Pyrolobus fumarii

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Caratteristiche

Pyrolobus fumarii è il curioso nome scelto per identificare uno straordinario microrganismo appartenente al dominio degli Archaea e al phylum dei Crenarchaeota.

E’ l’unica specie inclusa nel genere Pyrolobus, termine greco che letteralmente si traduce come “lobo di fuoco” in riferimento alla sua forma lombata e alla sua capacità di vivere a temperature estremamente elevate, superiori al punto di ebollizione dell’acqua (>100°C) che invece sono letali per la maggior parte dei microrganismi.

Proprio in virtù di questa sua peculiarità, per molto tempo è stato considerato l’unico ed indiscusso detentore del titolo di “essere vivente in grado di prosperare a temperature elevatissime”. Questo fino a quando non è stato isolato un altro microrganismo, Methanopyrus kandleri, in grado di crescere a temperature prossime ai 122°C, le più alte finora registrate per qualsiasi forma di vita sulla Terra.

Come per la maggior parte degli estremofili, gli enzimi di Pyrolobus fumarii stanno suscitando grande interesse commerciale per le loro potenziali applicazioni nei processi industriali. Infatti, in virtù della loro elevata termostabilità, vengono ampiamente utilizzati nella lavorazione di prodotti agricoli, industriali e di consumo e come additivi per mangimi animali.

Filogenesi

DOMINIOArchaea
PHYLUMCrenarchaeota
CLASSEThermoprotei
ORDINEDesulfurococcales
FAMIGLIAPyrodictiaceae
GENEREPyrolobus
SPECIEPyrolubus fumarii

Genoma e metabolismo

Il genoma di P. fumarii è stato completamente sequenziato ed è costituito da un cromosoma circolare lungo 1.843.267 bp ( Fig.1) e mostra un contenuto G+C pari al 54,9% in moli. Sono presenti 2.038 geni di cui, 1.986 codificano per proteine ​​e 52 codificano per RNA. Inoltre sono stati identificati 19 pseudogeni, vale a dire sequenze nucleotidiche simili a geni ma che non vengono espresse a livello cellulare.

rappresentazione del genoma circolare di Pyrolobus fumarii
Figura 1 – Rappresentazione del genoma circolare di Pyrolobus fumaria

Da un punto di vista metabolico P. fumarii, è un chemolitotrofo obbligato, in grado di metabolizzare diverse sostanze chimiche inorganiche. Nello specifico l’organismo utilizza la CO2 come unica fonte di carbonio, mentre non cresce su terreni contenenti sostanze quali acetato, piruvato, glucosio, amido e zolfo elementare.

P. fumarii tollera bene elevati livelli di pressione (25.000 kPa) ed è un organismo aerobico facoltativo. Genera energia mediante l’ossidazione di H2, in presenza di una ridotta concentrazione di ossigeno. In condizioni strettamente anerobiche utilizza NO3- e S2O3 2- come accettori di elettroni; nello specifico il nitrato viene ridotto ad ammoniaca, mentre S2O3 2- viene ridotto a H2S.

Immagini al microscopio

Se osservate al microscopio le cellule di Pyrolobus fumarii appaiono a forma di cocchi, aventi un diametro di 0,7–2,5 µm e presentano lobi regolari o irregolari (Fig.2) . Le cellule possono essere disposte singolarmente oppure possono aggregarsi fra di loro (fino ad un max di 3).

Immagine al microscopio di cellule coccoidi di Pyrolobus fumarii
Figura 2 – Immagine al microscopio di cellule coccoidi di Pyrolobus fumarii

L’osservazione al microscopio elettronico di sezioni ultrasottili ha evidenziato che l’involucro cellulare è costituito da: una membrana citoplasmatica, uno spazio periplasmatico (spesso 45 nm) ed uno strato superficiale, noto come strato S. I lipidi principali che costituiscono la membrana plasmatica sono: glicerolo, dialchil-glicerol- tetraeteri e si individuano tracce di 2,3-di-fitanil-glicerolo. Lo strato S è assimilabile ad un cristallo bidimensionale costituito da complessi proteici tetramerici, disposti con simmetria p4 e si individua una depressione centrale, molto probabilmente un poro.

Questi microrganismi non mostrano motilità e sono incapaci di produrre spore.

Ecologia

P. fumarii è un ipertermofilo estremo isolato per la prima volta nel 1997 nelle pareti di un condotto idrotermale noto come “fumatore nero”, nel sito TAG presso la Dorsale medio atlantica (profondità 3650 metri) (Fig.3). Questo microrganismo, si riscontra frequentemente nelle bocche idrotermali di acque profonde è noto come il principale produttore di materia organica. Prospera a temperature comprese tra 90 e 113 °C, mostrando una crescita ottimale a 106 °C. Tuttavia non è in grado di crescere a temperature inferiori ai 90°C.

Rappresentazione del sito in cui viene isolato frequentemente Pyrolobus fumarii
Figura 3 – Rappresentazione del sito in cui viene isolato frequentemente Pyrolobus fumarii

Metodi di identificazione

Microrganismi appartenenti a questa specie possono essere isolati direttamente dai loro habitat naturali e possono essere coltivati in laboratorio. P. fumarii è in grado di crescere su terreni contenenti 1% – 4% di NaCl ( salinità ottimale dell’1,7%). Su terreni contenenti Gelrite forma colonie bianche aventi diametro di 1 mm. Alla temperatura di crescita ottimale, il tempo di duplicazione di P. fumarii è di circa 60 minuti. Degno di nota è che colture a crescita esponenziale sopravvivono anche in autoclave a 121°C per un’ora.

Livia Sabetta

Fonti

Crediti immagini

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