritamente anaeróbias, faculadoras de quimiolito-autotróficas. Espécie tipo: Ammonifex degensii.
CarboxydothermusEdit
- Carboxydothermus pertinax difere dos outros membros do seu género pela sua capacidade de crescer quimolithoautotroficamente com redução de enxofre elementar ou tiossulfato acoplado à oxidação do CO. O outro aceitador de electrões é citrato férrico, óxido de ferro amorfo (III), 9,10-antraquinona 2,6-dissulfonato. O hidrogénio é utilizado como fonte de energia e o CO2 como fonte de carbono. As células são em forma de bastão com flagelo peritroso e crescem à temperatura de 65 °C.
ChrysiogenetesEdit
Chrysiogenetes são bactérias Gram-negativas, móveis graças a um único flagelo polar, células curvas, em forma de bastão. São mesófilas, exibindo respiração anaeróbica, na qual o arseniato serve como o aceito de elétrons. Estritamente anaeróbio, estas bactérias são cultivadas a 25-30 °C.
Desulfurispirillum spp.Edit
Desulfurispirillum são espécies gram-negativas, espirilhas móveis, obrigatoriamente anaeróbias com metabolismo respiratório. Utilizam enxofre elementar e nitrato como aceitadores de electrões, e ácidos gordos de cadeia curta e hidrogénio como doadores de electrões. Alcalifílico e ligeiramente halofílico.
- Desulfurispirillum alkaliphilum é obrigatoriamente anaeróbio e heterotrófico, moído por flagelo bipolar único. Utiliza enxofre elementar, polissulfureto, nitrato e fumarato como aceitadores de electrões. Os produtos finais são o sulfureto e o amónio. Utiliza ácidos gordos de cadeia curta e H2 como doador de electrões e carbono como fonte. É alcalifílico moderado com um intervalo de pH para crescimento entre 8,0 e 10,2 e um óptimo a pH 9,0 e ligeiramente halofílico com um intervalo de sal de 0,1 a 2,5 M Na+. Mesofílica com temperatura máxima para crescimento a 45 e óptima a 35 °C.
SpirochaetesEdit
Spirochaetes são bactérias de vida livre, gram-negativas, de forma helicoidal e móveis, frequentemente protistas ou associadas a animais. Eles são anaeróbios obrigatórios e facultativos. Entre este filo, duas espécies são reconhecidas como bactérias redutoras de enxofre, Spirochaeta perfilievii e Spirochaeta smaragdinae.
- Spirochaeta perfilievii são bactérias gram-negativas, helicoidais. O seu tamanho varia de 10 a 200 μm. As células mais curtas são aquelas cultivadas em ambientes extremamente anaeróbicos. São mesófilas com uma faixa de temperatura de 4-32 °C (ótima a 28-30 °C). Crescem a pH 6,5-8,5 (óptimo pH 7,0-7,5). Obrigatório, halófilo moderado. Sob condições anaeróbias, enxofre e tiossulfato são reduzidos a sulfeto.
- Spirochaeta smaragdinae são bactérias gram-negativas, quimio-organotróficas, obrigatoriamente anaeróbias e halofílicas. Elas são capazes de reduzir o enxofre a sulfeto. Sua faixa de temperatura é de 20-40 °C (ótimo 37 °C), sua faixa de pH varia de 5,5 a 8,0 (ótimo 7,0).
