THERMUS AQUATICUS: EGENSKABER, LIVSCYKLUS, ANVENDELSER - BIOLOGI - 2025

Thermus aquaticus er en termofil bakterie, opdaget af Thomas Brock i 1967, beliggende i Phylum Deinococcus-Thermus. Det er en gramnegativ, heterotrofisk og aerob mikroorganisme, der har termisk stabilitet som en indre egenskab.

Det opnås fra en række varme kilder mellem 50 ° C og 80 ° C og pH 6,0 til 10,5 i Yellowstone National Park og i Californien i Nordamerika. Det er også blevet isoleret fra kunstige termiske levesteder.

Thermus aquaticus. Bakterier deponeret på et 0,22 um Millipore-filter (skala = 1 um).

Det udgør en kilde til varmebestandige enzymer, der overlever de forskellige denatureringscyklusser. I denne sammenhæng er proteiner og enzymer af særlig interesse for bioteknologisektoren.

Sådan bruges enzymerne, der komponerer det i genteknologi, i polymerasekædereaktion (PCR) og som et videnskabeligt og retsmedicinsk undersøgelsesværktøj (Williams og Sharp, 1995).

Generelle karakteristika

Yellowstone Park Geyser. Thermus aquaticus blev isoleret fra en gejser. Kilde: Pixabay

Det er gramnegativt

Når den udsættes for Gram-farvning, får Thermus aquaticus en fuchsia-farve. Dette skyldes, at peptidoglycanvæggen er ekstremt tynd, så farvestofpartiklerne ikke bliver fanget i den.

Habitat

Denne bakterie er designet til at modstå ekstremt høje temperaturer. Dette indebærer, at deres naturlige levested er steder på planeten, hvor temperaturerne overstiger 50 ° C.

I denne forstand er denne bakterie blevet isoleret fra gejsere, den mest almindelige er dem i Yellowstone National Park; fra varme kilder rundt om i verden såvel som fra kunstige varmt vandmiljøer.

Det er aerobt

Dette betyder, at Thermus aquaticus er en bakterie og nødvendigvis skal være i miljøer, der giver den ilttilgængelighed for at udføre dens metabolske processer.

Er termofil

Dette er en af ​​de mest repræsentative egenskaber ved Thermus aquaticus. Denne bakterie er blevet isoleret fra steder, hvor temperaturerne er ekstremt høje.

Thermus aquaticus er en meget speciel og resistent bakterie, da proteinerne i de fleste levende væsener ved så høje temperaturer som dem understøtter denatureres og ophører med at udføre deres funktioner.

Denne bakterie har en væksttemperatur, der spænder fra 40 ° C til 79 ° C, hvor den optimale væksttemperatur er 70 ° C.

Det er heterotrofisk

Som enhver heterotrof organisme kræver denne bakterie organiske forbindelser til stede i miljøet for at udvikle sig. De vigtigste kilder til organisk stof er bakterier og alger til stede i omgivelserne såvel som den omgivende jord.

Det trives i let alkaliske miljøer

Den optimale pH, hvor Thermus aquaticus kan udvikle sig, uden at proteinerne, der indeholder det, mister deres funktion er mellem 7,5 og 8. Det er værd at huske, at 7 på pH-skalaen er neutral. Over dette er det basisk og under det surt.

Producerer et stort antal enzymer

Thermus aquaticus er en mikroorganisme, der har været meget nyttig på eksperimentelt niveau på grund af dens evne til at leve i miljøer med høje temperaturer.

Tja, gennem adskillige undersøgelser er det blevet bestemt, at det syntetiserer adskillige enzymer, som underligt under andre mikroorganismer ved de samme temperaturer bliver denatureret og mister deres funktion.

De enzymer, der er syntetiseret af Thermus aquaticus, der er mest undersøgt, er;

• Aldolasse
• Taq I-restriktionsenzym
• DNA-ligase
• Alkalisk phosphatase
• Isocitrat dehydrogenase
• amylomaltase

Filogeni og taksonomi

Denne mikroorganisme er indrammet under den klassiske tilgang:

• Rige: Bakterier
• Filum: Deinococcus-Thermus
• Klasse: Deinococci
• Ordre: Thermales
• Familie: Thermaceae
• Slægt: Thermus
• Art: Thermus aquaticus.

Morfologi

Bakterien Thermus aquaticus tilhører gruppen af ​​stavformede bakterier (baciller). Cellerne er ca. 4 til 10 mikrometer i størrelse. Meget store celler kan ses under mikroskopet såvel som små celler. De har ikke cilia eller flagella på celleoverfladen.

Thermus aquaticus-cellen har en membran, der igen består af tre lag: et internt plasmalag, et eksternt groft udseende og et mellemlag.

Et af de karakteristiske træk ved denne type bakterier er, at der er strukturer, der ligner stænger i dens indre membran, der er kendt som rotundlegemer.

Ligeledes indeholder disse bakterier meget lidt peptidoglycan i deres cellevæg, og i modsætning til gram-positive bakterier indeholder de lipoproteiner.

