Twee Chloroflexi klassen onafhankelijk van elkaar ontwikkeld het vermogen om te volharden op de atmosferische waterstof en koolmonoxide

Thermomicrobium roseum upregulates hydrogenase en koolmonoxide dehydrogenase expressie tijdens een gecoördineerd antwoord voedingsstoffen honger

Wij vergeleken de transcriptomes van drievoud T. roseum culturen onder voedselrijke (exponentiële groei) en de voedingsstof-beperkte (de stationaire fase) voorwaarden. Een totaal van 401 genen werden significant verhoogd en 539 genen werden significant verlaagd met minstens een factor twee (p < 10-6) als reactie op nutriëntenbeperking (Fig. 1a; tabel S1). Er werden drie belangrijke trends waargenomen met betrekking tot de verwerving en het gebruik van energie. Ten eerste werden genen geassocieerd met energetisch dure processen, waaronder die welke ribosomale eiwitten coderen, cytochroom C en menaquinon biosynthese enzymen, en het megaplasmid-gecodeerde chemotactische en flagellaire apparaat (tabel S1). Ten tweede waren er aanwijzingen voor de mobilisatie van interne koolstofopslagplaatsen, waaronder een acetoïne-dehydrogenasecomplex en een elektronenoverdrachtflavoproteïnecomplex (ETF). Ten derde geven de expressieprofielen aan dat er sprake is van een uitgebreide remodellering van de ademhalingsketen. Twee primaire respiratoire dehydrogenases betrokken bij heterotrofe groei (type I en II NADH dehydrogenases) werden downregulated, terwijl complexen betrokken bij lithotrofe energieopwekking en een succinaat dehydrogenase werden upregulated (Fig. 1a; tabel S1). In beide omstandigheden werden de terminale oxidasen die aërobe ademhaling bemiddelen sterk uitgedrukt en er was geen bewijs voor het gebruik van andere elektron acceptoren; de cytochroom aa3 oxidase werd uitgedrukt in beide fasen en de alternatieve cytochroom bo3 oxidase werd upregulated tijdens stationaire fase. Daarentegen werd de f1fo-ATPase (ATP synthase) verlaagd, een bevinding die consistent is met een verwachte afname van de beschikbaarheid van respiratoire elektron donoren tijdens nutriëntenbeperking (tabel S1).

differentiële genexpressie van voedingsrijke (exponentiële fase) en nutriënt-beperkte (stationaire fase) culturen van Thermomicrobium roseum. een vulkaan plot die relatieve expressie verandering van genen na voedingsstoffen beperking. De vouw-verandering toont de verhouding van genormaliseerde transcript overvloed van drie stationaire fase culturen gedeeld door drie exponentiële fase culturen (biologische replicaten). Elk gen wordt vertegenwoordigd door een grijze stip en respiratoire genen worden gemarkeerd volgens de legende. B, c warmtekaarten van genormaliseerde abundantie van de vermeende operonen die coderen voor de structurele subeenheden van de groep 1h-hydrogenase (hhyLS; b) en type I koolmonoxide dehydrogenase (coxLSM; c). De gelezen tellingen per kilobase miljoen (RPKM) worden getoond voor drie exponentieel groeiende en drie stationaire fase biologische replicaten. HP = hypothetisch eiwit. d differentiële regeling van de ademhalingscomplexen die aërobe ademhaling van organische en anorganische verbindingen bemiddelen. Complexen zijn verschillend gearceerd afhankelijk van of ze significant upregulated (groen), downregulated (oranje), of onveranderd (grijs) in nutriënt-beperkt in vergelijking met voedingsrijke culturen. Gen namen, loci aantallen, en gemiddelde vouwveranderingen in transcriptome overvloed worden getoond voor elk complex. 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. roseum

