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Rhodococcus

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Rhodococcus
Rhodoccoccus sp.
Classificazione scientifica
DominioProkaryota
RegnoBacteria
OrdineActinomycetales
SottordineCorynebacterineae
FamigliaNocardiaceae
Genere'Rhodococcus'

Rhodococcus è un genere di batteri aerobici gram-positivi, non mobili e che non producono spore con un alto contenuto di G C e una membrana cellulare che contiene acido micolico.[1]

Storia

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La storia del genere è abbastanza complessa. Inizialmente intrecciata con quella dei cocchi Gram-positivi in seguito si lega a quella degli attinomiceti contenenti acidi micolici. Il primo a proporre il genere Rhodococcus fu Zopf (1891) per classificare due specie batteriche rosse descritte da Overbeck nel 1891.[2] Fu riconosciuto nelle prime edizioni del Bergey's Manual of Determinative Bacteriology e come organismo modello fu scelto R. rhodochrous.[3] A causa di vari cambiamenti riguardanti il sistema di classificazione dei Gram positivi i criteri di appartenenza al genere Rhodococcus sono stati rivisti più volte. Le tecniche molecolari introdotte negli anni '80, basate sull'analisi della sequenza nucleotidica del 16S rDNA, hanno permesso la separazione definitiva dei rhodococchi dai rappresentanti di altri generi di Attinomiceti.[2]

Descrizione

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Il genere comprende specie che mostrano un'ampia gamma di diversità morfologiche.[2] La membrana cellulare dei rhodococchi è generalmente costituita da:[4]

  1. un peptidoglicano costituito da N-acetilglucosammina, acido N-glicolilmuramico, D e L-alanine e D-glutammati con meso-A2pm come l'acido diamino;
  2. arabinosio e galattosio come zuccheri diagnostici;
  3. un pattern fosfolipidico costituito da difosfatidilglicerolo, fosfatidiletanolammina, fosfatidilinositolo e fosfatidilinositolo mannoside
  4. un profilo di acidi grassi costituito in maggior parte da catene insature non ramificate e acidi tubercolostearici
  5. acidi micolici con 32-66 carboni
  6. menachinoni composti da 8 o 9 unità isopreniche

Alcune specie presentano un corredo genetico ampio e complesso contenente diversi geni coinvolti in processi catabolici e anabolici unici.[5][6] Cresce bene in terreni di coltura non selettivi e i macrolidi associati alla rifampicina sono gli antibiotici più efficaci in caso d'infezioni da Rhodococcus.[2]

Può essere isolato in diverse matrici ambientali (es. suolo, acqua e sedimenti marini) e antropiche per via della sua grande versatilità metabolica, attività biodegradativa e capacità di adattamento uniche a diverse condizioni di stress come la presenza composti tossici (es. metalli pesanti, metalloidi, inquinanti organici) e cambiamenti ambientali (es. bassa disponibilità di nutrienti).[7]

Diversi ceppi sono in grado di mettere in atto processi di biotrasformazione e biodegradazione di diversi composti organici e xenobiotici come: idrocarburi, idrocarburi clorinati, acidi naftenici, composti nitroaromatici, e farmaci (diclofenac e sulfametizolo).[8][9][10]

Applicazioni

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Date le ampie capacità metaboliche e la resistenza/tolleranza allo stress, i ceppi del genere Rhodococcus sono considerati candidati ideali in applicazioni biotecnologiche applicate al campo delle bonifiche ambientali, nelle industrie chimiche e farmaceutiche.[11][12][13][14]

In particolare la ricerca si concentra sulla produzione e l'accumulo di lipidi neutri, per lo più trigliceridi, attraverso la bio-conversione di rifiuti industriali e bioprodotti sostenibili della lignina. Queste molecole possono poi essere utilizzate nella produzione di biocarburanti dopo estrazione mediante metodi di estrazione chimici e fisici convenzionali (es. sonicazione, estrazione con solvente) o metodi biologici (es. lisi, estrazione basata sull'uso di fagi).[15]

Altri prodotti che possono essere prodotti da ceppi di Rhodococcus sono: bio-surfattanti glicolipidici, carotenoidi, PHA, nanomateriali a base metallica e antibiotici di nuova generazione.[16]

Tra le diverse specie descritte in letteratura R. opacus PD630 e R. jostii RHA1 sono quelle più studiate per attività biosintetiche e di bioconversione per le seguenti ragioni:[17][18]

  1. la particolare capacità di utilizzare zuccheri derivanti dalla lignina con composti aromatici tossici derivanti dalla lignina
  2. l'elevato contenuto di lipidi, in particolare trigliceridi, che possono essere accumulati da diverse fonti di carbonio
  3. l'alto tasso di crescita
  4. la buona tracciabilità genetica

Specie

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Il genere comprende le seguenti specie:[19][20][21][22]

Esistono anche molte altre specie del genere che però non hanno ancora ricevuto una classificazione ufficiale.

