Cos'è il batterio viola? Questi microrganismi sono pigmentati con batterioclorofilla aob insieme a vari carotenoidi che conferiscono loro colori che vanno dal viola, rosso, marrone e arancione. Questo è un gruppo abbastanza eterogeneo. Possono essere divisi in due gruppi: batteri viola sullo zolfo e batteri viola semplici (Rhodospirillaceae). Il documento 2018 Frontiers in Energy Research proponeva di utilizzarli come risorse biologiche.
Biologia
I batteri viola sono per lo più fotoautotrofi, ma sono note anche specie chemioautotrofiche e fotoeterotropiche. Possono essere mixotrofi capaci di respirazione aerobica e fermentazione.
La fotosintesi dei batteri viola si verifica nei centri di reazione sulla membrana cellulare dove i pigmenti fotosintetici (es. batterioclorofilla, carotenoidi) e le proteine che legano i pigmenti vengono introdotti nell'invaginazione per formare vescicole, tubuli specifici o lamellari a coppia singola o impilati fogli. Questa è chiamata membrana intracitoplasmatica (ICM), che ha un allargamentosuperficie per massimizzare l'assorbimento della luce.
Fisica e chimica
I batteri viola utilizzano il trasferimento ciclico di elettroni causato da una serie di reazioni redox. I complessi di raccolta della luce che circondano il centro di reazione (RC) raccolgono fotoni sotto forma di energia risonante, catturando i pigmenti di clorofilla P870 o P960 situati nell'RC. Gli elettroni eccitati passano da P870 ai chinoni QA e QB, quindi passano al citocromo bc1, al citocromo c2 e di nuovo a P870. Il QB del chinone ridotto attrae due protoni citoplasmatici e diventa QH2, eventualmente ossidandosi e rilasciando protoni per essere pompati nel periplasma dal complesso del citocromo bc1. La condivisione di carica risultante tra il citoplasma e il periplasma crea una forza protonica utilizzata dall'ATP sintasi per generare energia ATP.
I batteri viola trasferiscono anche elettroni da donatori esterni direttamente al citocromo bc1 per generare NADH o NADPH usati per l'anabolismo. Sono cristalli singoli perché non usano l'acqua come donatore di elettroni per produrre ossigeno. Un tipo di batteri viola, chiamati batteri sulfuro viola (PSB), utilizza solfuro o zolfo come donatori di elettroni. Un altro tipo, chiamato batteri viola senza zolfo, utilizza solitamente l'idrogeno come donatore di elettroni, ma può anche utilizzare solfuro o composti organici a concentrazioni inferiori rispetto al PSB.
Batteri violanon ci sono abbastanza portatori di elettroni esterni per ridurre spontaneamente il NAD(P)+ a NAD(P)H, quindi devono usare i loro chinoni ridotti per ridurre NAD(P)+ in modo angosciante. Questo processo è guidato dalla forza motrice del protone ed è chiamato flusso inverso di elettroni.
Zolfo invece di ossigeno
I batteri viola senza zolfo sono stati i primi batteri ad avere la fotosintesi senza ossigeno come sottoprodotto. Invece, il loro sottoprodotto è lo zolfo. Ciò è stato dimostrato quando sono state stabilite per la prima volta le reazioni dei batteri a diverse concentrazioni di ossigeno. È stato scoperto che i batteri si allontanano rapidamente dalla minima traccia di ossigeno. Quindi hanno fatto un esperimento in cui hanno usato un piatto di batteri e la luce è stata focalizzata su una parte e l' altra è stata lasciata al buio. Poiché i batteri non possono sopravvivere senza luce, si spostano nel cerchio di luce. Se il sottoprodotto della loro vita fosse l'ossigeno, le distanze tra gli individui aumenterebbero all'aumentare della quantità di ossigeno. Ma a causa del comportamento dei batteri viola e verdi alla luce focalizzata, si è concluso che il sottoprodotto della fotosintesi batterica non poteva essere l'ossigeno.
I ricercatori hanno suggerito che alcuni batteri viola oggi sono associati ai mitocondri, batteri simbionti nelle cellule vegetali e animali che agiscono come organelli. Il confronto della loro struttura proteica mostra che esiste un antenato comune di queste strutture. Anche i batteri verde porpora e gli eliobatteri hanno una struttura simile.
