Dos clases de Cloroflexi evolucionaron de forma independiente la capacidad de persistir en el hidrógeno atmosférico y el monóxido de carbono

Thermomicrobium roseum regula al alza la expresión de hidrogenasa y monóxido de carbono deshidrogenasa durante una respuesta coordinada a la inanición de nutrientes

Comparamos los transcriptomas de cultivos triplicados de T. roseum bajo cultivos ricos en nutrientes (crecimiento exponencial) y condiciones limitadas en nutrientes (fase estacionaria). Un total de 401 genes se regularon significativamente al alza y 539 genes se regularon significativamente a la baja al menos dos veces (p < 10-6) en respuesta a la limitación de nutrientes (Fig. 1a; cuadro S1). Se observaron tres tendencias principales con respecto a la adquisición y utilización de energía. En primer lugar, los genes asociados con procesos energéticamente costosos se regularon a la baja, incluidos los que codifican proteínas ribosómicas, enzimas de biosíntesis de citocromo c y menaquinona, y el aparato quimiotáctico y flagelar codificado por megaplásmidos (Tabla S1). En segundo lugar, había pruebas de movilización de reservas internas de carbono, incluido un complejo de acetoína deshidrogenasa y un complejo de flavoproteínas de transferencia de electrones (ETF). En tercer lugar, los perfiles de expresión indican que hay una remodelación extensa de la cadena respiratoria. Dos deshidrogenasas respiratorias primarias involucradas en el crecimiento heterotrófico (deshidrogenasas NADH tipo I y II) se regularon a la baja, mientras que los complejos involucrados en la generación de energía litotrófica y una succinato deshidrogenasa se regularon al alza (Fig. 1a; cuadro S1). En ambas condiciones, las oxidasas terminales que median la respiración aeróbica se expresaron altamente y no hubo evidencia del uso de otros aceptores de electrones; la oxidasa del citocromo aa3 se expresó en ambas fases y la oxidasa alternativa del citocromo bo3 se reguló al alza durante la fase estacionaria. En contraste, la F1Fo-ATPasa (ATP sintasa) se reguló a la baja, un hallazgo consistente con una disminución esperada en la disponibilidad de donantes de electrones respiratorios durante la limitación de nutrientes (Tabla S1).

Expresión génica diferencial de cultivos ricos en nutrientes (fase exponencial) y limitados en nutrientes (fase estacionaria) de Thermomicrobium roseum. un gráfico volcánico que muestra el cambio de expresión relativo de los genes después de la limitación de nutrientes. El cambio de pliegue muestra la proporción de abundancia de transcripción normalizada de tres cultivos de fase estacionaria dividida por tres cultivos de fase exponencial (réplicas biológicas). Cada gen está representado por un punto gris y los genes respiratorios se resaltan según la leyenda. b, c Mapas térmicos de abundancia normalizada de los supuestos operones que codifican las subunidades estructurales del grupo 1h-hidrogenasa (hhyLS; b) y monóxido de carbono deshidrogenasa de tipo I (coxLSM; c). Los recuentos leídos por millón de kilobases (RPKM) se muestran para tres réplicas biológicas en crecimiento exponencial y tres en fase estacionaria. HP = proteína hipotética. d Regulación diferencial de los complejos respiratorios que median la respiración aeróbica de compuestos orgánicos e inorgánicos. Los complejos están sombreados de manera diferente dependiendo de si están significativamente regulados al alza (verde), a la baja (naranja) o inalterados (gris) en cultivos limitados en nutrientes en comparación con cultivos ricos en nutrientes. Para cada complejo se muestran los nombres de los genes, los números de los loci y los cambios de pliegue promedio en la abundancia de los transcriptomas. Shown are the structural subunits of type I NADH dehydrogenase (nuoA-E,H-N), type II NADH dehydrogenase (ndh), succinate dehydrogenase (sdhA-D), group 1h -hydrogenase (hhyLS), type I carbon monoxide dehydrogenase (coxLMS), heterodisulfide reductase (hdrABC), electron transfer flavoprotein (etfAB), sulfur-carrier protein (tusA), cytochrome aa3 oxidase (coxABC), cytochrome bo3 oxidase (cyoAB), and ATP synthase (atpA-H). Note that the physiological role of the highly upregulated hdrABC, etfAB, and tusA genes is yet to be experimentally validated in T. escaramujo

