Značajke Thermus aquaticus, životni ciklus, primjene



Thermus aquaticus je termofilna bakterija, koju je otkrio Thomas Brock 1967., a nalazi se u Phylum Deinococcus-Thermus. Radi se o gram-negativnom, heterotrofnom i aerobnom mikroorganizmu, koji kao svojstveno svojstvo ima toplinsku stabilnost.

Dobiva se iz različitih termalnih izvora između 50 ° C i 80 ° C, i pH 6,0 do 10,5, u Nacionalnom parku Yellowstone iu Kaliforniji Sjeverne Amerike. Također je izolirana iz umjetnih termalnih staništa.

To je izvor enzima otpornih na toplinu, koji preživljavaju različite cikluse denaturacije. U tom kontekstu, proteini i enzimi su od posebnog interesa za biotehnološku industriju.

Tako se enzimi koji ga čine koriste u genetičkom inženjerstvu, u lančanoj reakciji polimeraze (PCR), te kao alat za znanstvena i forenzička istraživanja (Williams i Sharp, 1995)..

indeks

  • 1 Opće karakteristike
  • 2 Filogenija i taksonomija
  • 3 Morfologija
  • 4 Životni ciklus
  • 5 Struktura i metabolizam stanica
  • 6 Aplikacije
    • 6.1 Pojačajte fragmente
    • 6.2 Katalitičke biokemijske reakcije
    • 6.3. Biotehnologija hrane
    • 6.4 Razgradnja polikloriranih bifenilnih spojeva
  • 7 Reference

Opće karakteristike

To je gram negativno

Thermus aquaticus kada je podvrgnut Gram procesu bojenja dobiva obojenost boje. To je zato što je zid peptidoglikana izuzetno tanak tako da čestice boje nisu zarobljene u njemu.

stanište

Ova bakterija je dizajnirana da izdrži ekstremno visoke temperature. To znači da je njegovo prirodno stanište mjesta na planetu gdje temperature prelaze 50 ° C.

U tom smislu, ova bakterija je izolirana od gejzira, a najčešći su oni u Nacionalnom parku Yellowstone; vrućih izvora širom svijeta, kao i umjetnih vrućih voda.

To je aerobik

To znači da Thermus aquaticus To je bakterija koja se mora nalaziti u okruženjima koja osiguravaju dostupnost kisika za provođenje njihovih metaboličkih procesa.

To je termofilno

To je jedna od najreprezentativnijih karakteristika Thermus aquaticus. Bakterija je izolirana s mjesta gdje su temperature izuzetno visoke.

Thermus aquaticus To je vrlo posebna i otporna bakterija, jer na visokim temperaturama kao što je ona koju podržavaju, proteini u većini živih bića su denaturirani i prestaju vršiti svoje funkcije nepovratno.

Ova bakterija ima temperaturu rasta od 40 ° C do 79 ° C, uz optimalnu temperaturu rasta od 70 ° C.

On je heterotrofan

Kao i svaki drugi heterotrofni organizam, ova bakterija zahtijeva razvoj organskih spojeva prisutnih u okolišu. Glavni izvori organske tvari su bakterije i alge prisutne u okolini, kao i tlo oko njega.

Razvija se u blago alkalnim sredinama

Optimalni pH kod kojeg Thermus aquaticus Može se razviti bez proteina koji gube funkciju između 7,5 i 8. Vrijedno je zapamtiti da je na pH skali 7 neutralno. Iznad toga je alkalna i ispod kiseline.

Ona proizvodi mnogo enzima

Thermus aquaticus To je mikroorganizam koji je bio vrlo koristan eksperimentalno zbog svoje sposobnosti da živi u sredinama s visokim temperaturama.

Kroz brojna istraživanja utvrđeno je da sintetizira brojne enzime koji, znatiželjno, u drugim mikroorganizmima, pri istim temperaturama, denaturiraju i gube funkciju.

Enzimi koji sintetiziraju Thermus aquaticus ono što je najviše proučavano;

  • aldolaza
  • Taq I restrikcijski enzim
  • DNA Ligase
  • Alkalna fosfataza
  • Izocitrat dehidrogenaza
  • amylomaltase

Filogenija i taksonomija

Ovaj mikroorganizam je uokviren klasičnim pristupom:

  • Kraljevstvo: Bakterije
  • Tip: Deinococcus-Thermus
  • Klasa: Deinococci
  • Redoslijed: Toplice
  • Obitelj: Thermaceae
  • Žanr: Thermus
  • Vrsta: Thermus aquaticus.

morfologija

Bakterija Thermus aquaticus spada u skupinu bakterija u obliku štapa (bacili). Stanice imaju približnu veličinu između 4 i 10 mikrona. U mikroskopu možete vidjeti vrlo velike stanice, kao i male stanice. Na površini stanice nema cilija niti flagela.

Ćelija Thermus aquaticus Ima membranu koja se sastoji od tri sloja: unutarnje plazme, vanjskog s grubim izgledom i srednjeg..

Jedna od razlikovnih karakteristika ove vrste bakterija je da u njezinoj unutarnjoj membrani postoje strukture koje izgledaju kao štapovi, koji su poznati kao odjek tijela..

Na isti način, te bakterije sadrže vrlo malo peptidoglikana u staničnim stijenkama i, za razliku od gram-pozitivnih bakterija, sadrže lipoproteine.

Kada su izložene prirodnom svjetlu, stanice bakterija mogu poprimiti žutu, ružičastu ili crvenu boju. To je zbog pigmenata koji se nalaze u bakterijskim stanicama.

