Clostridium thermocellum

Genoomi struktuur

Clostridium thermocellum’i rõngaskromosoom koosneb teadaolevalt 3 843 301 aluspaarist, milles on kokku umbes 3363 geeni. Kromosoomi ringikujulisus on kasulik, sest eksonukleaasid ei saa läbi töötada DNA otsi. Lisaks sellele on kromosoomi ümmargusus kasulik, sest kromosoomi saab superspiraliseerida, mis vähendab drastiliselt energiabarjääri selleks, et DNA-d aktiveerida ja eraldada üksikuid ahelaid RNA transkribeerimiseks. Bakterile omaselt on terve genoom pakitud kompaktselt väiksesse regiooni, mida kutsutakse nukleoidiks. Transkriptsioon toimub tsütoplasma ja nukleoidi vahel. 
Lisaks rõngaskromosoomile on C. thermocellumil ka plasmiid, mis on lisakromosomaalne geneetiline element, mis ei ole määrava osatähtsusega tema elutegevuses. Kui rõngaskromosoomi on vaja raku elutegevuseks, siis plasmiidi kaotus bakteri paljunemisvõimet ei mõjuta. Kuna C. thermocellum on teada kui tselluloosi lagundaja, siis ta DNA sisaldab kindlaid nukleotiidide järjestusi, mis moodustavad geene ensüümide süsteemi moodustamiseks, mis omakorda on vajalik, et lagundada tselluloosi.

Ökoloogia

Clostridium thermocellum elab anaeroobses, termofiilses keskkonnas ja interakteerub organismidega, mis omavad tselluloosi (nagu eukarüootsed taimed). Ta võime lagundada tselluloosi tähendab seda, et ta võib elada praktiliselt igas keskkonnas, mis sisaldab orgaanilisi koostisosi nagu muld ning kehas, vees ja loomade seedekulglas olevad setted. Väga tõenäoliselt on C. thermocellum esindatud eelkõige mäletsejate nagu hobuste ja lehmade seedekulglas kuna nad toituvad rohust. Rohi on raskesti seeditav, sest seal on tselluloosi. Olenemata sellest saavad lehmad ja hobused rohust toituda kuna C. thermocellum omab suurt rolli seedesüsteemis tselluloosi lagundamises. Lisaks sellele mõjutab C. thermocellum keskkonda, aidates kaasa süsinikuühendite tootmisel ja looduslikult biomassi lagundamisele. Biolagundamine ja süsinikuühendite tootmine avaldavad mõju keskkonnale kuna toitained ja uute ühendite jaoks vajalikud koostisosad on saadaval teistele organismidele, millest toituda.

Patoloogia

Enamik bakteriliike Clostridiumi perekonnas toodavad toksiine, mis on kahjulikud ja pahatahtlikud peremeesrakkudele. Näiteks üks kõige surmavamatest toksiinidest on toodetud Clostridium botulinumi poolt, mis põhjustab paralüüsi peatades rakus kõik motoorsed ja närvitegevused. Paralüüs esineb tavaliselt kõigepealt peas, siis mõjutab ülakeha ja lõpuks alakeha, sest toksiinid mõjutavad kõigepealt koljunärve. Kõige halvema stsenaariumi puhul nakatavad C. botulinumi toodetud toksiinid hingamislihaseid, mis omakorda viib selleni, et hingamine pole enam võimalik ja organism sureb. C. botulinum'i tekitatud nakatumine esineb tavaliselt Botoxi süstimise üledoosil, mis omakorda toob kaasa organismi mürgistumise, või riknenud toidu söömisest.
Teine Clostridiumi klassi kuuluv mikroorganism, mis väljendab patogeenseid efekte on Clostridium tetani. See mikroorganism nakatab põhiliselt lapsi tootes toksiine mustades suuõõnsustes. Neurotoksiinide tootmine põhjustab haigust, mida tuntakse teetanuse nime all. See haigus põhjustab tavaliselt lihaste kangestumist, turseid, higistamist ja lihaskrampe.  C. thermocellum ei tooda võrreldes oma liigikaaslastega mitte ühtegi toksiini, mis tekitaksid patoloogilisi efekte inimestel, loomadel või taimedel.

Seonduvus biotehnoloogiaga

C. thermocellum on hästi tuntud oma võime poolest lagundada tselluloosi, mis on üpris lahustumatu aine. Selleks, et tselluloosi degradatsioon ilmneks, toodab C. thermocellum palju ensümaatilisi valke, mis on eluliselt tähtsad tsellulolüüsis. Biotehnoloogilised uuringud on näidanud, et tselluloosi lagundav bakter toodab suure komplekse tsellulaasi süsteemi, mida tuntakse tsellulosüümina, mis koosneb 20 katalüütilisest valgust. Need valgud on seotud bakteri kleepumisega tselluloosile, tselluloosi degradeerimise jaotamise ja reguleerimise ning suhkrumonomeeride transpordiga.
Üks kõige tähtsamaid proteiine tsellulosoomis on CipA, mis on suur mittekatalüütiline 250kDa suurune kinnitusvalk. Kuna ta on kinnitusvalk, siis on tal mitmeid spetsiaalseid sidumissaite, mis lubab liituda teistel väiksematel proteiinidel, millel on sarnane signaalrada. Kui need väiksed proteiinid on CipA poolt kokku toodud, siis saavad valgud interakteeruda signaaliga ja kohe käivitada tselluloosi lõhustumise. Sel juhul on CipA'l üheksa kohesiini domeeni valgu sidumiseks ja on vahendatud vastuvõtvate domeenide poolt tsellusoomi katalüütilistes valkudes. Lisaks tselluloosi lõhustamise aktiveerimisele sisaldab CipA ka tselluloosi siduvaid faktoreid. Tselluloosi sidumisfaktorid lubavad C. thermocellumil kinnituda tselluloosi sisaldavate organismide pinnale, et lahustumatut substraati saaks lagundada. Lisaks tsellulosoomis olevale kinnitusvalgule toodab C. thermocellum ka glükosüül hüdrolüsaati, mis funktsioneerib kui katalüütiline alaühik, mis seob ennast tõelises tselluloosi jagunemises.