Azotobacter

Azotobacter é un xénero de bacterias esféricas ou ovais gramnegativas xeralmente móbiles, que forman quistes de paredes grosas e poden producir grandes cantidades de mucosidade capsular. Son aerobias, de vida libre, viven principalmente nos solos, onde xogan un importante papel no ciclo do nitróxeno da natureza, xa que poden captar nitróxeno atmosférico, o cal é inaccesible de forma directa para as plantas, e libérano en forma de ións amonio no solo. Especies deste xénero, ademais de serviren como organismo modelo, utilízanse para a produción de biofertilizantes, aditivos alimentarios e algúns biopolímeros. O primeiro representante deste xénero, Azotobacter chroococcum, foi descuberto en descrito en 1901 polo microbiólogo e botánico holandés Martinus Beijerinck. As Azotobacter atópanse en solos neutros e alcalinos, na auga e en asociación con algunhas plantas.

 Características biolóxicas 
 Morfoloxía 
miniatura|Azotobacter beijerinckii nun prato de ágar-ágar.
As células do xénero Azotobacter son relativamente grandes para o tamaño típico dunha bacteria (1–2 micrómetros de diámetro). Son xeralmente ovais, pero poden adoptar varias formas desde a de bacilo á de coco. En preparacións microscópicas, as células poden estar dispersas ou formar grupos irregulares ou ocasionalmente cadeas de varias lonxitudes. En cultivos frescos, as células son móbiles debido aos seus numerosos flaxelos. Posteriormente, as células perden a súa mobilidade, fanse case esféricas e producen unha grosa capa de mucosidade, formando a cápsula da célula. A forma da célula está afectada polo aminoácido glicina, que está presente na peptona do medio nutriente.

Vistas ao microscopio as células presentan inclusións, algunhas das cales están coloreadas. A inicios da década de 1900, considerábase que as inclusións coloreadas eran "grans reprodutivos", ou gonidios, un tipo de células embrionarias. Pero posteriormente demostrouse que os gránulos non participaban na división da célula. Os gránulos coloreados están compostos de volutina, mentres que as inclusións incoloras son pingas de graxa, que actúan como reservas enerxéticas.

 Quistes 
Os quistes do xénero Azotobacter son máis resistentes a factores ambientais adversos que as células vexetativas, e en concreto, son dúas veces máis resistentes á luz ultravioleta. Son tamén resistentes ao desecamento, ultrasóns e irradiación solar e gamma, pero non á calor.

A formación de quistes é inducida por cambios na concentración de nutrientes no medio e pola adición dalgunhas substancias orgánicas como o etanol, n-butanol ou β-hidroxibutirato. En medios líquidos é raro que se formen quistes. A formación de quistes é inducida por factores químicos e é acompañada por cambios metabólicos, que afectan ao catabolismo, respiración celular e biosíntese de macromoléculas; tamén é afectada pola aldehido deshidroxenase e o regulador da resposta AlgR.

O quiste de Azotobacter é esférico e consta do chamado corpo central (unha copia reducida da célula vexetativa con varios vacúolos) e a cuberta de dúas capas. A parte interna da cuberta chámase intina e ten unha estrutura fibrosa. A parte externa ten estrutura cristalina hexagonal e denomínase exina. A exina é parcialmente hidrolizada pola tripsina e é resistente ao lisozima, ao contrario que o corpo central. O corpo central pode illarse en estado viable con algúns axentes quelantes. Os principais constituíntes da cuberta externa son os alquilresorcinois, compostos por longas cadeas alifáticas e aneis aromáticos. Os alquilresorcinois tamén se encontran noutras bacterias, animais e plantas.

 Xerminación de quistes 
Os quistes do xénero Azotobacter son a forma de repouso da célula vexetativa, pero as células vexetativas son as reprodutoras e estes quistes non serven para a reprodución, senón para a resistencia a factores ambientais adversos. Despois de que se recuperan as condicións ambientais óptimas, que inclúen un certo valor de pH, temperatura e fontes de carbono, os quistes xerminan, e as células vexetativas orixinadas empezan a multiplicarse por división simple. Durante a xerminación, os quistes sofren danos e liberan unha célula vexetativa grande. Microscopicamente, a primeira manifestación de xerminación é a diminución gradual na refracción da luz dos quistes, que se detecta con microscopia de contraste de fase. A xerminación de quistes é un proceso lento que tarda de 4 a 6 horas. Durante a xerminación, o corpo central crece e captura os gránulos de volutina, que están localizados na intina (a capa máis interna). Despois a exina estoupa e a célula vexetativa libérase da exina, a cal ten unha forma característica de ferradura. Este proceso é acompañado de cambios metabólicos. Inmediatamente despois de subministrarlles unha fonte de carbono, os quistes empezan a absorber oxíxeno e emiten dióxido de carbono; a velocidade deste proceso increméntase gradualmente e satúrase en 4 horas. A síntese de proteínas e ARN, ocorre en paralelo, pero só se intensifica despois de pasadas 5 horas desde a adición da fonte de carbono. A síntese de ADN e fixación do nitróxeno inícianse 5 horas despois da adición de glicosa a un medio nutriente sen nitróxeno.