Thermomicrobium roseum upreguleert genen geassocieerd met H2 en CO metabolisme onder voedingsbeperkende omstandigheden. De genen die de structurele subeenheden van een groep 1h-hydrogenase (hhyls; trd_1878–1877) coderen , welke een klasse van zuurstof-tolerante enzymen zijn waarvan bekend is dat ze atmosferische H2-oxidatie kunnen bemiddelen , werden gemiddeld 12,6-voudig verhoogd (Fig. 1 ter). Ook upregulated waren de geconserveerde hypothetische eiwitten hhaABC (trd_1876-1874; 5.5-voudig), gecodeerd op hetzelfde veronderstelde operon als de structurele subeenheden, evenals een afzonderlijke veronderstelde operon van rijpingsfactoren (trd_1873-1863; 3.1-voudig) (figuur S2; tabel S1). De structurele (trd_1206–1208) en rijping (trd_1209–1215) subeenheden die coderen voor een type I koolmonoxide dehydrogenase werden gemiddeld tweevoudig verhoogd (Fig. 1c & S2) als reactie op nutriëntenbeperking. In overeenstemming met eerdere meldingen van co-gebruik tijdens de groei van dit organisme , werden de koolmonoxidedehydrogenase-genen sterk uitgedrukt in zowel exponentiële als stationaire-fase-culturen. (Fig. 1c; tabel S1). Dit suggereert dat T. roseum CO gebruikt als aanvulling op de beschikbare organische koolstof tijdens groei (mixotrofie) en persistentie. Deze bevindingen zijn in grote lijnen vergelijkbaar met observaties gemaakt in andere Fyla, met name Actinobacteriën en Proteobacteriën, dat hydrogenase en koolmonoxide dehydrogenase expressie worden veroorzaakt door organische koolstof beperking .

over het geheel genomen betrof het grootste verschil in genexpressie een 19-gencluster (trd_0160–0142) die vermoedelijk betrokken was bij de oxidatie van zwavelverbindingen. De cluster bevat gen coderen van een vermeende oplosbaar heterodisulfide reductase (hdrABC), een elektronen overdracht flavoprotein complex (etfAB), drie zwavel-drager eiwitten (tusA, dsrE1, dsrE2), drie lipoaat-bindende eiwitten (lbpA), en verschillende hypothetische eiwitten, die zijn up gereguleerd door een gemiddelde van 45-voudig tijdens persistentie. De meeste van deze componenten hebben homologen in een systeem dat onlangs is aangetoond om de oxidatie van diverse organische en anorganische zwavelverbindingen in Hyphomicrobium denitrificans te bemiddelen . Een rol van deze cluster kan zijn om de activering en oxidatie van endogene of exogene thiol-bevattende verbindingen te bemiddelen. Om dit te bereiken voorspellen we dat het HDR-complex de vorming van een disulfidebinding katalyseert tussen de thiolverbinding en een zwavel-dragereiwit (bijvoorbeeld TusA); het HDR-complex brengt dan de vrijgekomen elektronen over in de ademhalingsketen, mogelijk via het ETF-complex. Het ondersteunen van dit begrip, is de thioloxidatie aan disulfide exergonic met zuurstof als eindelektronacceptor. Terwijl de HDR-complexen voor hun rollen in heterodisulfidevermindering in methanogenic archaea het best worden gekenmerkt , zijn zij ook bestudeerd in zwavel-oxyderende en sulfaat-verminderende bacteriën, waar zij fysiologisch omkeerbaar zijn voorspeld . Consequent is het HDR-complex van T. roseum het nauwst verwant aan die van zwavel-oxiderende Sulfobacillus -, Hyphomicrobium-en Acidithiobacillus-stammen . Het lijkt aannemelijk dat T. roseum zou profiteren van een overlevingsvoordeel als het verminderde zwavelverbindingen die beschikbaar zijn in geothermische bronnen kan benutten. Er is echter verder werk nodig om de activiteit, substraten en fysiologische rol van dit systeem te verifiëren.

gezamenlijk tonen deze bevindingen aan dat T. roseum metabolischer flexibel is dan eerder werd gedacht. Fig. 1d illustreert de voorspelde remodellering van de ademhalingsketen die optreedt tijdens de overgang van nutriëntenrijke naar nutriëntenarme omstandigheden. De upregulation van enzymen betrokken bij het benutten van anorganische samenstellingen, in combinatie met de downregulation van genclusters betrokken bij NADH oxidatie, stelt voor dat T. roseum heeft mechanismen ontwikkeld om de aërobe ademhaling te handhaven ondanks voedingsfluctuaties en ontbering in zijn omgeving.