Batteri dello zolfo (batteri dello zolfo)
I batteri sulfuree viola (PSB) fanno parte del gruppo dei proteobatteri capaci di fotosintesi, collettivamente indicati come batteri viola. Sono anaerobici o microaerofili e si trovano spesso in ambienti acquatici stratificati, comprese sorgenti termali, piscine stagnanti e aggregazioni microbiche in aree di acqua alta. A differenza delle piante, delle alghe e dei cianobatteri, i batteri dello zolfo viola non usano l'acqua come agente riducente e quindi non producono ossigeno. Invece, possono utilizzare lo zolfo sotto forma di solfuro o tiosolfato (e alcune specie possono anche utilizzare H2, Fe2+ o NO2-) come donatore di elettroni nei loro percorsi di fotosintesi. Lo zolfo viene ossidato per produrre granuli di zolfo elementare. Questo, a sua volta, può essere ossidato per formare acido solforico.
Classificazione
Il gruppo dei batteri viola è diviso in due famiglie: Chromatiaceae ed Ectothiorhodospiraceae, che producono rispettivamente granuli di zolfo interni ed esterni e mostrano differenze nella struttura delle loro membrane interne. Fanno parte dell'ordine Chromatiales, incluso nella divisione gamma Proteobacteria. Anche il genere Halothiobacillus è incluso in Chromatiales nella sua stessa famiglia, ma non è fotosintetico.
Habitat
I batteri viola dello zolfo si trovano tipicamente nelle zone anossiche illuminate dei laghi e di altri habitat acquatici dove si accumula idrogeno solforato,e anche nelle "sorgenti sulfuree" dove l'idrogeno solforato prodotto geochimicamente o biologicamente può far fiorire batteri sulfuree viola. La fotosintesi richiede condizioni anossiche; questi batteri non possono prosperare in ambienti ossigenati.
I laghi meromittici (permanentemente stratificati) sono i più favorevoli per lo sviluppo dei batteri dello zolfo viola. Si stratificano perché hanno acqua più densa (di solito fisiologica) sul fondo e meno densa (di solito acqua dolce) più vicino alla superficie. La crescita dei batteri dello zolfo viola è anche supportata dalla stratificazione nei laghi olomitici. Sono stratificati termicamente: durante la primavera e l'estate, l'acqua superficiale si riscalda, rendendo l'acqua superiore meno densa di quella inferiore, il che fornisce una stratificazione abbastanza stabile per la crescita dei batteri dello zolfo viola. Se è presente abbastanza solfato per supportare la solfatazione, il solfuro formato nel sedimento si diffonde verso l' alto nelle acque anossiche del fondo dove i batteri dello zolfo viola possono formare masse cellulari dense.
Cluster
Si possono trovare anche batteri sulfurei viola, che sono un componente importante nelle aggregazioni microbiche intermedie. Cluster come il tappeto microbico Sippewissett hanno un ambiente dinamico dovuto al flusso delle maree e all'ingresso di acqua dolce, risultando in ambienti stratificati in modo simile ai laghi meromittici. Crescita di batteri dello zolfo violaviene attivato quando lo zolfo viene fornito a causa della morte e decomposizione dei microrganismi situati sopra di essi. La stratificazione e la fonte di zolfo consentono al PSB di crescere in questi bacini di marea dove si verificano aggregazioni. Il PSB può aiutare a stabilizzare i sedimenti microbici attraverso la secrezione di sostanze polimeriche extracellulari che possono legare i sedimenti nei bacini idrografici.
Ecologia
I batteri sulfurei viola sono in grado di influenzare l'ambiente promuovendo il ciclo dei nutrienti, usando il loro metabolismo per cambiare l'ambiente. Possono svolgere un ruolo significativo nella produzione primaria influenzando il ciclo del carbonio attraverso la fissazione del carbonio. Anche i batteri dello zolfo viola contribuiscono alla produzione di fosforo nel loro habitat. Attraverso l'attività vitale di questi organismi, il fosforo, che limita il nutriente nello strato ossico dei laghi, viene riciclato e fornito ai batteri eterotrofi per l'uso. Ciò indica che, sebbene i batteri dello zolfo viola si trovino nello strato anossico del loro habitat, sono in grado di stimolare la crescita di molti organismi eterotrofi fornendo nutrienti inorganici al suddetto strato di ossido.
