"With a complete (genetic) blueprint for Alcanivorax borkumensis, researchers hope to better understand the specialized physiological mechanisms that enable the bacteria to live almost exclusively on hydrocarbons...
Though the oil-eating bacteria are not common in unpolluted environments, they are plentiful where there is oil; A. borkumensis makes up as much as 90 percent of microbial populations in oil spills. The challenge in using these bacteria to clean up oil lies in creating the right conditions for them to grow faster and metabolize oil more efficiently."
(Duncan Graham-Rowe, 2006. Technology Review: Better Bugs for Oil Spills )
Alcanivorax borkumensis ist ein Bakterium, welches ein breites Spektrum an Kohlenwasserstoffen verwerten kann und daher in der Lage ist, auch Erdöl abzubauen. Es gehört damit zu den hydrocarbonoklastischen Bakterien.
Das Bakterium assimiliert nur wenige einfache Aminosäuren oder Zucker und kann als Energiequelle ausschließlich Kohlenwasserstoffe (von C5 bis C32) und deren Derivate verwenden, ist also obligat hydrogenoklastisch. Entdeckt wurde der Mikroorganismus nahe der Insel Borkum (daher das Epitheton borkumensis) von Wissenschaftlern der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung und der Technischen Universität Braunschweig.[1] 2006 ermittelten Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung, der Universität Bielefeld und der Technischen Universität Braunschweig die Basensequenz des Genoms des Bakteriums.[2]
Der Mikroorganismus gilt als ubiquitär verbreitet, da in den Ozeanen weltweit an 40 bis 50 Stellen Alcanivorax-Stämme nachgewiesen wurden. In sauberem Meereswasser kommt das Bakterium kaum vor, kann aber in ölverschmutzten Lebensräumen bis zu 90 Prozent der gesamten Bakterienpopulation ausmachen. Es gilt als eines der wichtigsten erdölabbauenden Bakterien.
Alcanivorax borkumensis ist ein Bakterium, welches ein breites Spektrum an Kohlenwasserstoffen verwerten kann und daher in der Lage ist, auch Erdöl abzubauen. Es gehört damit zu den hydrocarbonoklastischen Bakterien.
Das Bakterium assimiliert nur wenige einfache Aminosäuren oder Zucker und kann als Energiequelle ausschließlich Kohlenwasserstoffe (von C5 bis C32) und deren Derivate verwenden, ist also obligat hydrogenoklastisch. Entdeckt wurde der Mikroorganismus nahe der Insel Borkum (daher das Epitheton borkumensis) von Wissenschaftlern der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung und der Technischen Universität Braunschweig. 2006 ermittelten Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung, der Universität Bielefeld und der Technischen Universität Braunschweig die Basensequenz des Genoms des Bakteriums.
Der Mikroorganismus gilt als ubiquitär verbreitet, da in den Ozeanen weltweit an 40 bis 50 Stellen Alcanivorax-Stämme nachgewiesen wurden. In sauberem Meereswasser kommt das Bakterium kaum vor, kann aber in ölverschmutzten Lebensräumen bis zu 90 Prozent der gesamten Bakterienpopulation ausmachen. Es gilt als eines der wichtigsten erdölabbauenden Bakterien.
Alcanivorax borkumensis is an alkane-degrading marine bacterium which naturally propagates and becomes predominant in crude-oil-containing seawater when nitrogen and phosphorus nutrients are supplemented.[2][3]
A. borkumensis is a rod-shaped bacterium without flagella that obtains its energy primarily from consuming alkanes (a type of hydrocarbon). It is aerobic, meaning it uses oxygen to gain energy, and it is halophilic, meaning it tends to live in environments that contain salt, such as salty ocean water. It is also Gram-negative, which essentially means it has a relatively thin cell wall. It is also nonmotile; however, other organisms that appear to be in the same genus are motile through flagella.[4][1]
The microorganism was discovered near the island of Borkum (hence the epithet borkumensis) by the Helmholtz Centre for Infection Research and the Technical University of Braunschweig[5] and in 2006, them and the University of Bielefeld identified the Base sequence of the genome of the bacterium.[6]
The genome of A. borkumensis is a single circular chromosome that contains 3,120,143 base pairs. It is highly adapted to degrading petroleum oil. For example, a certain sequence on the genome codes for the degradation of a certain range of alkanes. The A. borkumensis genome has many sequences that each code for a different type of alkane, allowing it to be highly adaptable and versatile. Its genome also contains instructions for the formation of biosurfactants which aid in the process of degradation. To deal with external threats, the A. borkumensis genome also codes for several defensive mechanisms. Coping with high concentrations of sodium ions (i.e. in ocean water), and protecting against the UV radiation experienced on the surface of the earth are both important for the A. borkumensis bacteria, and its genome contains ways to solve both of these problems.[7]