A xerminación dos quistes está acompañada por cambios na intina, visibles con microscopio electrónico. A intina está formada por carbohidratos, lípidos e proteínas e ten case o mesmo volume que o corpo central. Durante a xerminación dos quistes, hidrolízase a intina e a célula utilízaa para a síntese dos seus compoñentes.

 Propiedades fisiolóxicas 
O xénero Azotobacter presenta respiración aerobia, recibindo enerxía de reaccións redox, e usa compostos orgánicos como doantes de electróns. As Azotobacter poden utilizar diversos carbohidratos, alcohois e sales de ácidos orgánicos como fontes de carbono e poden fixar polo menos 10 microgramos de nitróxeno por gramo de glicosa consumido. Para esta fixación do nitróxeno cómpre ións molibdeno, pero poden ser parcialmente substituídos por ións vanadio, ou mesmo prescindir de ambos os dous. As fontes de nitróxeno poden ser nitratos, ións amonio ou aminoácidos. O pH óptimo para o crecemento e a fixación de nitróxeno é de 7,0–7,5, pero o crecemento é sostido no intervalo de pH entre 4,8 e 8,5. As Azotobacter poden tamén crecer mixotroficamente, nun medio sen nitróxeno que conteña manosa; este modo de crecemento é dependente do hidróxeno. O hidróxeno está dispoñible no solo, de modo que este crecemento pode darse na natureza.

Cando crecen, as Azotobacter producen colonias planas mucosas como unha pasta cun diámetro de 5–10 mm, as cales poden formar biofilmes en medios nutrientes líquidos. As colonias poden ser castañas escuras, verdes ou doutras cores, ou incoloras, dependendo da especie. Crecen mellor a unha temperatura de 20–30 °C.

As bacterias do xénero Azotobacter presentan inclusións intracelulares de polihidroxialcanoatos baixo certas condicións ambientais (por exemplo, falta de elementos como fósforo, nitróxeno, ou oxíxeno combinada cunha subministración excesiva de fontes de carbono).

 Pigmentos 
O xénero Azotobacter produce pigmentos. Por exemplo, Azotobacter chroococcum forma un pigmento de melanina hidrosoluble castaño escuro. Este proceso ten lugar a un alto nivel metabólico durante a fixación do nitróxeno e, crese que protexe o sistema da nitroxenase dos efectos do oxíxeno. Outras especies de Azotobacter producen pigmentos con cores desde o amarelo verdoso ao púrpura, entre eles un pigmento verde que é fluorescente con luz amarelo-verdosa e outro con fluorescencia azul branquecha.

 Xenoma 
Determinouse parcialmente a secuencia de nucleótidos do cromosoma de Azotobacter vinelandii cepa AvOP. Este cromosoma é unha molécula de ADN circular que contén 5 342 073 pares de bases e 5.043 xenes, dos cales 4.988 codifican proteínas. A fracción de pares G + C é de 65 moles por cento. O número de cromosomas nas células e o contido de ADN increméntase coa idade da célula, e na fase de crecemento estacionaria, os cultivos poden conter máis de 100 copias dun cromosoma por célula. O contido orixinal de ADN (unha copia) restáurase cando se replanta o cultivo nun medio fresco. Ademais do ADN cromosómico, Azotobacter pode conter plásmidos.

 Distribución 
As Azotobacter son ubicuas en solos de pH neutro ou debilmente alcalino, pero non en ácidos. Tamén se encontran en solos da zona ártica e antártica, a pesar do clima frío reinante alí, curta estación de crecemento e valores de pH do solo relativamente baixos. En solos secos, Azotobacter pode sobrevivir en forma de quistes ata 24 anos.

Representantes do xénero Azotobacter tamén viven en ambientes acuáticos, incluídas as augas doces e pantanos salobres. Varios membros están asociados con plantas e atópanse na rizosfera, establecendo certas relacións coas raíces das plantas. Algunhas cepas atópanse tamén nos casulos que forma a miñoca da especie Eisenia fetida.

 Fixación do nitróxeno 

As Azotobacter son bacterias fixadoras de nitróxeno de vida libre, o que as diferencia das especies de Rhizobium, que actúan en nódulos radiculares. As Azotobacter normalmente fixan o nitróxeno molecular da atmosfera sen estableceren relacións simbióticas coas plantas, aínda que tamén hai algunhas especies de Azotobacter que están asociadas con plantas. A fixación do nitróxeno é inhibida en presenza de fontes de nitróxeno dispoñibles, como ións amonio e nitratos.