Thermomicrobium roseum regula los genes asociados con el metabolismo de H2 y CO en condiciones limitantes de nutrientes. Los genes que codifican las subunidades estructurales de una hidrogenasa del grupo 1h( hhyLS; trd_1878-1877), que son una clase de enzimas tolerantes al oxígeno conocidas por mediar la oxidación atmosférica de H2, se regularon al alza en un promedio de 12,6 veces (Fig. 1b). También se regularon las proteínas hipotéticas conservadas hhaABC (trd_1876-1874; 5.5 veces), codificado en el mismo operón putativo que las subunidades estructurales, así como en un operón putativo separado de factores de maduración (trd_1873–1863; 3,1 veces) (Figura S2; Tabla S1). Las subunidades estructurales (trd_1206–1208) y de maduración (trd_1209–1215) que codifican una monóxido deshidrogenasa de carbono tipo I se regularon en un promedio de dos veces (Fig. 1c & S2) en respuesta a la limitación de nutrientes. De acuerdo con informes anteriores de utilización de CO durante el crecimiento en este organismo , los genes de monóxido deshidrogenasa de carbono se expresaron altamente en cultivos de fase exponencial y estacionaria. (Higo. 1c; cuadro S1). Esto sugiere que T. roseum utiliza CO para complementar el carbono orgánico disponible durante el crecimiento (mixotrofia) y la persistencia. Estos hallazgos son ampliamente similares a las observaciones realizadas en otros filos, en particular Actinobacterias y Proteobacterias, de que la expresión de hidrogenasa y monóxido de carbono deshidrogenasa se induce por limitación de carbono orgánico .

En general, el mayor diferencial en la expresión génica involucró un grupo de 19 genes (trd_0160–0142) supuestamente involucrado con la oxidación de compuestos de azufre. El grupo contiene genes que codifican una supuesta heterodisulfuro reductasa soluble (hdrABC), un complejo de flavoproteínas de transferencia de electrones (etfAB), tres proteínas portadoras de azufre (tusA, dsrE1, dsrE2), tres proteínas de unión a lipoato (LbpA) y varias proteínas hipotéticas, que se regulan al alza en un promedio de 45 veces durante la persistencia. La mayoría de estos componentes tienen homólogos en un sistema que recientemente se ha demostrado que median en la oxidación de diversos compuestos de azufre orgánicos e inorgánicos en denitrificantes de hifomicrobio . Una función de este grupo puede ser mediar en la activación y oxidación de compuestos endógenos o exógenos que contienen tiol. Para lograr esto, predecimos que el complejo Hdr cataliza la formación de enlaces de disulfuro entre el compuesto tiol y una proteína transportadora de azufre (por ejemplo, TusA); el complejo Hdr luego transfiere los electrones liberados a la cadena respiratoria, posiblemente a través del complejo ETF. Apoyando esta noción, la oxidación de tiol a disulfuro es exergónica con oxígeno como aceptor de electrones terminal. Si bien los complejos Hdr se caracterizan mejor por su papel en la reducción de heterodisulfuro en arqueas metanogénicas , también se han estudiado en bacterias oxidantes de azufre y reductoras de sulfato, donde se ha predicho que son fisiológicamente reversibles . Consistentemente, el complejo Hdr de T. roseum está más estrechamente relacionado con las cepas de Sulfobacilo oxidante de azufre, Hifomicrobio y Aciditiobacilo . Parece plausible que T. roseum se beneficiaría de una ventaja de supervivencia si puede aprovechar compuestos de azufre reducidos disponibles en manantiales geotérmicos. Sin embargo, se necesita más trabajo para verificar la actividad, los sustratos y el papel fisiológico de este sistema.