A. borkumensis is found naturally in seawater environments. It is more common in oceanic areas containing petroleum oil (whether from spills, natural fields, or other sources), although it can be found in small amounts in unpolluted water. It has been found across the world in various locations both in coastal environments and oceanic environments. It also can flourish in areas with heavy tides and other sea related currents/flow. It is found only on or near the surface of water. A. borkumensis can live in salinities ranging from 1.0-12.5% and in temperatures ranging from 4-35 °C.[1] The abundance of A. borkumensis in oil-affected environments is because the bacteria use the compounds in oil as a source of energy, thus populations of A. borkumensis naturally flourish at oil spills or other similar locations. A. borkumensis outcompetes other species of the Alcanivorax genus, likely due to its highly flexible DNA and metabolism. A. borkumensis also outcompetes other alkane-degrading organisms such as Acinetobacter venetianus. After a certain period of time, an oily and saline environment containing A. borkumensis and Acinetobacter venetianus would eventually become dominated by A. borkumensis because A. borkumensis can consume a wider variety of alkanes than other known species.[8]
A. borkumensis primarily uses alkanes as its source of energy/carbon, but it can use a few other organic compounds. Unlike most other cells, it cannot consume more common substances such as sugars or amino acids as a source of energy. This is due to the lack of genes that code for active or passive carbohydrate transporters, hence the inability to consume monomeric sugars.[9]
In a A. borkumensis, a number of different enzymes are tasked with oxidizing alkane molecules. The aerobic metabolism of alkanes is carried out through the terminal alkane oxidation pathway, where monooxygenases initiate the oxidation of terminal carbons. This sequential pathway first produces alcohols, then alcohol and aldehyde dehydrogenases, and ultimately aldehydes and fatty acids, respectively.[10]
Following an oil spill, huge imbalances in the carbon/nitrogen and carbon/phosphorus ratios can be observed. For this, A. borkumensis have a myriad of transport proteins that allow fast uptake of key nutrients that are limiting in the environment.[9] To increase the growth rate of a population of A. borkumensis bacteria, phosphorus and nitrogenous compounds can be added to the environment. These substances act as a fertilizer for the bacteria and help them grow at an increased rate.
When A. borkumensis bacteria use alkanes or pyruvate as their source of energy, each cell forms a biosurfactant. A biosurfactant is an extra layer of material that forms along the cell membrane. The substances that make up the biosurfactant of A. borkumensis can reduce the surface tension of water, which helps with the degradation of oil. They are also emulsifiers, which further serve to create the oil/water emulsion, making oil more soluble. A. borkumensis forms a biofilm around an oil droplet in seawater and proceeds to use biosurfactants and metabolism to degrade the oil into a water-soluble substance.[11]
Petroleum oil is toxic for most life forms and pollution of the environment by oil causes major ecological problems. A considerable amount of petroleum oil entering the sea is eliminated by the microbial biodegradation activities of microbial communities. As a recently discovered hydrocarbonoclastic, A. borkumensis is capable of degrading oil in seawater environments. Hydrocarbonoclastic has the root ‘clastic’ meaning it can divide something into parts (in this case hydrocarbons). Crude oil, or petroleum, is predominantly made up of hydrocarbons, a product that consists of a long chain of carbon atoms attached to hydrogen atoms. Whereas most organisms use sugars or amino acids for their source of carbon/energy, A. borkumensis uses alkanes, a type of hydrocarbon, in its metabolic process. This diet allows A. borkumensis to flourish in marine environments that have been affected by oil spills. Through its metabolism, A. borkumensis can break down oil into harmless compounds. This ability makes this particular species a major potential source for bioremediation of oil-polluted marine environments.
Oil spills can occur during transportation of oil or during extraction. Such spills may dump significant quantities of oil into the ocean and pollute the environment, affecting ecosystems near and far.
Normally, many years are needed for an ecosystem to recover fully (if at all) from an oil spill, so scientists have been looking into ways to expedite the cleanup of areas affected by an oil spill. Most efforts so far use direct human involvement/labor to physically remove the oil from the environment. However, A. borkumensis presents a possible alternative. Since A. borkumensis naturally breaks down oil molecules to a nonpolluting state, it would help ecosystems to quickly recover from an oil spill disaster. The organisms also naturally grow in oil-contaminated seawater, thus are a native species. If the process A. borkumensis uses to break down oil could be sped up or made more efficient, this would aid recovering ecosystems. Some examples include encouraging the growth of A. borkumensis (through phosphorus and nitrogen fertilization) so more of them are breaking down oil, or encouraging the metabolism of A. borkumensis so they metabolize faster and more.[1]
By disrupting an acyl-coenzyme A (CoA) thioesterase gene, Sabirova and colleagues were able to mutate the organism to hyper-produce polyhydroxyalkanoates (PHA). They were then able to recover the large amounts of PHA that were released by mutant Alcanivorax from the culture mediums with relative ease.[10] Before, costly and environmentally dangerous solvents had to be used in order to retrieve PHA from intracellular granules. This allows for production of environmentally friendly polymers in factories that utilized mutant Alcanivorax.[9]
Alcanivorax borkumensis is an alkane-degrading marine bacterium which naturally propagates and becomes predominant in crude-oil-containing seawater when nitrogen and phosphorus nutrients are supplemented.
