Charakterystyka Thermus aquaticus, cykl życia, zastosowania



Thermus aquaticus jest bakterią ciepłolubną, odkrytą przez Thomasa Brocka w 1967 r., znajdującą się w Gromadzie Deinococcus-Thermus. Jest to mikroorganizm gram-ujemny, heterotroficzny i tlenowy, który ma wewnętrzną właściwość stabilności termicznej.

Uzyskuje się ją z różnych gorących źródłach pomiędzy 50 ° C a 80 ° C i pH 6,0 do 10,5, w Yellowstone National Park w Kalifornii i Ameryce Północnej. Stwierdzono również odizolowane od termalnego sztucznego siedliska.

Jest źródłem odpornych na ciepło enzymów, które przetrwają różne cykle denaturacji. W tym kontekście białka i enzymy mają szczególne znaczenie dla przemysłu biotechnologicznego.

W ten sposób enzymy, które go tworzą, są wykorzystywane w inżynierii genetycznej, w reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) oraz jako narzędzie do badań naukowych i kryminalistycznych (Williams i Sharp, 1995).

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
  • 2 Filogeneza i taksonomia
  • 3 Morfologia
  • 4 Cykl życia
  • 5 Struktura komórki i metabolizm
  • 6 Aplikacje
    • 6.1 Fragmenty wzmacniane
    • 6.2 Katalizować reakcje biochemiczne
    • 6.3 Biotechnologia żywności
    • 6.4 Degradacja polichlorowanych związków bifenylowych
  • 7 referencji

Ogólna charakterystyka

Jest gram ujemny

The Thermus aquaticus poddany procesowi barwienia metodą Grama nabiera zabarwienia fuksji. Dzieje się tak, ponieważ ściana peptydoglikanu jest niezwykle cienka, tak że cząsteczki barwnika nie są w niej uwięzione.

Siedlisko

Ta bakteria została zaprojektowana tak, aby wytrzymać ekstremalnie wysokie temperatury. Oznacza to, że jego naturalnym środowiskiem są miejsca na planecie, w których temperatura przekracza 50 ° C.

W tym sensie bakteria ta została wyizolowana z gejzerów, będąc najbardziej popularną w Parku Narodowym Yellowstone; gorących źródeł na całym świecie, a także sztucznych środowisk gorącej wody.

To jest tlenowe

Oznacza to, że Thermus aquaticus To bakteria musi znajdować się w środowiskach, które zapewniają dostępność tlenu do przeprowadzenia procesów metabolicznych.

Jest ciepłolubny

Jest to jedna z najbardziej reprezentatywnych cech Thermus aquaticus. Bakteria ta została wyizolowana z miejsc, w których temperatury są bardzo wysokie.

The Thermus aquaticus Jest to bardzo wyjątkowa i odporna bakteria, ponieważ w temperaturach tak wysokich, jak te, które wspiera, białka w większości żywych organizmów są denaturowane i przestają nieodwracalnie wykonywać swoje funkcje.

Ta bakteria ma temperaturę wzrostu od 40 ° C do 79 ° C, z optymalną temperaturą wzrostu 70 ° C.

On jest heterotroficzny

Podobnie jak każdy organizm heterotroficzny, bakteria ta wymaga rozwoju związków organicznych obecnych w środowisku. Głównymi źródłami materii organicznej są bakterie i glony obecne w otoczeniu, a także gleba wokół.

Rozwija się w lekko zasadowym środowisku

Optymalne pH, przy którym Thermus aquaticus może on rozwijać się bez białek obejmują utratę ich zadaniem jest między 7,5 i 8. Warto pamiętać, że w skali pH 7 jest obojętny. Powyżej jest zasadowe i poniżej kwasu.

Produkuje wiele enzymów

Thermus aquaticus Jest to mikroorganizm bardzo przydatny eksperymentalnie ze względu na jego zdolność do życia w środowiskach o wysokich temperaturach.