Colectivamente, estos hallazgos muestran que T. roseum es más flexible metabólicamente de lo que se pensaba anteriormente. Higo. 1d ilustra la remodelación prevista de la cadena respiratoria que ocurre durante la transición de condiciones ricas en nutrientes a condiciones limitadas en nutrientes. La regulación ascendente de las enzimas involucradas en el aprovechamiento de compuestos inorgánicos, junto con la regulación descendente de los grupos de genes involucrados en la oxidación de NADH, sugiere que T. roseum ha desarrollado mecanismos para mantener la respiración aeróbica a pesar de las fluctuaciones de nutrientes y la privación dentro de su entorno.

T. roseum oxida aeróbicamente H2 y CO en una amplia gama de concentraciones, incluidos niveles sub atmosféricos, durante la persistencia

Los altos niveles de expresión de los genes que codifican la hidrogenasa del grupo 1h y la monóxido deshidrogenasa de carbono tipo I sugirieron que T. roseum puede soportar la persistencia oxidando H2 y CO atmosféricos. Para probar esto, incubamos cultivos de T limitados por nutrientes. rosa en un espacio de aire ambiente complementado con ~14 ppmv de H2 o CO y monitoreado su consumo mediante cromatografía de gases. De acuerdo con nuestra hipótesis, los cultivos oxidaron aeróbicamente ambos gases en un proceso cinético de primer orden; en 71 h, las relaciones de mezcla de estos gases (103 ppbv H2, 22 ppbv CO) estaban cinco veces por debajo de los niveles atmosféricos (Fig. 2a, b). Esta es la primera observación tanto de la respiración aeróbica de H2 como de la oxidación atmosférica de H2 dentro del filo Chloroflexi.

Actividad de hidrogenasa y monóxido de carbono deshidrogenasa de cultivos de Thermomicrobium roseum durante la limitación de nutrientes. a, b Oxidación de hidrógeno molecular (H2; a) y monóxido de carbono (CO; b) a niveles sub-atmosféricos por cultivos de T. roseum. Las barras de error muestran desviaciones estándar de tres réplicas biológicas, con células muertas por calor monitoreadas como control negativo (líneas discontinuas grises). Las relaciones de mezcla de H2 y CO se muestran en una escala logarítmica y las líneas de puntos muestran las relaciones de mezcla atmosféricas medias de H2 (0,53 ppmv) y CO (0,10 ppmv). c, d Parámetros cinéticos aparentes de oxidación de H2 (c) y CO (d) por células enteras de T. roseum. Las curvas de mejor ajuste y los parámetros cinéticos se calcularon con base en un modelo de regresión no lineal de Michaelis–Menten. Los valores calculados con base en Lineweaver-Burk, Hanes-Woolf, y Eadie-Hofstee parcelas se muestran en la Tabla S2. e Observación zimográfica de la actividad de la hidrogenasa y el monóxido de carbono deshidrogenasa en lisados de células enteras de T. roseum. Los dos primeros carriles muestran escalera de proteína y proteína entera teñida con azul de Coomassie. Los carriles tercero y cuarto muestran actividad de hidrogenasa y monóxido de carbono deshidrogenasa teñida con el aceptor artificial de electrones nitroblue tetrazolio en una atmósfera rica en H2 y CO-rica, respectivamente. f Mediciones amperométricas de la actividad de la hidrogenasa en células enteras de T. roseum. La tasa de oxidación de H2 se midió con un electrodo de hidrógeno antes y después del tratamiento con los desenganchadores respiratorios y los ionóforos carbonil cianuro m-clorofenil hidracina (CCCP), nigericina y valinomicina