Genetski materijal sastoji se od jednog kružnog kromosoma u kojem se nalazi DNA. Od toga, oko 65% čine nukleotidi gvanina i citozina, budući da nukleotidi Thymine i Adenine predstavljaju 35%.

Životni ciklus

Općenito, bakterije, uključujući T. aquaticus, reproduciraju se aseksualno putem stanične diobe. Jedini se kromosom DNA počinje replicirati; ona se replicira da bi mogla naslijediti sve genetske informacije iz stanica kćeri, zbog prisutnosti enzima koji se naziva DNA polimeraza. Nakon 20 minuta novi kromosom je potpun i fiksiran na mjestu u stanici.

Podjela se nastavlja i nakon 25 minuta dva kromosoma su se počela udvostručiti. Dijeljenje se pojavljuje u središtu stanice i na 38 min. stanice kćeri imaju podjelu odvojenu zidom, završavajući aseksualnu podjelu na 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Struktura stanica i metabolizam

Budući da je gram-negativna bakterija, ima vanjsku membranu (lipoproteinski sloj) i periplazmu (vodenu membranu), gdje se nalazi peptidoglikan. Nema cilija, niti su zabilježene.

Sastav lipida ovih termofilnih organizama mora se prilagoditi fluktuacijama temperature konteksta u kojem se razvijaju, kako bi se održala funkcionalnost staničnih procesa, bez gubitka kemijske stabilnosti koja je potrebna da se izbjegne otapanje na visokim temperaturama (Ray i sur. . 1971).

S druge strane, T. aquaticus je postao pravi izvor termostabilnih enzima. Taq DNA polimeraza je enzim koji katalizira lizu supstrata koji generira dvostruku vezu, tako da je povezan s enzimima tipa lize (enzimi koji kataliziraju oslobađanje veza)..

S obzirom da dolazi iz termofilne bakterije, otporna je na dugotrajne inkubacije na visokim temperaturama (Lamble, 2009).

Treba napomenuti da svaki organizam ima DNA polimerazu za replikaciju, ali zbog svog kemijskog sastava ne odolijeva visokim temperaturama. Zato je taq DNA polimeraza glavni enzim koji se koristi za pojačavanje sekvenci ljudskog genoma, kao i genoma drugih vrsta..

aplikacije

Pojačajte fragmente

Termička stabilnost enzima omogućuje mu da se koristi u tehnikama za amplifikaciju DNA fragmenata putem in vitro replikacije, kao što je PCR (lančana reakcija polimeraze) (Mas and Colbs, 2001)..

Za ovo su potrebni početni i konačni prajmeri (kratka nukleotidna sekvenca koja pruža polaznu točku za sintezu DNA), DNA polimeraza, deoksiribonukleotidi trifosfat, pufer i kationi..

Reakcijska cijev sa svim elementima nalazi se u termalnom cikleru između 94 i 98 stupnjeva Celzija, da bi se DNA podijelila na jednostavne lance.

Započnite s radom početnica i ponovno zagrijavanje se događa između 75-80 stupnjeva Celzija. Započnite sintezu od 5 'kraja do 3' DNA.

Ovdje je važnost korištenja termostabilnog enzima. Ako se koristi bilo koja druga polimeraza, ona bi se uništila tijekom ekstremnih temperatura potrebnih za provođenje postupka.

Kary Mullis i drugi istraživači iz tvrtke Cetus Corporation otkrili su isključivanje potrebe za dodavanjem enzima nakon svakog ciklusa termičke denaturacije DNA. Enzim je kloniran, modificiran i proizveden u velikim količinama za komercijalnu prodaju.

Katalizirati biokemijske reakcije

Studije termostabilnih enzima dovele su do primjene u velikom rasponu industrijskih procesa i bile su proboj u molekularnoj biologiji. S biotehnološkog gledišta, njegovi enzimi su sposobni katalizirati biokemijske reakcije u ekstremnim temperaturnim uvjetima.

Na primjer, razvijeno je istraživanje kako bi se razvio proces upravljanja otpadom od pilećeg perja bez uporabe potencijalno infektivnih mikroorganizama..

Ispitali smo biorazgradnju pera u obliku piletine posredovane proizvodnjom keratinolitičke proteaze, što podrazumijeva uporabu termofilne nepatogene T. aquaticus (Bhagat, 2012).

Biotehnologija hrane

Hidroliza glutena termoaktivnom serin peptidazom aqualysin1 iz T. aquaticus započinje iznad 80 ° C u proizvodnji kruha.

Time se proučava relativni doprinos termostabilnog glutena teksturi krušne mrvice (Verbauwhede i Colb, 2017)..

Razgradnja polikloriranih bifenil spojeva

Što se tiče korisnosti u industrijskom području, enzimi Thermus aquaticus kao termofilnih bakterija primjenjuju se u razgradnji polikloriranih bifenila (PCB).

Ovi spojevi se koriste kao rashladna sredstva u električnoj opremi. Toksičnost je vrlo široka i razgradnja je vrlo spora (Ruíz, 2005).

reference

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. br. i sp. n., do ekstremnog termofila. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Svijet mikroba. Urednička ekonomska pozadina. Meksiko. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Izražavanje i proučavanje termostabilnih enzima biotehnološkog interesa Autonomno Sveučilište u Madridu. DOKTORSKI RAD Madrida. 2011. Dostupno na: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R i Rodellar C. Osnova lančane reakcije polimeraze (PCR). 15, studeni 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biorazgradnja polikloriranih bifenila (PCB) mikroorganizama ... Sveučilišni akt [online] 2005, 15 (svibanj-kolovoz). Dostupno na redalyc.org.
  6. Sharp R, vrsta vrste William R. Thermus. Priručnici za biotehnologiju. Springer Science Business Media, LLC. 1995.