MicrobiologyMicrobiologyМикробиология0026-36563034-5464The Russian Academy of Sciences69875110.7868/S3034546425060069EXPERIMENTAL ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleSerine Variant of the Reductive Glycine Pathway of CO2 Fixation in the Anaerobic Thermophile Parvivirga hydrogeniphilaСЕРИНОВЫЙ ВАРИАНТ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ГЛИЦИНОВОГО ПУТИ ФИКСАЦИИ СО2 У АНАЭРОБНОГО ТЕРМОФИЛА PARVIVIRGA HYDROGENIPHILAChernykhN. A.ЧерныхН. А.chernyh3@yandex.comRusanovI. I.РусановИ. И.email@example.comPikhterevaV. A.ПихтереваВ. А.email@example.comS.N. Winogradsky Institute of Microbiology, Federal Research Center of Biotechnology, Russian Academy of SciencesИнститут микробиологии им. С.Н. Виноградского, ФИЦ Биотехнологии РАН16122025946VOL 94, NO6 (2025)ТОМ 94, №6 (2025)56557216122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://snv63.ru/0026-3656/article/view/698751

Parvivirga hydrogeniphila Es71-Z01O1 is a thermophilic bacterium capable of anaerobically growing in the range of 25–70°C (optimum 47–60°C) and pH 6.0–8.5 (optimum 6.8–7.2) and using molecular hydrogen or formate as electron donors and Fe(III) as an acceptor. Genomic analysis revealed the presence of genes for the serine branch of the reductive glycine pathway in the absence of glycine reductase genes. Proteomic studies demonstrated increased expression of other key enzymes of this pathway: formate dehydrogenase, methyltetrahydrofolate cyclohydrolase, glycine cleavage system, and serine hydroxymethyltransferase. The rate of autotrophic carbon fixation was 0.357 fmol C/cell day, which is comparable with the rates of known autotrophic microorganisms. The obtained results indicate the functioning of autotrophic CO2 assimilation in P. hydrogeniphila, with the serine variant of the reductive glycine pathway being the most probable. The results of the study contribute to the understanding of the metabolic diversity of anaerobic microorganisms and expand knowledge about the distribution of different carbon fixation mechanisms in microorganisms belonging to new phylogenetic groups.

Parvivirga hydrogeniphila Es71-Z0120 — термофильная бактерия, способная к анаэробному росту в диапазоне 25–70°C (оптимум 47–60°C) и pH 6.0–8.5 (оптимум 6.8–7.2) и использующая молекулярный водород или формиат в качестве доноров электронов, а Fe(III) в качестве акцептора. Геномный анализ выявил наличие генов сериновой ветви восстановительного глицинового пути при отсутствии генов глицинредуктазы. Протеомные исследования продемонстрировали повышенную экспрессию других ключевых ферментов этого пути: формиатдегидрогеназы, метилтетрагидрофолат циклогидролазы, системы расщепления глицина и серингидроксиметилтрансферазы. Скорость автотрофной фиксации углерода составила 0.357 фмоль C/кл. день, что сопоставимо с показателями известных автотрофных микроорганизмов. Полученные результаты указывают на функционирование у P. hydrogeniphila автотрофной ассимиляции CO2, причем наиболее вероятным является сериновый вариант восстановительного глицинового пути. Результаты исследования вносят вклад в понимание метаболического разнообразия анаэробных микроорганизмов и расширяют знания о распространении различных механизмов фиксации углерода у микроорганизмов, принадлежащих к новым филогенетическим группам.