Las mediciones cinéticas de células enteras revelaron que T. el rosa oxida eficientemente H2 y CO en una amplia gama de concentraciones a través de la actividad de la hidrogenasa y el monóxido de carbono deshidrogenasa. En cultivos, las enzimas muestran una velocidad aparente moderada (Vmax app de 376 nmol H2 y 149 nmol CO g−1 de proteína min−1) y una afinidad aparente moderada (Km app de 569 nM H2 y 285 nM CO) para estos sustratos (Fig. 2c, d; cuadro S2). Con respecto a la monóxido deshidrogenasa de carbono, estas observaciones concuerdan con que el organismo es capaz de utilizar CO en concentraciones elevadas para el crecimiento y concentraciones atmosféricas para la persistencia. Los parámetros cinéticos aparentes del grupo 1h-hidrogenasa son más similares a los descritos recientemente para el metanotrópico verrucomicrobial Metilacidiphilum fumariolicum (Km = 600 nM) que a las hidrogenasas de alta afinidad y baja actividad de los carroñeros atmosféricos de H2 descritos anteriormente (Km < 50 nM) . En conjunto, estos hallazgos sugieren que T. roseum puede aprovechar las concentraciones elevadas de H2 y CO cuando están disponibles a través de la actividad geotérmica y subsistir en concentraciones atmosféricas de estos gases de lo contrario.

De acuerdo con las actividades de células enteras observadas, los lisados celulares funcionan con geles nativos de poliacrilamida fuertemente teñidos para la actividad de la hidrogenasa y el monóxido de carbono deshidrogenasa (Fig. 2e). El peso molecular de las bandas principales estaba, respectivamente, en el peso molecular esperado para un dímero de monóxido deshidrogenasa de carbono y ligeramente por debajo del peso molecular esperado de un dímero de hidrogenasa . Esto es compatible con estudios bioquímicos en otros organismos que han demostrado que las monóxido de carbono deshidrogenasas de tipo I y las hidrogenasas del grupo 1h forman homodímeros . A continuación, verificamos que la hidrogenasa estaba acoplada a la cadena respiratoria midiendo la oxidación de H2 utilizando un electrodo de H2 en condiciones aeróbicas. Las células no tratadas oxidaron H2 a un ritmo rápido. Esta actividad disminuyó en 2,5 veces con la adición del desenganchador respiratorio CCCP y cesó con la adición de la valinomicina ionófora, mientras que no se observó un cambio significativo en la tasa de oxidación de H2 con el protonóforo nigericina (Fig. 2f). La combinación de estos resultados sugiere que la oxidación del hidrógeno está estrechamente acoplada a la cadena respiratoria y esta interacción puede estar vinculada al gradiente eléctrico (Δψ), pero no al gradiente de pH (ΔpH) de la membrana.

Los hallazgos del análisis del transcriptoma y los estudios de actividad sugieren, por lo tanto, que T. roseum persiste a través de la oxidación de H2 y CO atmosféricos. Proponemos que la hidrogenasa del grupo 1h y la monóxido deshidrogenasa de carbono tipo I utilicen directamente electrones derivados de H2 y CO atmosféricos para apoyar la respiración aeróbica (Fig. 1d). Es probable que estos electrones se transmitan a través de portadores de electrones a la reserva de menaquinona y se transfieran posteriormente a las oxidasas terminales. Sin embargo, se necesitan más estudios para confirmar cómo estas proteínas interactúan funcional y físicamente con la cadena respiratoria, incluida su localización y con qué portadores de electrones interactúan. Debido a la intratabilidad genética del Cloroflexi y la falta de inhibidores específicos de hidrogenasa o monóxido de carbono deshidrogenasa, tampoco pudimos determinar la necesidad de oxidación de H2 o CO para la supervivencia prolongada de este organismo. Sin embargo, estudios previos han demostrado que la deleción genética de la hidrogenasa del grupo 1h reduce la longevidad de las células de M. smegmatis y de las exosporas de Streptomyces avermitilis .

La eliminación de gases atmosféricos es potencialmente una estrategia de persistencia común dentro del cloroflexi heterotrófico aeróbico