T. roseum oxideert H2 en CO aeroob bij een breed scala van concentraties, waaronder subatmosferische niveaus, tijdens persistentie

de hoge expressiewaarden voor genen die coderen voor de groep 1h-hydrogenase en type I koolmonoxide dehydrogenase suggereerden dat T. roseum de persistentie kan ondersteunen door oxidatie van atmosferische H2 en CO. Om dit te testen, incubeerden we voedingsarme culturen van T. roseum in een luchtruimte aangevuld met ~14 ppmv van ofwel H2 of CO en gecontroleerd hun verbruik met behulp van gaschromatografie. In overeenstemming met onze hypothese, culturen aeroob geoxideerd beide gassen in een eerste orde kinetisch proces; binnen 71 uur, mengverhoudingen van deze gassen (103 ppbv H2, 22 PPBV CO) waren vijf keer onder de atmosferische niveaus (Fig. 2a, b). Dit vormt de eerste waarneming van zowel aërobe H2-ademhaling als atmosferische H2-oxidatie binnen het phylum Chloroflexi.

Hydrogenase en koolmonoxide dehydrogenase activiteit van Thermomicrobium Roseum culturen tijdens nutriënt beperking. A, b oxidatie van moleculaire waterstof (H2; a) en koolmonoxide (CO; b) tot subatmosfeer niveaus door T. roseum culturen. Foutbalken vertonen standaarddeviaties van drie biologische replicaten, waarbij warmte-gedode cellen als negatieve controle worden gecontroleerd (grijze streepjes). Mengverhoudingen van H2 en CO worden weergegeven op een logaritmische schaal en stippellijnen tonen de gemiddelde atmosferische mengverhoudingen van H2 (0,53 ppmv) en CO (0,10 ppmv). C, D schijnbare kinetische parameters van H2 (c) en CO (d) oxidatie door T. roseum hele cellen. Curves van best fit en kinetische parameters werden berekend op basis van een Michaelis–Menten niet-lineair regressiemodel. De waarden die zijn berekend op basis van de percelen Lineweaver-Burk, Hanes-Woolf en Eadie-Hofstee zijn weergegeven in Tabel S2. e Zymographic observation of hydrogenase and carbon monoxide dehydrogenase activity in T. roseum whole-cell lysates. De eerste twee rijstroken tonen proteïne ladder en hele proteïne gekleurd met Coomassie blauw. De derde en vierde rijstroken tonen hydrogenase en koolmonoxide dehydrogenase activiteit gekleurd met de kunstmatige elektron acceptor nitrobluetrazolium in een H2-rijke en CO-rijke atmosfeer respectievelijk. f amperometrische metingen van hydrogenase activiteit in T. roseum hele cellen. De snelheid van H2-oxidatie werd gemeten met een waterstofelektrode voor en na behandeling met de respiratoire ontkoppelaars en ionoforen carbonylcyanide m-chloorfenyl hydrazine (CCCP), nigericine en valinomycine

kinetische metingen van hele cellen toonden aan dat T. roseum oxideert efficiënt H2 en CO over een breed scala van concentraties door hydrogenase en koolmonoxide dehydrogenase activiteit. In culturen vertonen de enzymen een matige schijnbare snelheid (vmax app van 376 nmol H2 en 149 nmol CO g−1 van eiwit min−1) en matige schijnbare affiniteit (Km app van 569 nM H2 en 285 nM CO) voor deze substraten (Fig. 2c, d; tabel S2). Met betrekking tot koolmonoxide dehydrogenase komen deze waarnemingen overeen met het feit dat het organisme CO bij verhoogde concentraties voor groei en atmosferische concentraties voor persistentie kan gebruiken. De schijnbare kinetische parameters van de groep 1h-hydrogenase lijken meer op die welke onlangs zijn beschreven voor de verrucomicrobiële methanotroph methylacidiphilum fumariolicum (Km = 600 nM) dan op de hydrogenasen met hoge affiniteit en lage activiteit van eerder beschreven atmosferische H2-aaseters (Km < 50 nM) . Al met al suggereren Deze bevindingen dat T. roseum gebruik kan maken van de verhoogde H2-en CO-concentraties wanneer deze beschikbaar zijn door geothermische activiteit en anders kan blijven bestaan op atmosferische concentraties van deze gassen.