Cóż, dzięki licznym badaniom ustalono, że syntetyzuje liczne enzymy, które, co ciekawe, w innych mikroorganizmach, w tych samych temperaturach, denaturują i tracą swoją funkcję.

Enzymy, które syntetyzują Thermus aquaticus co zostało zbadane najbardziej;

  • Aldolaza
  • Enzym restrykcyjny Taq I
  • Ligaza DNA
  • Fosfataza alkaliczna
  • Dehydrogenaza izocytrynianowa
  • Amylomaltaza

Filogeneza i taksonomia

Ten mikroorganizm jest ujęty w klasycznym podejściu:

  • Królestwo: Bakterie
  • Typ: Deinococcus-Thermus
  • Klasa: Deinokoki
  • Zamówienie: Thermales
  • Rodzina: Termaceae
  • Gatunek: Thermus
  • Gatunek: Thermus aquaticus.

Morfologia

Bakteria Thermus aquaticus należy do grupy bakterii w kształcie pręcików (pałeczek). Komórki mają przybliżony rozmiar od 4 do 10 mikronów. W mikroskopie można zobaczyć bardzo duże komórki, a także małe komórki. Brak rzęsek i wici na powierzchni komórki.

Komórka z Thermus aquaticus Posiada membranę, która z kolei składa się z trzech warstw: wewnętrznej plazmy, zewnętrznej o szorstkim wyglądzie i pośredniej..

Jedną z charakterystycznych cech tego typu bakterii jest to, że w jego wewnętrznej membranie znajdują się struktury, które wyglądają jak pręty, znane jako rezonujące ciała..

W ten sam sposób bakterie te zawierają bardzo mało peptydoglikanu w ścianach komórkowych i, w przeciwieństwie do bakterii Gram-dodatnich, zawierają lipoproteiny.

Pod wpływem naturalnego światła komórki bakterii mogą przybrać kolor żółty, różowy lub czerwony. Wynika to z pigmentów zawartych w komórkach bakteryjnych.

Genetyczny materiał składa się z pojedynczej kołowej chromosomu DNA zawartego. Z tego około 65% składa się z nukleotydów guaniny i cytozyny, gdzie nukleotydów adenina i tymina stanowią 35%.

Cykl życia

Ogólnie bakterie, w tym T. aquaticus, rozmnażają się bezpłciowo przez podział komórek. Jedyny chromosom DNA zaczyna się replikować; replikuje się, aby móc odziedziczyć całą informację genetyczną z komórek potomnych, dzięki obecności enzymu zwanego polimerazą DNA. Po 20 minutach nowy chromosom jest kompletny i utrwalony w miejscu w komórce.

Podział trwa i po 25 minutach dwa chromosomy zaczęły się podwajać. Podział pojawia się w środku komórki i po 38 minutach. komórki potomne mają podział oddzielony ścianą, kończąc podział bezpłciowy po 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Struktura komórkowa i metabolizm

Ponieważ jest to bakteria Gram-ujemna, ma błonę zewnętrzną (warstwę lipoproteinową) i peryplazmę (błonę wodną), w której znajduje się peptydoglikan. Nie ma rzęsek, nie obserwuje się wici.

Skład lipidów tych organizmów termofilnych musi dostosować się do wahań temperatury kontekstu, w którym się rozwijają, w celu utrzymania funkcjonalności procesów komórkowych, bez utraty stabilności chemicznej niezbędnej do uniknięcia rozpuszczania w wysokich temperaturach (Ray i in. 1971).

Z drugiej strony T. aquaticus stał się prawdziwym źródłem termostabilnych enzymów. Polimeraza DNA taq jest enzymem, który katalizuje lizę substratu wytwarzającego podwójne wiązanie, a więc jest związana z enzymami typu liazy (enzymy, które katalizują uwalnianie wiązań).

Biorąc pod uwagę, że pochodzi on z bakterii termofilnych, jest odporny na długotrwałe inkubacje w wysokich temperaturach (Lamble, 2009).