Que ha demostrado que T. el rosa oxida los gases traza atmosféricos durante la persistencia, posteriormente investigamos si esta es una estrategia común empleada por el Cloroflexi. Primero analizamos las capacidades respiratorias de Thermogemmatispora sp. T81, un termófilo celulolítico heterotrófico y esporulativo, que aislamos previamente de suelos geotérmicos de Tikitere, Nueva Zelanda . El análisis del genoma del organismo (Número de ensamblaje: GCA_003268475.1) indicó que codifica componentes de la cadena respiratoria central similares a T. rosé, incluyendo deshidrogenasas primarias (nuo, ndh, sdh), oxidasas terminales (cox, cyo) y ATP sintasa (atp). El genoma también codifica operones putativos para las subunidades estructurales de una hidrogenasa del grupo 1h, los factores de maduración de esta hidrogenasa y las subunidades estructurales de una deshidrogenasa de monóxido de carbono tipo I (Figura S3). Sin embargo, los homólogos de la supuesta heterodisulfuro reductasa y los complejos ETF codificados por T. roseum están ausentes de la Thermogemmatispora sp. Genoma T81.

Verificamos que cultivos esporuladores de Thermogemmatispora sp. T81 consume activamente H2 y CO. El organismo oxidó lentamente el H2 y el CO disponibles en el espacio de la cabeza a niveles sub-atmosféricos (120 ppbv H2, 70 ppbv CO) durante ~320 h (Fig. 3a, b). Aunque se ha demostrado previamente que esta cepa oxida el monóxido de carbono , esta es la primera observación de que puede hacerlo a concentraciones sub-atmosféricas y durante la persistencia. Estos resultados sugieren que, a pesar de sus distintas historias evolutivas y nichos ecológicos, Thermogemmatispora sp. T81 y T. roseum han desarrollado estrategias metabólicas similares para sobrevivir a la limitación de nutrientes.

Actividad hidrogenasa y monóxido de carbono deshidrogenasa de Thermogemmatispora sp. T81 durante la esporulación. Oxidación de hidrógeno molecular (H2; a) y monóxido de carbono (CO; b) a niveles sub-atmosféricos por Thermogemmatispora sp. Cultivos T81. Las barras de error muestran desviaciones estándar de tres réplicas biológicas, con células muertas por calor monitoreadas como control negativo (líneas discontinuas grises). Las relaciones de mezcla de H2 y CO se muestran en una escala logarítmica y las líneas de puntos muestran las relaciones de mezcla atmosféricas medias de H2 (0,53 ppmv) y CO (0.10 ppmv)

El análisis de la distribución de hidrogenasas y monóxido deshidrogenasas de carbono dentro de genomas de referencia públicamente disponibles mostró que la capacidad genética para la eliminación de gases traza es un rasgo común entre los cloroflexi aeróbicos. Específicamente, las hidrogenasas del grupo 1h y las monóxido de carbono deshidrogenasas de tipo I se codificaron en tres de los cuatro genomas de referencia dentro de los Termomicrobiales (clase Cloroflexia) y cuatro de los cinco genomas de referencia dentro de los Ktedonobacteriales (clase Ktedonobacteria) (Fig. 4a, b). Este último incluye los genomas de la bacteria heterotrófica del suelo Ktedonobacter racemifer y el biorreactor oxidante de nitrito aislado Nitrolancea hollandica . Además, siete cepas del orden fotosintético Cloroflexales codificaron el grupo 1f y / o el grupo 2a-hidrogenasas (Figura S4). Se ha demostrado que estas clases de hidrogenasas median la oxidación aeróbica de H2 en una variedad de bacterias, incluso en concentraciones sub atmosféricas en Acidobacterium ailaaui y M. smegmatis, respectivamente . Además, un estudio de metatranscriptomas reveló que los homólogos del grupo 1f-hidrogenasa de especies de Roseiflexus se expresan altamente en esteras microbianas geotérmicas por la noche . Por lo tanto, es probable que los rasgos de la respiración aeróbica de H2 y posiblemente la oxidación atmosférica de H2 se extiendan a las cepas fotosintéticas de este filo. Una gama de genomas ensamblados con metagenomas, incluidos los de la abundante clase candidata Ellin6529, también codifican genes para la oxidación aeróbica de H2 y CO (Figura S4 & S5). De acuerdo con informes anteriores, los dehalococcoidios codifican las hidrogenasas del grupo 1a conocidas por facilitar la deshalorrespiración .