Note

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  1. ^ (EN) Ludmila Martínková, Bronislava Uhnáková e Miroslav Pátek, Biodegradation potential of the genus Rhodococcus, in Environment International, vol. 35, n. 1, 2009-01, pp. 162–177, DOI:10.1016/j.envint.2008.07.018. URL consultato il 21 maggio 2024.
  2. ^ a b c d (EN) Mohadeseh Majidzadeh e Mehdi Fatahi-Bafghi, Current taxonomy of Rhodococcus species and their role in infections, in European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases, vol. 37, n. 11, 2018-11, pp. 2045–2062, DOI:10.1007/s10096-018-3364-x. URL consultato il 22 maggio 2024.
  3. ^ David H. Bergey, Manual Of Determinative Bacteriology, 1934. URL consultato il 21 maggio 2024.
  4. ^ Iain C. Sutcliffe, Alistair K. Brown e Lynn G. Dover, The Rhodococcal Cell Envelope: Composition, Organisation and Biosynthesis, vol. 16, Springer Berlin Heidelberg, 2010, pp. 29–71, DOI:10.1007/978-3-642-12937-7_2, ISBN 978-3-642-12936-0. URL consultato il 22 maggio 2024.
  5. ^ Alessandro Presentato, Martina Cappelletti e Anna Sansone, Aerobic Growth of Rhodococcus aetherivorans BCP1 Using Selected Naphthenic Acids as the Sole Carbon and Energy Sources, in Frontiers in Microbiology, vol. 9, 12 aprile 2018, DOI:10.3389/fmicb.2018.00672. URL consultato il 22 maggio 2024.
  6. ^ (EN) Alessandro Presentato, Elena Piacenza e Raymond J. Turner, Processing of Metals and Metalloids by Actinobacteria: Cell Resistance Mechanisms and Synthesis of Metal(loid)-Based Nanostructures, in Microorganisms, vol. 8, n. 12, 18 dicembre 2020, pp. 2027, DOI:10.3390/microorganisms8122027. URL consultato il 22 maggio 2024.
  7. ^ (EN) Eva Donini, Andrea Firrincieli e Martina Cappelletti, Systems biology and metabolic engineering of Rhodococcus for bioconversion and biosynthesis processes, in Folia Microbiologica, vol. 66, n. 5, 2021-10, pp. 701–713, DOI:10.1007/s12223-021-00892-y. URL consultato il 22 maggio 2024.
  8. ^ (EN) Martina Cappelletti, Davide Pinelli e Stefano Fedi, Aerobic co‐metabolism of 1,1,2,2‐tetrachloroethane by Rhodococcus aetherivorans TPA grown on propane: kinetic study and bioreactor configuration analysis, in Journal of Chemical Technology & Biotechnology, vol. 93, n. 1, 2018-01, pp. 155–165, DOI:10.1002/jctb.5335. URL consultato il 22 maggio 2024.
  9. ^ E A Tyumina, G A Bazhutin e E V Vikhareva, Diclofenac as a factor in the change of Rhodococcus metabolism, in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 487, 13 marzo 2019, pp. 012027, DOI:10.1088/1757-899X/487/1/012027. URL consultato il 22 maggio 2024.
  10. ^ (EN) Simone Larcher e Viviane Yargeau, Biodegradation of sulfamethoxazole by individual and mixed bacteria, in Applied Microbiology and Biotechnology, vol. 91, n. 1, 2011-07, pp. 211–218, DOI:10.1007/s00253-011-3257-8. URL consultato il 22 maggio 2024.
  11. ^ (EN) Busch, Hagedoorn e Hanefeld, Rhodococcus as A Versatile Biocatalyst in Organic Synthesis, in International Journal of Molecular Sciences, vol. 20, n. 19, 26 settembre 2019, pp. 4787, DOI:10.3390/ijms20194787. URL consultato il 22 maggio 2024.
  12. ^ (EN) Ana Ceniceros, Lubbert Dijkhuizen e Mirjan Petrusma, Genome-based exploration of the specialized metabolic capacities of the genus Rhodococcus, in BMC Genomics, vol. 18, n. 1, 2017-12, DOI:10.1186/s12864-017-3966-1. URL consultato il 22 maggio 2024.
  13. ^ (EN) Ágnes Kis, Krisztián Laczi e Szilvia Zsíros, Biodegradation of animal fats and vegetable oils by Rhodococcus erythropolis PR4, in International Biodeterioration & Biodegradation, vol. 105, 2015-11, pp. 114–119, DOI:10.1016/j.ibiod.2015.08.015. URL consultato il 22 maggio 2024.
  14. ^ (EN) Miroslav Pátek, Michal Grulich e Jan Nešvera, Stress response in Rhodococcus strains, in Biotechnology Advances, vol. 53, 2021-12, pp. 107698, DOI:10.1016/j.biotechadv.2021.107698. URL consultato il 22 maggio 2024.
  15. ^ (EN) Myung Hwangbo e Kung-Hui Chu, Recent advances in production and extraction of bacterial lipids for biofuel production, in Science of The Total Environment, vol. 734, 2020-09, pp. 139420, DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.139420. URL consultato il 22 maggio 2024.
  16. ^ (EN) Martina Cappelletti, Alessandro Presentato e Elena Piacenza, Biotechnology of Rhodococcus for the production of valuable compounds, in Applied Microbiology and Biotechnology, vol. 104, n. 20, 2020-10, pp. 8567–8863, DOI:10.1007/s00253-020-10861-z. URL consultato il 22 maggio 2024.
  17. ^ (EN) Drew M. DeLorenzo, William R. Henson e Tae Seok Moon, Development of Chemical and Metabolite Sensors for Rhodococcus opacus PD630, in ACS Synthetic Biology, vol. 6, n. 10, 20 ottobre 2017, pp. 1973–1978, DOI:10.1021/acssynbio.7b00192. URL consultato il 22 maggio 2024.
  18. ^ (EN) Héctor M. Alvarez, O. Marisa Herrero e Roxana A. Silva, Insights into the Metabolism of Oleaginous Rhodococcus spp, in M. Julia Pettinari (a cura di), Applied and Environmental Microbiology, vol. 85, n. 18, 15 settembre 2019, DOI:10.1128/AEM.00498-19. URL consultato il 22 maggio 2024.
  19. ^ (EN) University of Warwick, First wood-digesting enzyme found in bacteria could boost biofuel production, su phys.org. URL consultato il 21 maggio 2024.
  20. ^ M Takeuchi, K Hatano, I Sedlácek e Z Pácová, Rhodococcus jostii sp. nov., isolated from a medieval grave, in International journal of systematic and evolutionary microbiology, vol. 52, Pt 2, 2002, pp. 409–13, PMID 11931149.
  21. ^ (EN) Lifemap ncbi, su lifemap-ncbi.univ-lyon1.fr. URL consultato il 21 maggio 2024.
  22. ^ Schoch CL, et al., NCBI Taxonomy: a comprehensive update on curation, resources and tools, Oxford, NCBI Database, 2020.