Alcanivorax borkumensis es una bacteria que come petróleo,[1] es la más abundante de todas. Inicialmente, fue descubierta en Borkum, una isla del mar del Norte. Más tarde, se descubrió que también vive en el Mediterráneo, en el Pacífico y en muchas zonas costeras. alcanivorax proviene del latín: "comedor de alcanos".
Alcanivorax borkumensis es una bacteria que come petróleo, es la más abundante de todas. Inicialmente, fue descubierta en Borkum, una isla del mar del Norte. Más tarde, se descubrió que también vive en el Mediterráneo, en el Pacífico y en muchas zonas costeras. alcanivorax proviene del latín: "comedor de alcanos".
Alcanivorax borkumensis est une espèce de bactéries de la famille des Alcanivoraceae et couramment mentionnée comme « mangeuse de pétrole ». Elle pourrait être utilisée pour dissoudre les nappes de pétroles lors des marées noires ou dépolluer les sols[1],[2].
La bactérie Alcanivorax borkumensis découverte dans les grandes profondeurs se nourrit d'hydrocarbures et ses enzymes coupent les molécules pour s'en nourrir en produisant de l'eau et du gaz carbonique. Elle fait l'objet de recherches et d'applications contre les sols pollués de résidus pétroliers. Le court-métrage document nature de 2020 Les animaux nettoyeurs, les alliés de la nature de Robin Bicknel présente une séquence à ce sujet qui fut présenté dans la chaîne télévisée ARTE le samedi 31 octobre 2020.
L'espèce Alcanivorax borkumensis a été décrite en 1998 par Michail M. Yakimov (d), Peter N. Golyshin (d), Siegmund Lang (d), Edward R. B. Moore (d), Wolf-Rainer Abraham (d), Heinrich Lünsdorf (d) et Kenneth Nigel Timmis (d)[3].
Alcanivorax borkumensis est une espèce de bactéries de la famille des Alcanivoraceae et couramment mentionnée comme « mangeuse de pétrole ». Elle pourrait être utilisée pour dissoudre les nappes de pétroles lors des marées noires ou dépolluer les sols,.
La bactérie Alcanivorax borkumensis découverte dans les grandes profondeurs se nourrit d'hydrocarbures et ses enzymes coupent les molécules pour s'en nourrir en produisant de l'eau et du gaz carbonique. Elle fait l'objet de recherches et d'applications contre les sols pollués de résidus pétroliers. Le court-métrage document nature de 2020 Les animaux nettoyeurs, les alliés de la nature de Robin Bicknel présente une séquence à ce sujet qui fut présenté dans la chaîne télévisée ARTE le samedi 31 octobre 2020.
A. borkumensis — нерухомі, неспоротворні грам-негативні паличкоподібні бактерії розміром 2-3 × 0,4-0,7 мікрон. Не утворюють капсул, на мають джгутиків, клітини чутливі до осмотичного шоку. Зерна, які можна побачити в клітинах на електронно-мікроскопічних знімках, є гранулами поліфосфату. Клітини стають коротшими (1-1,5 мікрон) у присутності н-алканів в живильному середовищі.
A. borkumensis — хемоорганогетеротроф, аероб. Оптимальна температура для росту 20-30 °C. Галофіл, оптимальна концентрація хлориду натрію в середовищі 3-10 %, максимальна 12,5 %, ріст в осмотично еквівалентному середовищу у відсутності іонов натрію неможливий. Оксидазо-позитивний, синтезує каталазу, відновлює нітрат до нітриту. Використовує вуглеводні (наприклад, н-гексадекан) як єдине джерело вуглецю, не здатний використовувати вуглеводи (глюкозу, лактозу, фруктозу, цукрозу і т. д.) як джерело вуглецю. Здатний утилізувати форміат, ацетат, пропіонат, метилпіруват і α-кетоглутарат. Продукує позаклітинні глюколіпіди, що володіють поверхнево-активними властивостями[2].