Evolutionary history of the group 1h-hydrogenase and type I carbon monoxide deshidrogenase. Árboles filogenéticos que muestran la distribución y la historia evolutiva de las subunidades catalíticas (grandes) del grupo 1h-hidrogenasa (hhiL; a) y monóxido de carbono deshidrogenasa de tipo I (coxL; b) en el filo Chloroflexi. Chloroflexi secuencias (marcados por clase) se muestran en negrita en contra de secuencias de referencia (marcados por los phylum). Los árboles se construyeron utilizando secuencias de aminoácidos a través del método de máxima verosimilitud (espacios tratados con deleción parcial) y se arrancaron con 100 réplicas. Los árboles fueron enraizados respectivamente con secuencias de hidrogenasa del grupo 1g (WP_011761956.1, WP_048100713.1) y secuencias de monóxido de carbono deshidrogenasa de tipo II (WP_011388721.1, WP_012893108.1). La distribución de otras hidrogenasas de captación respiratoria dentro de los genomas y los genomas ensamblados con metagenomas (MAGs) en el filo Cloroflexi se muestra en la Figura S4. La distribución de monóxido de carbono deshidrogenasas de tipo I dentro de genomas ensamblados con metagenomas (MAGs) en el filo Cloroflexi se muestra en la Figura S5

Nuestros análisis sugieren que la capacidad de oxidación atmosférica de H2 y CO puede haber evolucionado en dos o más ocasiones dentro del Cloroflexi. Los árboles filogenéticos muestran que las hidrogenasas del grupo 1h de la Cloroflexia y las Ktedonobacterias son divergentes y se dividen en dos ramas distintas y robustamente apoyadas (Fig. 4a). Por lo tanto, es más probable que la Cloroflexia y las Ktedonobacterias adquirieran estas enzimas de forma independiente, por ejemplo, como resultado de eventos de transferencia horizontal de genes de otras Terrabacterias, en lugar de heredarlas verticalmente de un ancestro común. El análisis filogenético también sugiere que la monóxido deshidrogenasa de carbono tipo I también puede haber sido adquirida en dos o tres ocasiones en este filo (Fig. 4b). En línea con su probable adquisición independiente, los supuestos operones que codifican la hidrogenasa y el monóxido de carbono deshidrogenasa en T. roseum (Figura S2) y Thermogemmatispora sp. T81 (Figura S3) están claramente organizados. Por ejemplo, los factores estructurales y accesorios de la monóxido deshidrogenasa de carbono están codificados en un solo operón putativo en Thermogemmatispora sp. T81 (coxMSLIG), pero se separan en un operón estructural (coxGSLM) y un operón accesorio (incluidos coxG y coxE) en T. roseum. Estos hallazgos concuerdan con inferencias previas de diseminación horizontal de genes hhyL y coxL y sugieren que existe una fuerte presión selectiva para la adquisición de enzimas metabólicas que apoyan la persistencia. Sin embargo, no se pueden descartar otras explicaciones para sus observaciones y se requiere un análisis adicional para desentrañar las complejas historias evolutivas de las hidrogenasas y monóxido de carbono deshidrogenasas.

Importancia ecológica y biogeoquímica de la flexibilidad metabólica y la oxidación de gases traza en Cloroflexi

Las bacterias heterotróficas aeróbicas del filo Cloroflexi son más versátiles metabólicamente de lo que se pensaba. Los análisis del transcriptoma muestran claramente que T. roseum regula su metabolismo en respuesta a la limitación de nutrientes, lo que permite la persistencia en una combinación de compuestos inorgánicos exógenos y probablemente reservas de carbono endógenas. En apoyo de esto, las mediciones de cromatografía de gases mostraron que la bacteria oxida eficientemente H2 y CO hasta concentraciones sub-atmosféricas durante la persistencia a través de un proceso respiratorio aeróbico. Hicimos hallazgos similares para el aislado de ktedonobacterias Thermogemmatispora sp. T81, sugiriendo que la eliminación de trazas de gas podría ser una estrategia de persistencia común empleada por el cloroflexi aeróbico. Los análisis de la filogenia de la secuencia primaria y la estructura de los operones indican que las hidrogenasas h del grupo 1 y las monóxido deshidrogenasas de carbono dentro de estos organismos caen en diferentes clados y son relativamente divergentes. Por lo tanto, es probable que estos organismos hayan adquirido horizontalmente la capacidad de oxidar el H2 y el CO atmosféricos a través de eventos separados, aunque otras explicaciones son posibles. La convergencia aparente en las estrategias de persistencia es notable dadas las distintas historias evolutivas, morfologías de persistencia (es decir, esporulación en T81) y nichos ecológicos de estas bacterias. Por lo tanto, es probable que el generalismo de recursos sea una estrategia ecológica común para la supervivencia del cloroflexi en ambientes donde el carbono orgánico y otros nutrientes pueden escasear periódicamente.