Consistent met de waargenomen activiteit van hele cellen, lopen cel-lysaten op inheemse polyacrylamidegelen die sterk gekleurd zijn voor hydrogenase-en koolmonoxidedehydrogenase-activiteit (Fig. 2e). Het molecuulgewicht van de belangrijkste banden lag respectievelijk bij het verwachte molecuulgewicht voor een koolmonoxidedehydrogenase-dimeer en iets onder het verwachte molecuulgewicht van een hydrogenase-dimeer . Dit is compatibel met biochemisch onderzoek bij andere organismen waarbij type I koolmonoxidedehydrogenasen zijn aangetoond en groep 1h-hydrogenasen homodimers vormen . Vervolgens verifieerden we dat de hydrogenase gekoppeld was aan de ademhalingsketen door H2 oxidatie te meten met behulp van een H2 elektrode onder aerobe omstandigheden. Onbehandelde cellen oxideren H2 snel. Deze activiteit nam 2,5 maal af bij toevoeging van de respiratoire UNCOUPLER CCCP en stopte bij toevoeging van de ionofoor valinomycine, terwijl er geen significante verandering in de H2-oxidatiesnelheid waarneembaar was met de protonofoor nigericine (Fig. 2f). De combinatie van deze resultaten suggereert dat de oxidatie van waterstof nauw is gekoppeld aan de ademhalingsketen en deze interactie kan worden gekoppeld aan de elektrische gradiënt (Δψ), maar niet pH gradiënt (ΔpH), van het membraan.

bevindingen uit de transcriptoomanalyse en activiteitsstudies suggereren daarom dat T. roseum blijft bestaan door oxidatie van atmosferische H2 en CO. Wij stellen voor dat de groep 1h-hydrogenase en type I koolmonoxide dehydrogenase direct elektronen uit atmosferische H2 en CO gebruiken om aërobe ademhaling te ondersteunen (Fig. 1d). Het is waarschijnlijk dat deze elektronen via elektronendragers naar de menaquinonpoel worden geleid en vervolgens naar de terminale oxidasen worden overgebracht. Nochtans, zijn verdere studies nodig om te bevestigen hoe deze proteã nen functioneel en fysiek met de ademhalingsketen in wisselwerking staan, met inbegrip van hun lokalisatie en met welke elektronendragers zij in wisselwerking staan. Door de genetische onbehandelbaarheid van Chloroflexi en het ontbreken van specifieke hydrogenase-of koolmonoxidedehydrogenase-inhibitors konden we ook niet bepalen of H2-of CO-oxidatie nodig was voor een langere overleving van dit organisme. Nochtans, hebben vorige studies aangetoond dat de genetische schrapping van de groep 1h-hydrogenase lange levensduur van M. smegmatis cellen en Streptomyces avermitilis exosporen vermindert .

het opruimen van atmosferische gassen is mogelijk een veel voorkomende persistentiestrategie binnen het aerobe heterotrofe Chloorlexi

nadat is aangetoond dat T. roseum oxideert atmosferische sporengassen tijdens persistentie, vervolgens hebben we onderzocht of dit een gemeenschappelijke strategie is die wordt toegepast door de Chloroflexi. We analyseerden eerst de ademhalingsmogelijkheden van Thermogemmatispora sp. T81, een heterotrofe cellulolytische en sporulerende thermofiel, die we eerder geïsoleerd uit geothermische bodems uit Tikitere, Nieuw-Zeeland . Analyse van het genoom van het organisme (assemblage ID: GCA_003268475.1) gaf aan dat het codeert kern respiratoire keten componenten vergelijkbaar met T. roseum, met inbegrip van primaire dehydrogenasen (nuo, ndh, sdh), terminale oxidasen (cox, cyo), en ATP synthase (atp). Het genoom codeert ook vermeende operonen voor de structurele subeenheden van een groep 1h-hydrogenase, de rijpingsfactoren van deze hydrogenase, en structurele subeenheden van een type I koolmonoxide dehydrogenase (figuur S3). Echter, homologen van de vermeende heterodisulfide reductase en ETF complexen gecodeerd door T. roseum zijn afwezig in de Thermogemmatispora sp. T81 genoom.

