THERMUS AQUATICUS: VLASTNOSTI, ŽIVOTNÝ CYKLUS, APLIKÁCIE - BIOLÓGIE - 2024

Thermus aquaticus je termofilná baktéria, ktorú objavil Thomas Brock v roku 1967 a nachádza sa v Phylum Deinococcus-Thermus. Je to gramnegatívny, heterotrofný a aeróbny mikroorganizmus, ktorý má tepelnú stabilitu ako vnútornú vlastnosť.

Získava sa z rôznych horúcich prameňov medzi 50 ° C a 80 ° C a pH 6,0 až 10,5 v národnom parku Yellowstone av Kalifornii v Severnej Amerike. Bol tiež izolovaný z umelých termálnych biotopov.

Thermus aquaticus. Baktérie nanesené na 0,22 μm Millipore filter (stupnica = 1 μm).

Predstavuje zdroj tepelne odolných enzýmov, ktoré prežívajú rôzne cykly denaturácie. V tomto kontexte sú proteíny a enzýmy osobitne zaujímavé pre biotechnologický priemysel.

Takto sa enzýmy, ktoré ho tvoria, používajú v genetickom inžinierstve, pri polymerázovej reťazovej reakcii (PCR) a ako vedecký a forenzný výskumný nástroj (Williams and Sharp, 1995).

Všeobecné charakteristiky

Žltý parkový gejzír. Thermus aquaticus bol izolovaný z gejzíru. Zdroj: Pixabay

Je gram negatívny

Thermus aquaticus, keď sa podrobí procesu farbenia podľa Grama, získa sfarbenie fuchsie. Je to tak preto, že stena peptidoglykánu je extrémne tenká, takže v nej nie sú zachytené častice farbiva.

habitat

Táto baktéria je navrhnutá tak, aby odolala extrémne vysokým teplotám. To znamená, že ich prirodzeným biotopom sú miesta na planéte, kde teploty prekračujú 50 ° C.

V tomto zmysle bola táto baktéria izolovaná z gejzírov, najbežnejšou baktériou v Yellowstonskom národnom parku; z horúcich prameňov po celom svete, ako aj z umelého prostredia s horúcou vodou.

Je to aeróbne

To znamená, že Thermus aquaticus je baktéria, ktorá sa musí nachádzať v prostrediach, ktoré jej poskytujú dostupnosť kyslíka, aby mohli vykonávať svoje metabolické procesy.

Je termofilný

Toto je jedna z najreprezentatívnejších charakteristík Thermus aquaticus. Táto baktéria bola izolovaná z miest, kde sú extrémne vysoké teploty.

Thermus aquaticus je veľmi špeciálna a odolná baktéria, pretože pri teplotách, ktoré podporuje, sú bielkoviny vo väčšine živých bytostí denaturované a nezvratne prestávajú plniť svoje funkcie.

Táto baktéria má rastovú teplotu v rozsahu od 40 ° C do 79 ° C, pričom optimálna rastová teplota je 70 ° C.

Je heterotrofný

Táto baktéria, rovnako ako akýkoľvek heterotrofný organizmus, vyžaduje na rozvoj organické látky prítomné v prostredí. Hlavnými zdrojmi organických látok sú baktérie a riasy prítomné v okolí, ako aj v okolitej pôde.

Rozvíja sa v mierne alkalickom prostredí

Optimálne pH, v ktorom sa Thermus aquaticus môže vyvíjať bez toho, aby proteíny, ktoré ho tvoria, strácali svoju funkciu, je medzi 7,5 a 8. Je potrebné si uvedomiť, že 7 na stupnici pH je neutrálne. Nad tým je zásaditá a pod ňou kyslá.

Produkuje veľké množstvo enzýmov

Thermus aquaticus je mikroorganizmus, ktorý bol na experimentálnej úrovni veľmi užitočný kvôli svojej schopnosti žiť v prostrediach s vysokými teplotami.

Prostredníctvom mnohých výskumov sa zistilo, že syntetizuje početné enzýmy, ktoré sa, samozrejme, v iných mikroorganizmoch pri rovnakých teplotách denaturujú a strácajú svoju funkciu.

Enzýmy syntetizované Thermus aquaticus, ktoré boli najviac študované, sú;

• Aldolasse
• Reštrikčný enzým Taq I
• DNA ligáza
• Alkalický fosfát
• Isocitrát dehydrogenáza
• Amylomaltase

Fylogenéza a taxonómia

Tento mikroorganizmus je zostavený podľa klasického prístupu:

• Kráľovstvo: Baktérie
• Phylum: Deinococcus- Thermus
• Trieda: Deinococci
• Objednať: Thermales
• Rodina: Thermaceae
• Rod: Thermus
• Druh: Thermus aquaticus.

morfológia

Baktérie Thermus aquaticus patria do skupiny tyčinkovitých baktérií (bacily). Bunky majú veľkosť približne 4 až 10 mikrónov. Pod mikroskopom sú vidieť veľmi veľké bunky, ako aj malé bunky. Na povrchu buniek nemajú riasenku alebo bičíky.

Bunka Thermus aquaticus má membránu, ktorá sa skladá z troch vrstiev: vnútornej plazmatickej vrstvy, vonkajšej drsnej a strednej vrstvy.

Jednou z rozlišovacích charakteristík tohto typu baktérií je to, že existujú štruktúry, ktoré vyzerajú ako tyčinky vo svojej vnútornej membráne, známe ako rotundárne telieska.