Más ampliamente, estos hallazgos proporcionan un soporte puro de cultivo para la hipótesis de que el monóxido de carbono atmosférico sirve como fuente de energía para la persistencia . Nuestros hallazgos sugieren que la expresión y actividad de la monóxido deshidrogenasa de carbono está vinculada a la persistencia, y proporcionan evidencia de que el CO atmosférico puede servir como donante de electrones para la cadena respiratoria aeróbica en esta condición. De hecho, al igual que con el H2 atmosférico, es probable que el CO atmosférico sea una fuente de energía confiable para la supervivencia microbiana, dada su ubicuidad, difusibilidad y densidad de energía. Al integrar estos hallazgos con la literatura más amplia, es probable que la cooxidación atmosférica sea una estrategia general que apoye la supervivencia a largo plazo de bacterias heterotróficas aeróbicas. De hecho, se ha inferido previamente que varias bacterias heterotróficas son capaces de oxidar el CO atmosférico, incluidas Proteobacterias, Actinobacterias y una cepa de Thermogemmatispora . Además, otros conjuntos de datos han demostrado que la expresión de monóxido deshidrogenasa de carbono se activa durante la limitación de nutrientes en otros organismos aeróbicos . Sin embargo , a diferencia del H2 atmosférico, queda por validar a través de estudios genéticos y bioquímicos que la oxidación del CO atmosférico puede mejorar la supervivencia de las bacterias durante la persistencia. En línea con mediciones anteriores basadas en la actividad , el análisis del transcriptoma muestra que T. roseum expresa monóxido deshidrogenasa de carbono en niveles altos durante el crecimiento. A diferencia de carboxidótrofos como Oligotropha carboxidovorans, T. el rosa como carboxídoro no puede crecer quimiolitoautótrofo y en su lugar parece usar CO como fuente de energía adicional durante el crecimiento heterótrofo. El amplio rango cinético de la deshidrogenasa de monóxido de carbono de T. roseum en células enteras probablemente permite que este aislado persista en CO atmosférico ubicuamente disponible y crezca mixotróficamente en microambiente donde el CO está disponible en concentraciones elevadas (hasta 6000 ppmv) a través de la actividad geotérmica .

Finalmente, este estudio establece que el Cloroflexi es el tercer filo demostrado experimentalmente para eliminar el H2 atmosférico, después de las Actinobacterias y las Acidobacterias . Los hallazgos realizados aquí son similares a los reportados anteriormente para actinobacterium Mycobacterium smegmatis y acidobacterium Pyrinomonas methylaliphatogenes , los cuales también cambian de respiración heterotrófica a oxidación atmosférica de H2 en respuesta a la limitación de energía, incluso a través de la expresión de hidrogenasas del grupo 1h. Dado al menos otros cuatro filos cultivados (Fig. 4a) y dos filos candidatos también codifican el grupo 1h-hidrogenasas, parece cada vez más probable que el H2 atmosférico sirva como fuente de energía general para bacterias heterótrofas aeróbicas. Esta observación también es potencialmente biogeoquímicamente significativa, dado que se sabe que las bacterias aeróbicas del suelo son el principal sumidero en el ciclo global del hidrógeno . Sin embargo, es necesario seguir trabajando para comprobar si estos principios se extienden a las especies de cloroflexi, aún enigmáticas, que habitan en ambientes de suelo mesófilos.