Parvivirga hydrogeniphilareductive glycine pathwayautotrophyCO2 fixationproteomic analysisserine hydroxymethyltransferaseParvivirga hydrogeniphilaвосстановительный глициновый путьавтотрофияфиксация CO2протеомный анализсерингидроксиметилтрансферазаThe main works were carried out with the support of the Russian Science Foundation project No. 24-24-00415.Основные работы выполнены при поддержке проекта РНФ № 24-24-00415.Aziz R.K., Bartels D., Best A.A., DeJongh M., Disz T., Edwards R.A., Formsma K., Gerdes S., Glass E.M., Kubal M. The RAST Server: Rapid Annotations using Subsystems Technology // BMC Genomics. 2008. V. 9. Art. 75. https://doi.org/10.1186/1471-2164-9-75Berg I.A. Ecological aspects of the distribution of different autotrophic CO2 fixation pathways // Appl. Environ. Microbiol. 2011. V. 77. P. 1925–1936. https://doi.org/10.1128/aem.02473-10Bruinsma L., Wenk S., Claassens N.J., Martins Dos Santos V.A.P. Paving the way for synthetic C1-metabolism in Pseudomonas putida through the reductive glycine pathway // Metab. Eng. 2023. V. 76. P. 215–224. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.02.004Claassens N.J., Satanowski A., Bysani V.R., Dronsella B., Orsi E., Rainaldi V., Yilmaz S., Wenk S., Lindner S.N. Engineering the reductive glycine pathway: a promising synthetic metabolism approach for C1-assimilation // Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 2022. V. 180. P. 299–350. https://doi.org/10.1007/10_2021_181Cox J., Neuhauser N., Michalski A., Scheltema R.A., Olsen J.V., Mann M. Andromeda: a peptide search engine integrated into the MaxQuant environment // J. Proteome Res. 2011. V. 10. P. 1794–1805. https://doi.org/10.1021/pr101065jKevbrin V.V., Zavarzin G.A. The influence of sulfur compounds on the growth of halophilic homoacetic bacterium Acetohalobium arabaticum // Microbiology (Moscow). 1992. V. 61. P. 563–571.Khomyakova M.A., Zavarzina D.G., Merkel A.Y., Klyukina A.A., Pikhtereva V.A., Gavrilov S.N., Slobodkin A.I. The first cultivated representatives of the actinobacterial lineage OPB41 isolated from subsurface environments constitute a novel order Anaerosomatales // Front. Microbiol. 2022. V. 13. Art. 1047580. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1047580Kulak N.A., Pichler G., Paron I., Nagaraj N., Mann M. Minimal, encapsulated proteomic-sample processing applied to copy-number estimation in eukaryotic cells // Nat. Methods. 2014. V. 11. P. 319–324. https://doi.org/10.1038/nmeth.2834Mall A., Sobotta J., Huber C., Tschirner C., Kowarschik S., Bačnik K., Mergelsberg M., Boll M., Hügler M., Eisenreich W., Berg I.A. Reversibility of citrate synthase allows autotrophic growth of a thermophilic bacterium // Science. 2018. V. 359. P. 563–567. https://doi.org/10.1126/science. aao2410Sánchez-Andrea I., Guedes I.A., Hornung B., Boeren S., Lawson C.E., Sousa D.Z., Bar-Even A., Claassens N.J., Stams A.J.M. The reductive glycine pathway allows autotrophic growth of Desulfovibrio desulfuricans // Nat. Commun. 2020. V. 11. Art. 5090. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18906-7Sorokin D.Y., Messina E., La Cono V., Ferrer M., Ciordia S., Mena M.C., Toshchakov S.V., Golyshin P.N., Yakimov M.M. Sulfur respiration in a group of facultatively anaerobic natronoarchaea ubiquitous in hypersaline soda lakes // Front. Microbiol. 2018. V. 9. Art. 2359. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02359Tyanova S., Temu T., Cox J. The MaxQuant computational platform for mass spectrometry-based shotgun proteomics // Nat. Protoc. 2016. V. 11. P. 2301–2319. https://doi.org/10.1038/nprot.2016.136Wolin E.A., Wolin M.J., Wolfe R.S. Methane formation by bacterial extracts // J. Biol. Chem. 1963. V. 238. P. 2882–2888.