Bibliografia

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  • Sutcliffe, I.C., Brown, A.K., Dover, L.G. (2010). The Rhodococcal Cell Envelope: Composition, Organisation and Biosynthesis. In: Alvarez, H. (eds) Biology of Rhodococcus. Microbiology Monographs, vol 16. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-12937-7_2
  • Larkin, M.J., Kulakov, L.A., Allen, C.C.R. (2010). Rhodococcus: Genetics and Functional Genomics. In: Timmis, K.N. (eds) Handbook of Hydrocarbon and Lipid Microbiology. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-77587-4_94
  • Goodfellow, M., Oren, A., Sangal, V., and Sutcliffe, I.C. "Is the bacterial genus name Rhodococcus Zopf 1891 illegitimate? Request for an Opinion." Int. J. Syst. Evol. Microbiol. (2024) 74(1):006251.
  • Ochi, K. "Phylogenetic analysis of mycolic acid-containing wall-chemotype IV actinomycetes and allied taxa by partial sequencing of ribosomal protein AT-L30." Int. J. Syst. Bacteriol. (1995) 45:653-660
  • Ruimy, R., Riegel, P., Boiron, P., Monteil, H., and Christen, R. "Phylogeny of the genus Corynebacterium deduced from analyses of small-subunit ribosomal DNA sequences." Int. J. Syst. Bacteriol. (1995) 45:740-746

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