Thermoplasma volcanium
# Thermoplasma volcanium

Thermoplasma volcanium es una arquea moderadamente termoacidófila aislado de fuentes hidrotermales ácidas y fumarolas. No tiene pared celular y no es móvil. Es anaerobia facultativa. No hay clasificaciones filogenéticas anteriores para este organismo. Thermoplasma volcanium se reproduce asexualmente vía fisión binaria y no es patógeno.

## Descubrimiento y aislamiento

Thermoplasma volcanium fue aislado de fuentes hidrotermales ácidas de las orillas de Vulcano, Italia por Segerer et al. en 1988. Segerer et al. tomaron 20 muestras aeróbicas y 110 anaeróbicas de fumarolas de Italia, Islandia, los Estados Unidos, y Java, Indonesia. Las muestras de ambos ambientes aeróbicos y anaeróbicos contenían individuales del género Thermoplasma, pero eubacteria con forma de barra solamente fueron observados en las muestras aeróbicas. El pH de las muestras fue 0.5-6.5, y la temperatura fue 25 °C-102 °C. Thermoplasma volcanium fue cultivaron a 57 °C usando medio de cultivo Darland modificado (0.05% $MgSO_4,$ 0.02% $(NH_4)_2SO_4,$ 0.025% $CaCl_2*2H_2O,$ y 0.1% extracto de levadura) can concentración de glucosa reducida. Segerer et al. establecieron condiciones aeróbicas y anaeróbicas para crecer todos los microbios posibles tomadas de los campos solfatara, dependiendo del funcionamiento metabólico particular de cada microbio. El medio fue adjuntado con un enfriador de aire en un agitador de glicerol para los microbios que utilizan aeróbico respiración para el procesamiento metabólico. El medio anaeróbico contenía cantidades menores de azufre con un proporción de nitrógeno a dióxido de carbono de 4:1. Después de dos días a tres semanas de cultivo, en unas de las muestras anaeróbicas, estaban microbios con morfología similar de la de Thermoplasma conocida. Cultivos de estos microbios eran capaces de crecer en medio anaeróbico.

### Etiología

El nombre Thermoplasma es derivado del sustantivo griego therme que significa "calor" y del sustantivo griego plasma, que significa "forma de algo." Volcanium es del adjetivo latino volcanium, o "perteneciendo a Volcanus," el dios romano de fuego y herreros. Leyenda dice que él vivió cerca de Vulcano, donde las cepas de esta especie fueron encontrado.

## Características

### Morfología

La morfología general de Thermoplasma volcanium implica formas diferentes dependiente en su ubicación dentro de la curva del crecimiento. Durante crecimiento logarítmico temprano, las células poseen formas de todos modalidades, incluyendo forma de coco, disco, y barra de aproximadamente 0.2-0.5 micrómetros. Durante crecimiento estacionario y logarítmico final, las células son principalmente esféricas y pueden producer brotes de 0.3 micrómeters en diámetro, que científicos creen contienen ADN. Cada célula posee solamente un flagelo a un extremo polar. Los aislados de Thermoplasma volcanium no tienen envolutra celular ni pared celular.

### Genoma

Kawashima et al. secuenció el genoma total de Thermoplasma volcanium usando clonación fragmento. Thermoplasma volcanium posee una genoma circular compuesta de 1.58 megabps (Mbp) con un total de 1,613 genes, 1,543 de que codifican proteínas. El contenido GC del genoma es 39.9%. Thermoplasma volcanium difiere de Thermoplasma acidophilum, que tiene un contenido de GC aproximadamente 7% más grande del de Thermoplasma volcanium. No hay correlación significativa se ha visto entre la temperatura óptima de crecimiento y contenido de GC.

Secuenciación del genoma de varias archaea ha demostrado una correlación positiva entre temperatura óptima de crecimiento y la presencia de combinaciones específicas de dinucleótidos purinas y pirimidinas. La ADN de Thermoplasma volcanium es más flexible del ADN de otra archaea debido de la presencia de conformaciones de purina/pirimidina, en comparación con las arqueas hipertermófilas que contiene la mayoría de purina/purina o pirimidina Emparejamientos/pirimidina.

### Crecimiento óptima

Como otras arqueas, Thermoplasma volcanium es extremófilo, específicamente un termoacidófilo. También es altamente móvil, por flagelos. Se encuentra en las fuentes hidrotermales, aguas termales, solfataras, volcanes, y otros lugares acuáticos de calor extremo, pH bajo, y alta salinidad. La falta de pared celular es lo que permite Thermoplasma volcanium sobrevivir y crecer a temperaturas de 33-67 °C (optimal 60 °C) y pH de 1.0-4.0 (optimal 2.0). Para modificar la falta de la pared celular, una membrana de célula especializada está presente dentro de las especies de arqueas; la membrana celular es compone de moléculas unidas por éter de glicerol y ácidos grasos.