Геном A. borkumensis штаму SK2 представлений кільцевою дволанцюжковою молекулою ДНК розміром 3120143 пар основ і містить 2806 генів, з яких 2755 кодують білки, вміст ГЦ становить 54 %[3]. Особливостями геному A. borkumensis є сильна спрощеність, нечисленність мобільних генетичних елементів і генів, що відповідають за продукцію енергії, проте велике число генів, що відповідають за деградацію вуглеводнів, утворення детергентів, що полегшують емульгування вуглеводнів в морській воді, утворення біоплівок на поверхні крапель нафти — все це пов'язано зі специфічним пристосуванням до біодеградації вуглеводнів[4][5]. При рості на піруваті і гексадекані відмічають зміну рівня експресії 97 мембранних і цитоплазматичних білків, що імовірно відносяться до 46 оперонів[6]. Також для A. borkumensis характерний альтернативний шлях біосинтезу жирів[7].
A. borkumensis є домінуючим мікроорганізмом нафтових забруднень у присутності доступних джерел фосфору і азоту, здійснюючи біодеградацію вуклеводнів[8][9]. Таким чином ця бактерія приймає важливе значення в біоочищенні нафтових забруднень морських екосистем. Також представляють інтерес позаклітинні глюколіпіди A. borkumensis, що мають властивості детергентів і здібні до емульгація нафти, руйнуючи нафтові плями[10][11]. Зараз розробляються генно-інженерні підходи використання позаклітинних полігідроксиалконатів A. borkumensis[12].
Alcanivorax borkumensis
Yakimov et al. 1998
Alcanivorax borkumensis (лат.) — вид грамотрицательных, палочковидных бактерий рода Alcanivorax, типовой вид рода. Впервые выделена в акватории Северного моря и описана Якимовым, Голишиным, Лангом, Муром, Абрахамом, Люсдорфом и Тиммисом в 1998 году. Способна использовать углеводороды в качестве единственного источника углерода. Принимает участие в биоочистке морских экосистем от нефтяных загрязнений.
Неподвижные, неспорообразующие грамотрицательные палочковидные бактерии размером 2—3 × 0,4—0,7 мкм. Не образуют капсул и жгутиков, клетки чувствительны к осмотическому шоку. Зёрна, которые можно увидеть в клетках на электронно-микроскопических снимках, являются гранулами полифосфата. Клетки становятся короче (1—1,5 мкм) в присутствии н-алканов в питательной среде.
Хемоорганогетеротроф, аэроб. Оптимальная температура роста 20—30 °C. Галофил, оптимальная концентрация хлорида натрия в среде 3—10 %, максимальная 12,5 %, рост в осмотически эквивалентной среде в отсутствии ионов натрия невозможен. Оксидазоположителен, образуют каталазу, восстанавливает нитраты до нитритов. Использует углеводороды (например, н-гексадекан) в качестве единственного источника углерода, не способен использовать углеводы (глюкозу, лактозу, фруктозу, сахарозу и т. д.) в качестве источника углерода. Способны утилизировать формиат, ацетат, пропионат, метилпируват и α-кетоглутарат. Продуцируют внеклеточные глюколипиды, обладающие поверхностно-активными свойствами[1].
Геном Alcanivorax borkumensis штамма SK2 представлен кольцевой двуцепочечной молекулой ДНК размером 3120143 п.н. и содержит 2806 генов, из которых 2755 кодируют белки, процент % Г+Ц пар составляет 54 %[2]. Особенностями генома Alcanivorax borkumensis является сильная упрощённость, малочисленность мобильных генетических элементов и генов, ответственных за продукцию энергии, большое количество генов, ответственных за деградацию углеводородов, образование детергентов, облегчающих эмульгирование углеводородов в морской воде, образование биоплёнок на поверхности капель нефти, что связанно к специфическим приспособлениям к биодеградации углеводородов[3][4]. При росте на пирувате и гексадекане отмечается изменение уровня экспрессии 97 мембранных и цитоплазматических белков, предположительно относящихся к 46 оперонным структурам[5]. Также для Alcanivorax borkumensis характерен альтернативный путь биосинтеза триацилглицеролов[6].
Alcanivorax borkumensis является доминирующим микроорганизмом нефтяных загрязнений в присутствии доступных источников фосфора и азота, осуществляя биодеградацию углеводородов[7][8]. Таким образом, представители рода Alcanivorax принимают важное значение в биоочистке нефтяных загрязнений морских экосистем. Также представляют интерес внеклеточные глюколипиды Alcanivorax borkumensis, имеющие свойства детергента и способные к эмульгации нефти, разрушая нефтяные пятна[9][10]. Разрабатываются генно-инженерные подходы использования внеклеточных полигидроксиалконатов Alcanivorax borkumensis [11].
Alcanivorax borkumensis (лат.) — вид грамотрицательных, палочковидных бактерий рода Alcanivorax, типовой вид рода. Впервые выделена в акватории Северного моря и описана Якимовым, Голишиным, Лангом, Муром, Абрахамом, Люсдорфом и Тиммисом в 1998 году. Способна использовать углеводороды в качестве единственного источника углерода. Принимает участие в биоочистке морских экосистем от нефтяных загрязнений.