SynergistetesEdit
Dethiosulfovibrio spp.Edit
Dethiosulfovibrio são bactérias redutoras de enxofre negativas em gramas que foram isoladas do “Thiodendron”, esteiras bacterianas de enxofre obtidas de diferentes ambientes salinos. As células são varetas curvas ou fibróides e móveis graças ao flagelo localizado no lado côncavo das células. A temperatura varia entre 15° a 40°C e a valores de pH entre 5±5 e 8±0. Sobre seu metabolismo, fermentam proteínas, peptídeos, alguns ácidos orgânicos e aminoácidos como serina, histidina, lisina, arginina, cisteína e treonina. Somente na presença de enxofre ou tiossulfato podem usar alanina, glutamato, isoleucina, leucina e valina, além disso a presença de enxofre ou tiossulfato aumenta o rendimento celular e a taxa de crescimento, são obrigatoriamente anaeróbicos e ligeiramente halofílicos. Na presença de substratos fermentáveis são capazes de reduzir o enxofre elementar e o tiossulfato, mas não o sulfato ou o sulfito a sulfeto. O crescimento não ocorreu com H2 como doador de elétrons e o dióxido de carbono ou acetato como fontes de carbono na presença de tiossulfato ou enxofre elementar como aceitador de elétrons. Não foi possível utilizar carboidratos, álcoois e alguns ácidos orgânicos como acetato ou succinato. Foram encontradas quatro espécies, Dethiosulfovibrio russensis, Dethiosulfovibrio marinus, Dethiosulfovibrio peptidovorans e Dethiosulfovibrio acidaminovorans
Thermanaerovibrio spp.Edit
Bactérias Gram-negativas termófilas e neutrófilas. Motil graças ao flagelo lateral, localizado no lado côncavo da célula. Não formadora de esporos. A multiplicação ocorre por fissão binária. Estritamente anaeróbio com crescimento químico-organotrófico em substratos fermentáveis ou crescimento lito-heterófico com hidrogênio molecular e enxofre elementar, reduzindo o enxofre para H2S. A espécie tipo é Thermanaerovibrio acidaminovorans
- Thermanaerovibrio Velox é uma bactéria gram-negativa que foi isolada de um tapete termófilo de cianobactérias de Caldera Uzon, Kamchatka, Rússia. A reprodução ocorre por fissão binária e elas não formam esporos. A temperatura de crescimento vai de 45° a 70°, e o pH varia de 4 a 8.
ThermodesulfobacteriaEdit
Thermodesulfobacteria são células Gram-negativas, em forma de bastão, ocorrem isoladamente, em pares, ou em cadeias em culturas jovens. Não formar esporos. Normalmente não móveis, mas a motilidade pode ser observada em algumas espécies. Termófilas, estritamente anaeróbias, quimioterotrofas.
ThermotogaeEdit
Thermotoga spp. são microrganismos gram-negativos, em forma de bastão, não formadores de esporos, hipertermofílicos, cujo nome é dado pela presença de um envelope em forma de bainha chamado “toga”. São estritamente anaeróbios e fermentadores, catabolizando açúcares ou amido e produzindo lactato, acetato, CO2 e H2 como produtos, podendo crescer a uma temperatura entre 48-90 °C. Altos níveis de H2 inibem seu crescimento, e compartilham muitas semelhanças genéticas com Archaea, causadas pela transferência horizontal de genes. Também são capazes de realizar respiração anaeróbica usando H2 como doador de elétrons e geralmente Fe(III) como aceitador de elétrons. Espécies pertencentes ao gênero Thermotoga foram encontradas em fontes termais terrestres e respiradouros hidrotermais marinhos. As espécies capazes de reduzir o enxofre não mostram uma alteração no rendimento de crescimento e estoquiometria de produtos orgânicos, e não ocorre produção de ATP. Além disso, a tolerância ao H2 aumenta durante a redução do enxofre, assim eles produzem H2S para superar a inibição do crescimento. O genoma de Thermotoga spp. é amplamente usado como modelo para estudar adaptação a altas temperaturas, evolução microbiana e oportunidades biotecnológicas, tais como produção de biohidrogênio e biocatálise.
- Thermotoga maritima é o tipo de espécie para o gênero Thermotoga, o crescimento é observado entre 55 °C e 90 °C, o ideal é a 80 °C. Cada célula apresenta uma estrutura única, tipo bainha, e um flagelo monotrichoso. Foi inicialmente isolada de um sedimento marinho raso e geotermicamente aquecido em Vulcano, na Itália.
- Thermotoga neapolitana é a segunda espécie isolada pertencente ao género Thermotoga. Foi primeiramente encontrada em uma ventilação térmica submarina em Lucrino, perto de Nápoles, Itália, e tem seu crescimento ótimo a 77 °C