Какво представляват лилавите бактерии? Тези микроорганизми са пигментирани с бактериохлорофил а или b заедно с различни каротеноиди, които им придават цветове, вариращи от лилаво, червено, кафяво и оранжево. Това е доста разнообразна група. Те могат да бъдат разделени на две групи: пурпурни серни бактерии и прости лилави бактерии (Rhodospirillaceae). Документът Frontiers in Energy Research от 2018 г. предлага използването им като биоресурси.
Биология
Пурпурните бактерии са предимно фотоавтотрофни, но са известни и хемоавтотрофни и фотохетеротропни видове. Те може да са миксотрофи, способни на аеробно дишане и ферментация.
Фотосинтезата на пурпурни бактерии се случва в реакционните центрове на клетъчната мембрана, където фотосинтетичните пигменти (т.е. бактериохлорофил, каротеноиди) и пигмент-свързващите протеини се въвеждат в инвагинацията, за да образуват специфични везикули, тубули или единични чифтове или подредени ламели листове. Това се нарича интрацитоплазмена мембрана (ICM), която има уголеменаповърхност за максимално поглъщане на светлината.
Физика и химия
Лиолетовите бактерии използват цикличен електронен трансфер, причинен от поредица от редокс реакции. Комплексите за събиране на светлина около реакционния център (RC) събират фотони под формата на резонансна енергия, улавяйки хлорофилните пигменти P870 или P960, разположени в RC. Възбудените електрони циклират от P870 до хинони QA и QB, след което преминават към цитохром bc1, цитохром c2 и обратно към P870. Редуцираният хинон QB привлича два цитоплазмени протона и се превръща в QH2, като в крайна сметка се окислява и освобождава протони, които да бъдат изпомпвани в периплазмата от комплекса цитохром bc1. Полученото споделяне на заряда между цитоплазмата и периплазмата създава протонна движеща сила, използвана от АТФ синтазата за генериране на АТФ енергия.
Пурпурните бактерии също прехвърлят електрони от външни донори директно към цитохром bc1, за да генерират NADH или NADPH, използвани за анаболизъм. Те са монокристали, защото не използват водата като донор на електрони за производство на кислород. Един вид лилави бактерии, наречени лилави серни бактерии (PSB), използва сулфид или сяра като донори на електрони. Друг вид, наречен пурпурни несерни бактерии, обикновено използва водород като донор на електрони, но може също да използва сулфиди или органични съединения при по-ниски концентрации в сравнение с PSB.
Виолетови бактерииняма достатъчно външни носители на електрони за спонтанно редуциране на NAD(P)+ до NAD(P)H, така че те трябва да използват своите редуцирани хинони, за да намалят енергично NAD(P)+. Този процес се задвижва от движещата сила на протона и се нарича обратен поток от електрони.
Сяра вместо кислород
Лиолетовите несерни бактерии са първите бактерии, за които е установено, че имат фотосинтеза без кислород като страничен продукт. Вместо това техният страничен продукт е сяра. Това беше доказано, когато за първи път бяха установени реакциите на бактериите към различни концентрации на кислород. Установено е, че бактериите бързо се отдалечават от най-малката следа от кислород. След това направиха експеримент, при който използваха чиния с бактерии и светлината беше фокусирана върху една част от нея, а другата беше оставена на тъмно. Тъй като бактериите не могат да оцелеят без светлина, те преминават в кръга на светлината. Ако страничният продукт на техния живот беше кислород, разстоянията между индивидите биха станали по-големи с увеличаване на количеството кислород. Но поради поведението на лилавите и зелените бактерии при фокусирана светлина се стигна до заключението, че страничният продукт на бактериалната фотосинтеза не може да бъде кислород.
Изследователи предполагат, че някои лилави бактерии днес са свързани с митохондриите, симбиотични бактерии в растителните и животинските клетки, които действат като органели. Сравнението на тяхната протеинова структура показва, че има общ предшественик на тези структури. Пурпурно зелени бактерии и хелиобактерии също имат подобна структура.