we verifieerden dat sporulerende culturen van Thermogemmatispora sp. T81 actief verbruikt H2 en CO. Het organisme oxideerde de beschikbare H2 en CO in de hoofdruimte langzaam tot onder atmosferische niveaus (120 ppbv H2, 70 PPBV CO) over ~320 h (Fig. 3a, b). Hoewel eerder is aangetoond dat deze stam koolmonoxide oxideert , is dit de eerste waarneming dat hij dit kan doen bij subatmosferische concentraties en bij persistentie. Deze resultaten suggereren dat, ondanks hun verschillende evolutionaire geschiedenissen en ecologische niches, Thermogemmatispora sp. T81 en T. roseum hebben beide geëvolueerd soortgelijke metabole strategieën om voedingsstoffen beperking te overleven.

Hydrogenase en koolmonoxide dehydrogenase activiteit van Thermogemmatispora sp. T81 tijdens sporulatie. Oxidatie van moleculaire waterstof (H2; a) en koolmonoxide (CO; b) tot onder atmosferische niveaus door Thermogemmatispora sp. T81 culturen. Foutbalken vertonen standaarddeviaties van drie biologische replicaten, waarbij warmte-gedode cellen als negatieve controle worden gecontroleerd (grijze streepjes). Mengverhoudingen van H2 en CO worden weergegeven op een logaritmische schaal en stippellijnen tonen de gemiddelde atmosferische mengverhoudingen van H2 (0,53 ppmv) en CO (0.10 ppmv)

analyse van de verdeling van hydrogenasen en koolmonoxidedehydrogenasen binnen publiek beschikbare referentiegenomen toonde aan dat de genetische capaciteit voor het opvangen van sporengas een veelvoorkomende eigenschap is bij aërobe Chloroflexi. In het bijzonder werden groep 1h-hydrogenasen en type I koolmonoxidedehydrogenasen gecodeerd in drie van de vier referentie genomen binnen de Thermomicrobiales (Klasse Chloroflexie) en vier van de vijf referentie genomen binnen de Ktedonobacteriales (klasse Ktedonobacteria) (Fig. 4a, b). Dit laatste omvat de genomen van de heterotrofe bodembacterie Ktedonobacter racemifer en het nitriet-oxiderende bioreactor-isolaat Nitrolancea hollandica . Bovendien codeerden zeven stammen binnen de fotosynthetische orde Chloroflexales groep 1f en / of groep 2a-hydrogenasen (figuur S4). Van deze hydrogenaseklassen is aangetoond dat ze aërobe H2-oxidatie in een reeks bacteriën bemiddelen, waaronder subatmosferische concentraties in respectievelijk Acidobacterium ailaaui en M. smegmatis . Bovendien bleek uit een metatranscriptoomstudie dat homologen van de groep 1F-hydrogenase van Roseiflexus-species ‘ s nachts sterk tot expressie komen in geothermische microbiële matten . Daarom is het waarschijnlijk dat de eigenschappen van aërobe H2-ademhaling en mogelijk atmosferische H2-oxidatie zich uitstrekken tot de fotosynthetische stammen van deze phylum. Een reeks metagenoom-geassembleerde genomen, waaronder van de overvloedige kandidaatklasse Ellin6529, codeerde ook genen voor aërobe H2-en CO-oxidatie (figuur S4 & S5). In overeenstemming met eerdere meldingen coderen dehalococcoidia groep 1a-hydrogenasen waarvan bekend is dat ze dehalorespiratie vergemakkelijken .