Når de udsættes for naturligt lys, kan bakteriens celler blive gul, lyserød eller rød. Dette skyldes de pigmenter, der er indeholdt i bakteriecellerne.

Det genetiske materiale består af et enkelt cirkulært kromosom, hvori DNA er indeholdt. Af dette består ca. 65% af Guanine og Cytosin-nukleotider, hvor Thymine og Adenine-nukleotider repræsenterer 35%.

Livscyklus

Generelt reproducerer bakterier, inklusive T. aquaticus, useksuelt ved celledeling. Det enkelte DNA-kromosom begynder at replikere; den gentages for at være i stand til at arve al den genetiske information til dattercellerne på grund af tilstedeværelsen af ​​enzymet kaldet DNA-polymerase. Inden for 20 minutter er det nye kromosom komplet og har fastgjort på plads i cellen.

Opdelingen fortsætter, og efter 25 minutter er de to kromosomer begyndt at duplikere. En opdeling vises i midten af ​​cellen og ved 38 min. dattercellerne præsenterer opdelingen adskilt af en væg, hvor den aseksuelle opdeling afsluttes 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Cellestruktur og stofskifte

Da det er en gram-negativ bakterie, har den en ydre membran (lipoproteinlag) og periplasm (vandig membran), hvor peptidoglycan er placeret. Ingen cilia eller flagella observeres.

Sammensætningen af ​​lipiderne i disse termofile organismer skal tilpasse sig udsving i temperaturen i den kontekst, hvor de udvikler sig, for at bevare funktionaliteten af ​​de cellulære processer uden at miste den kemiske stabilitet, der er nødvendig for at undgå opløsning ved høje temperaturer (Ray et al. 1971).

På den anden side er T. aquaticus blevet en sand kilde til termostabile enzymer. Taq DNA-polymerase er et enzym, der katalyserer lyseringen af ​​et substrat ved at generere en dobbeltbinding, så det er relateret til lyasetypenzymer (enzymer, der katalyserer frigørelsen af ​​bindinger).

Da den kommer fra en termofile bakterier, modstår den lange inkubationer ved høje temperaturer (Lamble, 2009).

Det skal bemærkes, at hver organisme har DNA-polymerase til dens replikation, men på grund af dens kemiske sammensætning modstår den ikke høje temperaturer. Derfor er taq DNA-polymerase det vigtigste enzym, der bruges til at amplificere sekvenser af det humane genom såvel som genomer fra andre arter.

Applikationer

Forstærk fragmenter

Enzymens termiske stabilitet gør det muligt at anvende det i teknikker til at amplificere DNA-fragmenter gennem in vitro-replikation, såsom PCR (polymerasekædereaktion) (Mas og Colbs, 2001).

Dette kræver indledende og afsluttende primere (kort nukleotidsekvens, der tilvejebringer et udgangspunkt for DNA-syntese), DNA-polymerase, deoxyribonucleotid-triphosphat, pufferopløsning og kationer.

Reaktionsrøret med alle elementerne anbringes i en termisk cycler mellem 94 og 98 grader Celsius for at opdele DNA'et i enkeltstrenge.

Primernes ydeevne begynder, og genopvarmning sker igen mellem 75-80 grader celsius. Initierer syntese fra 5 ′ til 3 ′ ende af DNA.

Her er vigtigheden af ​​at bruge det termostabile enzym. Hvis der blev anvendt nogen anden polymerase, ville den blive ødelagt under de ekstreme temperaturer, der var nødvendige for at udføre processen.

Kary Mullis og andre forskere ved Cetus Corporation fandt udelukkelsen af ​​behovet for at tilføje enzym efter hver cyklus af termisk denaturering af DNA. Enzymet blev klonet, modificeret og produceret i store mængder til kommercielt salg.

Katalysere biokemiske reaktioner

Hydrolysen af ​​gluten ved den termoaktive serin peptidase aqualysin1 fra T. aquaticus begynder over 80 ° C i brødfremstilling.

Dermed studeres det relative bidrag fra varmestabil gluten til tekstur i brødskrummen (Verbauwhede og Colb, 2017).

Nedbrydning af polychlorerede biphenylforbindelser

1. Brock, TD., Frys H. Thermus aquaticus gen. n. og sp. n., en ikke-forspændende ekstrem termofil. 1969. J Bacteriol. Bind 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. En verden af ​​mikrober. Redaktionel fond for økonomisk kultur. Mexico. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Ekspression og undersøgelse af termostabile enzymer af bioteknologisk interesse Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORAL TESIS Madrid. 2011. Tilgængelig på: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R og Rodellar C. Begrundelse for polymerasekædereaktionen (PCR). AquaTIC nr. 15, november 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Bionedbrydning af polyklorerede bifenyler (PCB) af mikroorganismer.. Acta Universitaria 2005, 15 (maj-august). Fås på redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. Biothecnology-håndbøger. Springer Science Business Media, LLC. nitten femoghalvfems.