Należy zauważyć, że każdy organizm ma polimerazę DNA do replikacji, ale ze względu na swój skład chemiczny nie jest odporny na wysokie temperatury. Dlatego polimeraza DNA taq jest głównym enzymem stosowanym do amplifikacji sekwencji ludzkiego genomu, a także genomów innych gatunków.

Aplikacje

Wzmacniaj fragmenty

Stabilność termiczna enzymu pozwala na zastosowanie go w technikach amplifikacji fragmentów DNA poprzez replikację in vitro, taką jak PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) (Mas i Colbs, 2001).

W tym celu wymagane są początkowe i końcowe startery (krótka sekwencja nukleotydowa, która stanowi punkt wyjścia dla syntezy DNA), polimeraza DNA, deoksyrybonukleotydy trifosforan, bufor i kationy.

Rurka reakcyjna ze wszystkimi elementami jest umieszczona w termocyklerze o temperaturze od 94 do 98 stopni Celsjusza, aby podzielić DNA na proste łańcuchy.

Rozpocznij działanie primerów i powtórne nagrzewanie wystąpi ponownie między 75-80 stopni Celsjusza. Rozpocznij syntezę od końca 5 'do 3' DNA.

Oto znaczenie stosowania enzymu termostabilnego. Gdyby użyto jakiejkolwiek innej polimerazy, zostałaby zniszczona w ekstremalnych temperaturach niezbędnych do przeprowadzenia procesu.

Kary Mullis i inni badacze z Cetus Corporation odkryli wykluczenie konieczności dodawania enzymu po każdym cyklu denaturacji termicznej DNA. Enzym został sklonowany, zmodyfikowany i wyprodukowany w dużych ilościach do sprzedaży komercyjnej.

Katalizują reakcje biochemiczne

Badania termostabilnych enzymów doprowadziły do ​​zastosowania w szerokim zakresie procesów przemysłowych i były przełomem w biologii molekularnej. Z biotechnologicznego punktu widzenia jego enzymy są w stanie katalizować reakcje biochemiczne w ekstremalnych warunkach temperaturowych.

Na przykład, zostały one wdrożone badań w celu opracowania sposobu zarządzania odpadami pióra kurczaka bez użycia potencjalnie zakaźnych mikroorganizmów.

Badaliśmy biodegradację pióra kurzego za pośrednictwem produkcji proteazy keratynolitycznej, co implikuje zastosowanie termofilnych, niepatogennych T. aquaticus (Bhagat, 2012).

Biotechnologia żywności

Hydroliza glutenu przez termoaktywną peptydazę serynową aqualysin1 T. aquaticus rozpoczyna się powyżej 80 ° C w wytwarzaniu chleba.

Z tego względnego udziału termoutwardzalnego glutenu do tekstury chleba (Verbauwhede i Colb, 2017) badano.

Degradacja polichlorowanych związków bifenylowych

Jeśli chodzi o użyteczność w przemyśle, enzymy Thermus aquaticus jako bakterie termofilne są stosowane w degradacji polichlorowanych związków bifenylowych (PCB).

Związki te są stosowane jako czynniki chłodnicze w urządzeniach elektrycznych. Toksyczność jest bardzo szeroka, a jej degradacja jest bardzo powolna (Ruíz, 2005).

Referencje

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. i sp. n., do niesporulującego ekstremalnego termofilu. 1969. J Bacteriol. Tom 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Świat mikrobów. Artykuł wstępny Tło kultury gospodarczej. Meksyk 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Ekspresja i badanie termostabilnych enzymów o znaczeniu biotechnologicznym Autonomiczny Uniwersytet w Madrycie. TEKST DOKTORALNY Madryt. 2011. Dostępny pod adresem: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R i Rodellar C. Podstawa reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). AquaTIC nr 15, listopad 2001 r.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradacja polichlorowanych bifenyli (PCB) przez mikroorganizmy ... University Act [online] 2005, 15 (maj-sierpień). Dostępny na redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus specie. Podręczniki biotechnologiczne. Springer Science Business Media, LLC. 1995.