evolutionaire geschiedenis van de groep 1h-hydrogenase en type I koolmonoxide dehydrogenase. Fylogenetische bomen die de verspreiding en evolutionaire geschiedenis van de katalytische (grote) subeenheden van de groep 1h-hydrogenase (hhyL; a) en type I koolmonoxide dehydrogenase (coxL; b) in de phylum Chloroflexi tonen. Chloroflexi-sequenties (gekenmerkt door klasse) worden vetgedrukt weergegeven tegen referentiesequenties (gekenmerkt door phylum). Bomen werden gebouwd met behulp van aminozuursequenties door middel van de maximale waarschijnlijkheid methode (gaten behandeld met gedeeltelijke deletie) en werden bootstrapped met 100 replicaten. De bomen werden respectievelijk geworteld met groep 1g-hydrogenase sequenties (WP_011761956.1, WP_048100713.1) en type II koolmonoxide dehydrogenase sequenties (WP_011388721.1, WP_012893108.1). De verdeling van andere hydrogenasen van de opname van de luchtwegen binnen genomen en metagenoom-geassembleerde genomen (MAGs) in het phylum Chloroflexi is weergegeven in Figuur S4. De verdeling van koolmonoxidedehydrogenasen van type I binnen metagenoom-geassembleerde genomen (MAGs) in het phylum Chloroflexi is weergegeven in Figuur S5.

onze analyses suggereren dat de capaciteit voor atmosferische H2-en CO-oxidatie bij twee of meer gelegenheden in de Chloroflexi is geëvolueerd. Fylogenetische bomen tonen aan dat de groep 1h-hydrogenasen uit Chloroflexie en Ktedonobacteriën uiteenlopen en in twee verschillende, robuust ondersteunde takken vallen (Fig. 4a). Het is daarom waarschijnlijker dat Chloroflexia en Ktedonobacteria onafhankelijk deze enzymen verwierven, bijvoorbeeld als resultaat van horizontale gebeurtenissen van de genoverdracht van andere Terrabacteria, eerder dan verticaal hen van een gemeenschappelijke voorouder te erven. Fylogenetische analyse suggereert ook dat het type I koolmonoxide dehydrogenase ook bij twee of drie gelegenheden in dit phylum is verkregen (Fig. 4b). In lijn met hun vermoedelijke onafhankelijke acquisitie, de vermeende operonen coderen de hydrogenase en koolmonoxide dehydrogenase in T. roseum (figuur S2) en Thermogemmatispora sp. T81 (figuur S3) zijn duidelijk georganiseerd. Bijvoorbeeld, de structurele en bijkomende factoren van koolmonoxide dehydrogenase worden gecodeerd in een enkele vermeende operon in Thermogemmatispora sp. T81 (coxMSLIG), maar zijn gescheiden in een structureel operon (coxGSLM) en accessoire operon (inclusief coxG en coxE) in T. roseum. Deze bevindingen komen overeen met eerdere gevolgtrekkingen van horizontale verspreiding van hhyl-en coxL-genen en suggereren dat er een sterke selectieve druk is voor de verwerving van metabole enzymen die persistentie ondersteunen. Andere verklaringen voor hun waarnemingen kunnen echter niet worden uitgesloten en verdere analyse is nodig om de complexe evolutionaire geschiedenis van hydrogenasen en koolmonoxidedehydrogenasen te ontrafelen.

ecologische en biogeochemische betekenis van metabole flexibiliteit en spoorgasoxidatie in Chloroflexi

aërobe heterotrofe bacteriën uit het phylum Chloroflexi zijn metabolischer veelzijdig dan eerder werd gedacht. De transcriptoomanalyses tonen duidelijk aan dat T. roseum zijn metabolisme reguleert als reactie op nutriëntenbeperking, waardoor persistentie mogelijk wordt op een combinatie van exogene anorganische verbindingen en waarschijnlijk endogene koolstofreserves. Ter ondersteuning hiervan hebben gaschromatografiemetingen aangetoond dat de bacterie H2 en CO tijdens persistentie efficiënt oxideert tot subatmosferische concentraties via een aërobe respiratoire procedure. We hebben vergelijkbare bevindingen gedaan voor het ktedonobacteriële isolaat Thermogemmatispora sp. T81, wat suggereert dat het opruimen van sporengas een gemeenschappelijke persistentiestrategie kan zijn die wordt gebruikt door aërobe Chloroflexi. Analyses van de primaire sequentie fylogenie en operonstructuur geven aan dat de groep 1 h-hydrogenasen en koolmonoxide dehydrogenasen binnen deze organismen in verschillende klassen vallen en relatief uiteenlopen. Daarom is het waarschijnlijk dat deze organismen horizontaal de capaciteit hebben verworven om atmosferische H2 en CO via afzonderlijke gebeurtenissen te oxideren, hoewel andere verklaringen mogelijk zijn. De schijnbare convergentie in persistentiestrategieën is opmerkelijk gezien de verschillende evolutionaire geschiedenissen, persistentiemorfologieën (d.w.z., sporulatie in T81), en ecologische niches van deze bacteriën. Het generaliseren van hulpbronnen is daarom waarschijnlijk een gemeenschappelijke ecologische strategie voor het overleven van Chloroflexi in omgevingen waar organische koolstof en andere nutriënten periodiek schaars kunnen zijn.