Tieto baktérie tiež obsahujú veľmi málo peptidoglykánov vo svojej bunkovej stene a na rozdiel od gram-pozitívnych baktérií obsahujú lipoproteíny.

Ak sú bunky baktérií vystavené prirodzenému svetlu, môžu zožltnúť, ružové alebo červené. Je to kvôli pigmentom, ktoré sú obsiahnuté v bakteriálnych bunkách.

Genetický materiál sa skladá z jedného kruhového chromozómu, v ktorom je obsiahnutá DNA. Z toho približne 65% tvoria nukleotidy z guanínu a cytozínu, pričom nukleotidy tymínu a adenínu predstavujú 35%.

Životný cyklus

Všeobecne sa baktérie, vrátane T. aquaticus, rozmnožujú asexuálne bunkovým delením. Jeden chromozóm DNA sa začína replikovať; replikuje sa, aby mohol zdediť všetky genetické informácie dcérskym bunkám v dôsledku prítomnosti enzýmu nazývaného DNA polymeráza. Do 20 minút je nový chromozóm kompletný a v bunke sa fixuje.

Rozdelenie pokračuje a po 25 minútach sa začnú duplikovať dva chromozómy. V strede bunky a po 38 minútach sa objaví delenie. Dcérske bunky predstavujú delenie oddelené stenou, ukončujúce asexuálne delenie po 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Štruktúra a metabolizmus buniek

Pretože je to gramnegatívna baktéria, má vonkajšiu membránu (lipoproteínová vrstva) a periplazmu (vodnú membránu), kde sa nachádza peptidoglykán. Neboli pozorované žiadne riasinky alebo bičíky.

Zloženie lipidov týchto termofilných organizmov sa musí prispôsobiť fluktuáciám teploty v kontexte, v ktorom sa vyvíjajú, aby sa zachovala funkčnosť bunkových procesov bez straty chemickej stability potrebnej na zabránenie rozpúšťania pri vysokých teplotách (Ray et al. 1971).

Na druhej strane sa T. aquaticus stal skutočným zdrojom termostabilných enzýmov. Taq DNA polymeráza je enzým, ktorý katalyzuje lýzu substrátu a vytvára dvojitú väzbu, takže súvisí s enzýmami lyázového typu (enzýmy, ktoré katalyzujú uvoľňovanie väzieb).

Keďže pochádza z termofilných baktérií, odoláva dlhým inkubáciám pri vysokých teplotách (Lamble, 2009).

Je potrebné poznamenať, že každý organizmus má na svoju replikáciu DNA polymerázu, ale kvôli svojmu chemickému zloženiu neodoláva vysokým teplotám. Preto je taq DNA polymeráza hlavným enzýmom používaným na amplifikáciu sekvencií ľudského genómu, ako aj genómov iných druhov.

aplikácia

Amplifikujte fragmenty

Tepelná stabilita enzýmu umožňuje jeho použitie v technikách na amplifikáciu fragmentov DNA prostredníctvom replikácie in vitro, ako je napríklad PCR (polymerázová reťazová reakcia) (Mas and Colbs, 2001).

Vyžaduje to počiatočné a konečné priméry (krátka nukleotidová sekvencia, ktorá poskytuje východiskový bod pre syntézu DNA), DNA polymerázu, deoxyribonukleotid trifosfát, tlmivý roztok a katióny.

Reakčná skúmavka so všetkými prvkami sa umiestni do tepelného cyklovača s teplotou medzi 94 a 98 ° C, aby sa DNA rozdelila na jednotlivé vlákna.

Začína sa prevádzka primerov a znovu sa zohrieva medzi 75 - 80 stupňov Celzia. Iniciuje syntézu od 5 'do 3' konca DNA.

Tu je dôležitosť použitia termostabilného enzýmu. Ak by sa použila iná polymeráza, došlo by k jej zničeniu pri extrémnych teplotách potrebných na uskutočnenie procesu.

Kary Mullis a ďalší vedci v spoločnosti Cetus Corporation zistili vylúčenie potreby pridať enzým po každom cykle tepelnej denaturácie DNA. Enzým sa klonoval, modifikoval a produkoval vo veľkých množstvách na komerčný predaj.

Katalyzujú biochemické reakcie

Hydrolýza gluténu pomocou termoaktívnej serínovej peptidázy aqualyzínu 1 z T. aquaticus začína pri výrobe chleba nad 80 ° C.

Týmto sa študuje relatívny príspevok tepelne stabilného lepku na štruktúru strúhanky (Verbauwhede a Colb, 2017).

Degradácia polychlórovaných bifenylových zlúčenín

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. a sp. n., nespojujúci extrémny termofil. 1969. J. Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Svet mikróbov. Redakčný fond pre hospodársku kultúru. Mexiko. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Expresia a štúdium termostabilných enzýmov biotechnologického záujmu Universidad Autónoma de Madrid. DOCTORÁLNA TÉMA Madrid. 2011. K dispozícii na adrese: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R a Rodellar C. Odôvodnenie polymerázovej reťazovej reakcie (PCR). AquaTIC č. 15, november 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradácia polychlórovaných bifenylov (PCB) mikroorganizmami. Acta Universitaria 2005, 15 (máj - august). K dispozícii na redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. Biothecnology Handbooks. Springer Science Business Media, LLC. devätnásť deväťdesiat päť.