### Metabolismo

Thermoplasma volcanium es un quimioorganoheterótrofo facultivo anaeróbico que también es capaz de metabolismo litótrofo vía respiración anaerobia de azufre. Sus donantes de electrones son compuestos orgánicos de carbono simples a partir de extractos celulares, y sus aceptores de electrones son oxígeno durante respiración aeróbica y azufre elemental durante respiración anaeróbica. En condiciones estrictamente anaerobias, la ausencia de azufre reduce el crecimiento de los aislados, pero todavía hay una pequeña cantidad de crecimiento observable, atribuible a un aceptor de electrones que no ha sido identificado. Porque puede crecer en medio que contiene levadura y glucosa, es posible que Thermoplasma volcanium también scavenges carbono de otros microbios cerca de respiraderos hidrotermales.

Temperatura de crecimiento optimal es correlacionado con la presencia de proteínas individuales en arqueas, especialmente la de proteínas que median vías metabólicas específicas. Por ejemplo, en la mayoría de las hipertermófilas, los precursores de proteínas de hemo desnaturalice a temperaturas altas, a que estos microorganismos prosperan. Por lo tanto, esta ruta metabólica o bien se pierde o se modifica para adaptarse a estas condiciones extremas. En Thermoplasma volcanium, sin embargo, la mayoría de proteínas implicadas en la producción de hemo son intactos. La mayoría de arqueas hipertermófilas utalizan girasa inversa y topoisomerasa VI para modificar la súperhelicidad de su ADN, pero el genoma de Thermoplasma volcanium's usa girasa y topoisomerasa I. En esta manera, Thermoplasma volcanium puede sugerir los mecanismos que subyacen a las adaptaciones evolutivas que permitieron arqueas de sobrevivir en ambientes calurosos.

## Relación a Thermoplasma acidophilum

Thermoplasma volcanium es un pariente cercano de Thermoplasma acidophilum. Thermoplasma acidophilum fue aislado de las mismas fuentes hidrotermales ácidas y fumarolas de Thermoplasma volcanium, que índice relación cercana entre los dos y sus características extremófilas. Las dos especies son muy móviles, faltan pared celular, y tienen proteínas como histonas homólogas. Esto indica que ambos fueron producidos por evolución divergente de eukaryotas. La homología entre su ADN es minimal, que causa las diferences entre las dos especies.

## Investigaciones

### HU histona ADN-proteína de unión

Los investigadores Kawashima et al. mostraron que el genoma de Thermoplasma volcanium codifica la proteína histona que unifica ADN y encontraron un segmento se llama huptvo. Genes similares que codifican proteínas HU han sido descubrido en muchas genomas bacteriales, y es componente vital de ADN bacterial y funciones metabólicas. Investigaciones adicionales en esta proteína pudiera ayudar a determinar las relaciones evolutivas entre las interacciones proteína-ADN en bacterias y arqueas. La capacidad de Thermoplasma volcanium funcionar en ambientes aeróbias y anaeróbias han hecho que sea una parte importante de la investigación sobre la hipótesis de endosimbiosis.

### Usos potenciales en biotecnología

Las características extremófilas y la falta de una pared celular permite Thermoplasma volcanium funcionar a altas temperaturas y niveles altos de acidez. Thermoplasma volcanium tiene metabolismo anaeróbio y puede utilizar la respiración de azufre, que puede ser utilizado comercialmente en minería de carbón y la industria petrolera para remover dióxido de azufre de carbón. La quema de carbón es una de las mayores contribuciones hechas por humanos a dióxido de azufre en la atmósfera. Esta gas pueden formar compuestos nocivos, como ácido sulfúrico. Las bacterias que se han demostrado ser capaces desulfuración (como Thermoplasma volcanium) pueden ser aislado y utilizado para identificar, aislar, y clonar los genes y enzimas asociadas con desulfuración. El nivel de actividad de la vía de desulfuración debe ser incrementado si es ser aprovechada para usos comerciales o ecológicos. Esto podría hacerse por la regulación positiva de la expresión de los genes relevantes o por aumento del número de copias de estos genes. También podría hacerse por aumentando el rendimiento del producto de la vía. Si es posible aprovechar las características extremófilas de Thermoplasma volcanium, a continuación, las operaciones industriales pueden ser más eficientes y así producir menos de azufre, lo que significa menos lluvia ácida. Esto también pudiera ofrecer información sobre el papel de azufre en el calentamiento global.