meer in het algemeen geven deze bevindingen steun aan de hypothese dat atmosferische koolmonoxide als energiebron voor persistentie dient . Onze bevindingen suggereren dat de expressie en activiteit van koolmonoxide dehydrogenase is gekoppeld aan persistentie, en leveren bewijs dat atmosferische CO kan dienen als een elektrondonor voor de aërobe respiratoire keten in deze toestand. Net als bij atmosferische H2 is atmosferische CO waarschijnlijk een betrouwbare energiebron voor microbiële overleving gezien zijn alomtegenwoordigheid, diffusibiliteit en energiedichtheid. Door deze bevindingen te integreren met de bredere literatuur, is het waarschijnlijk dat atmosferische CO-oxidatie een algemene strategie is die de overleving op lange termijn van aërobe heterotrofe bacteriën ondersteunt. Verschillende heterotrofe bacteriën zijn eerder afgeleid om atmosferische CO te kunnen oxideren, waaronder Proteobacteriën, Actinobacteriën en een thermogemmatispora-stam . Bovendien hebben andere datasets aangetoond dat de expressie van koolmonoxide-dehydrogenase wordt geactiveerd tijdens de beperking van nutriënten in andere aërobe organismen . Echter, in tegenstelling tot atmosferische H2 , moet nog worden gevalideerd door middel van genetische en biochemische studies dat atmosferische CO-oxidatie de overleving van bacteriën tijdens persistentie kan verbeteren. In lijn met eerdere activiteitsgebaseerde metingen toont de transcriptoomanalyse aan dat T. roseum tijdens de groei koolmonoxide dehydrogenase op hoge niveaus uitdrukt. In tegenstelling tot carboxydotrophs zoals Oligotrophacarboxidovorans, T. roseum als carboxydovore kan chemolithoautotroop niet groeien en lijkt in plaats daarvan CO als extra energiebron te gebruiken tijdens heterotrofe groei. Het brede kinetische bereik van de T. roseum koolmonoxide dehydrogenase in hele cellen maakt het waarschijnlijk mogelijk dat dit isolaat zowel blijft bestaan op alom aanwezig atmosferisch CO als mixotroop groeit in micro-omgevingen waar CO beschikbaar is in verhoogde concentraties (tot 6000 ppmv) door geothermische activiteit .

ten slotte wordt in deze studie vastgesteld dat Chloroflexi het derde phylum is dat experimenteel is aangetoond atmosferische H2 te verwijderen, na de Actinobacteriën en Acidobacteriën . De bevindingen die hier worden gedaan zijn vergelijkbaar met die eerder gerapporteerd voor actinobacterium Mycobacterium smegmatis en acidobacterium Pyrinomonas methylaliphatogenes , die beide ook verschuiven van heterotrofe ademhaling naar atmosferische H2-oxidatie als reactie op energiebeperking, inclusief door expressie van groep 1h-hydrogenases. Ten minste vier andere gekweekte Fyla (Fig. 4a) en twee kandidaatfyla coderen ook Groep 1h-hydrogenasen, het lijkt steeds waarschijnlijker dat atmosferische H2 dient als algemene energiebron voor aërobe heterotrofe bacteriën. Deze observatie is ook potentieel biogeochemisch significant, aangezien aërobe bodembacteriën bekend zijn als de belangrijkste sink in de wereldwijde waterstofcyclus . Verder onderzoek is echter nodig om te testen of deze principes zich uitstrekken tot de nog raadselachtige Chloroflexi-soorten die in mesofiele bodemmilieus leven.