As Azotobacter necesitan unha ampla variedade e encimas para a fixación do nitróxeno, como son: ferredoxina, hidroxenase e o importante encima nitroxenase. O proceso de fixación do nitróxeno require un fluxo de enerxía en forma de adenosín trifosfato (ATP). A fixación do nitróxeno é moi sensible á presenza de oxíxeno, e, por tanto, as Azotobacter desenvolveron un mecanismo defensivo especial contra o oxíxeno, consistente principalmente nunha intensificación significativa do metabolismo que reduce a concentración de oxíxeno nas células. Hai tamén unha proteína protectora da nitroxenase especial chamada Shethna, que protexe a nitroxenase e está implicada na protección das células do oxíxeno. Os mutantes que non producen esta proteína, morren por causa do oxíxeno durante a fixación do nitróxeno en ausencia dunha fonte de nitróxeno no medio. Os ións homocitrato xogan un certo papel no proceso de fixación do nitróxeno por Azotobacter.

 Nitroxenase 

A nitroxenase é o encima máis importante envolvido na fixación do nitróxeno. As especies de Azotobacter teñen varios tipos de nitroxenase. O tipo básico é a nitroxenase de molibdeno-ferro. Un tipo alternativo é a nitroxenase de vanadio; que é independente dos ións de molibdeno e é máis activa que a nitroxenase de Mo-Fe a baixas temperaturas. Deste modo, pode fixar nitróxeno a temperaturas baixas de ata 5 °C e a súa actividade a temperaturas baixas é 10 veces maior que a da nitroxenase de Mo-Fe. O denominado cluster P xoga un importante papel na maduración da nitroxenase de Mo-Fe. A síntese da nitroxenase está controlada polos xenes nif. A fixación do nitróxeno está regulada pola proteína amplificadora NifA e a flavoproteína "sensora" NifL, que modula a activación da transcrición xénica da fixación do nitróxeno por un sistema interruptor dependente de redox. Este mecanismo regulador, que depende de dúas proteínas que forman complexos entre si, é pouco común no control doutros sistemas.

 Importancia 
A fixación do nitróxeno xoga un importante papel no ciclo do nitróxeno. As Azotobacter tamén sintetizan algunhas substancias bioloxicamente activas, entre as cales están fitohormonas como as auxinas, que estimulan o crecemento das plantas. PDF copy Tamén facilitan a mobilidade de metais pesados no solo e así poden potenciar a biorremediación da contaminación por metais pesados do solo, como cadmio, mercurio e chumbo. Algúns tipos de Azotobacter poden tamén biodegradar compostos aromáticos que conteñen cloro, como o 2,4,6-triclorofenol. Este composto foi inicialmente usado como insecticida, funxicida e herbicida pero máis tarde descubriuse que tiña efectos mutaxénicos e carcinóxenos.

 Aplicacións 
Debido á súa capacidade de fixar nitróxeno molecular e así incrementar a fertilidade do solo e estimular o crecemento das plantas, as Azotobacter son moi utilizadas en agricultura, especialmente en biofertilizantes de nitróxeno. Tamén se utilizan na produción de ácido alxínico (E400), que se aplica en medicina como antiácido, e na industria alimenticia como aditivo para os xeados, pudins e cremas, e tamén na bioabsorción de metais.miniatura|Martinus Beijerinck (1851–1931), o descubridor do xénero Azotobacter.
 Taxonomía 
O xénero Azotobacter descubriuno en 1901 o microbiólogo e botánico holandés Martinus Beijerinck, que foi un dos fundadores da microbioloxía ambiental. Seleccionou e describiu a especie Azotobacter chroococcum, o primeiro fixador de nitróxeno de vida libre aerobio.

In 1909, Lipman describiu a especie Azotobacter vinelandii, e un ano despois Azotobacter beijerinckii, que nomeou en honra de Beijerinck. En 1949, o microbiólogo ruso Nikolai Aleksandrovich Krasilnikov identificou a especie Azotobacter nigricans,Azotobacter nigricans Krassilnikov 1949 (Approved Lists 1980) LPSN  que foi dividida en 1981 por Thompson e Skerman en dúas subespecies chamadas Azotobacter nigricans subsp. nigricans e Azotobacter nigricans subsp. achromogenes. Ese mesmo ano, Thompson e Skerman describiron Azotobacter armeniacus. En 1991, Page e Shivprasad informaron do descubrimento dunha especie microaerófila e aerotolerante que chamaron Azotobacter salinestris, que era dependente de ións sodio.

Inicialmente os representantes deste xénero foron asignados á familia Azotobacteraceae PRIBRAM, 1933, pero despois foron transferidos á familia Pseudomonadaceae baseándose en estudos das secuencias de nucleótidos do ARNr 16S. En 2004, un estudo filoxenético revelou que Azotobacter vinelandii pertencía ao mesmo clado que a bacteria Pseudomonas aeruginosa, e en 2007 suxeriuse que os xéneros Azotobacter, Azomonas e Pseudomonas están relacionados e poderían ser sinónimos.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Ligazóns externas 









Categoría:Pseudomonadales