Сярни бактерии (серни бактерии)
Пурпурните серни бактерии (PSB) са част от групата Proteobacteria, способна на фотосинтеза, общо наричани лилави бактерии. Те са анаеробни или микроаерофилни и често се срещат в стратифицирана водна среда, включително горещи извори, застояли басейни и микробни агрегации във висоководни зони. За разлика от растенията, водораслите и цианобактериите, лилавите серни бактерии не използват вода като редуциращ агент и следователно не произвеждат кислород. Вместо това те могат да използват сяра под формата на сулфид или тиосулфат (а някои видове могат също да използват H2, Fe2+ или NO2-) като донор на електрони в техните фотосинтезни пътища. Сярата се окислява, за да се получат елементарни серни гранули. Това от своя страна може да се окисли до образуване на сярна киселина.
Класификация
Групата на лилавите бактерии е разделена на две семейства: Chromatiaceae и Ectothiorhodospiraceae, които произвеждат съответно вътрешни и външни серни гранули и показват разлики в структурата на вътрешните им мембрани. Те са част от разреда Chromatiales, включени в гамата подразделение Proteobacteria. Родът Halothiobacillus също е включен в Chromatiales в собственото си семейство, но не е фотосинтетичен.
Местообитания
Лиолетовите серни бактерии обикновено се срещат в осветените аноксични зони на езера и други водни местообитания, където се натрупва сероводород,а също и в "серни извори", където геохимично или биологично произведен сероводород може да предизвика цъфтеж на лилавите серни бактерии. Фотосинтезата изисква аноксични условия; тези бактерии не могат да се развиват в среда, богата на кислород.
Меромиктичните (постоянно стратифицирани) езера са най-благоприятни за развитието на пурпурни серни бактерии. Те се стратифицират, защото имат по-плътна (обикновено физиологична) вода на дъното и по-малко плътна (обикновено прясна вода) по-близо до повърхността. Растежът на лилавите серни бактерии също се поддържа от наслояване в холомиктични езера. Те са термично стратифицирани: през пролетта и лятото повърхностната вода се нагрява, което прави горната вода по-малко плътна от долната, което осигурява доста стабилна стратификация за растежа на пурпурни серни бактерии. Ако има достатъчно сулфат за поддържане на сулфатиране, образуваният в утайката сулфид дифундира нагоре в аноксични дънни води, където лилавите серни бактерии могат да образуват плътни клетъчни маси.
Клъстери
Виолетовите серни бактерии също могат да бъдат открити и са важен компонент в междинните микробни агрегации. Клъстери като микробния килим Sippewissett имат динамична среда, дължаща се на потока на приливите и входящите сладка вода, което води до подобно стратифицирана среда като меромиктичните езера. Растеж на пурпурни серни бактериисе активира, тъй като се доставя сяра поради смъртта и разлагането на микроорганизмите, разположени над тях. Стратификацията и източникът на сяра позволява на PSB да расте в тези приливни басейни, където възникват агрегации. PSB може да помогне за стабилизиране на микробната утайка чрез секрецията на извънклетъчни полимерни вещества, които могат да свържат утайката във водосборите.
Екология
Лиолетовите серни бактерии са в състояние да влияят на околната среда, като насърчават кръговрата на хранителните вещества, като използват метаболизма си, за да променят околната среда. Те могат да играят значителна роля в първичното производство, като влияят върху въглеродния цикъл чрез фиксиране на въглерода. Лилавите серни бактерии също допринасят за производството на фосфор в местообитанието си. Чрез жизнената активност на тези организми, фосфорът, който ограничава хранителните вещества в кислородния слой на езерата, се рециклира и се предоставя на хетеротрофните бактерии за употреба. Това показва, че въпреки че лилавите серни бактерии се намират в аноксичния слой на тяхното местообитание, те са в състояние да стимулират растежа на много хетеротрофни организми, като доставят неорганични хранителни вещества на гореспоменатия оксиден слой.
