Charakteristiky Thermus aquaticus, životní cyklus, aplikace



Thermus aquaticus je termofilní bakterie, objevená Thomasem Brockem v roce 1967, nacházející se v Phylum Deinococcus-Thermus. Jedná se o gram-negativní, heterotrofní a aerobní mikroorganismus, který má jako vnitřní vlastnost tepelnou stabilitu.

Získává se z různých tepelných zdrojů mezi 50 ° C a 80 ° C, a pH 6,0 až 10,5, v Yellowstonském národním parku a v Kalifornii v Severní Americe. Byl také izolován z umělých termálních stanovišť.

Je zdrojem tepelně odolných enzymů, které přežijí různé denaturační cykly. V tomto kontextu jsou pro biotechnologický průmysl zvláště zajímavé proteiny a enzymy.

To je, jak se enzymy, které ho tvoří, používají v genetickém inženýrství, v polymerázové řetězové reakci (PCR) a jako nástroj pro vědecký a forenzní výzkum (Williams and Sharp, 1995)..

Index

  • 1 Obecné charakteristiky
  • 2 Fylogeneze a taxonomie
  • 3 Morfologie
  • 4 Životní cyklus
  • 5 Buněčná struktura a metabolismus
  • 6 Aplikace
    • 6.1 Zesílení fragmentů
    • 6.2 Katalyzujte biochemické reakce
    • 6.3 Potravinářská biotechnologie
    • 6.4 Degradace polychlorovaných bifenylových sloučenin
  • 7 Odkazy

Obecné vlastnosti

Je gram negativní

Thermus aquaticus když se podrobí procesu barvení Gram, získá fuchsiové zbarvení. Je to proto, že stěna peptidoglykanu je extrémně tenká, takže částice barviva v ní nejsou zachyceny.

Lokalita

Tato bakterie je navržena tak, aby vydržela extrémně vysoké teploty. To znamená, že jeho přirozené prostředí je místem na planetě, kde teploty převyšují 50 ° C.

V tomto smyslu, tato bakterie byla izolovaná od gejzírů, být nejvíce obyčejný ti Yellowstonského národního parku; horkých pramenů po celém světě, stejně jako prostředí s umělou teplou vodou.

Je aerobní

To znamená, že Thermus aquaticus Je to bakterie, která musí být v prostředích, které zajišťují dostupnost kyslíku k provádění jejich metabolických procesů.

Je termofilní

To je jedna z nejreprezentativnějších charakteristik Thermus aquaticus. Tato bakterie byla izolována z míst, kde jsou teploty extrémně vysoké.

Thermus aquaticus Je to velmi speciální a rezistentní bakterie, protože při vysokých teplotách, které podporuje, jsou proteiny ve většině živých látek denaturovány a nezvratně přestávají plnit své funkce..

Tato bakterie má růstovou teplotu v rozmezí od 40 ° C do 79 ° C, s optimální teplotou růstu 70 ° C.

Je heterotrofní

Jako každý heterotrofní organismus, tato bakterie vyžaduje, aby se vyvíjely organické sloučeniny přítomné v prostředí. Hlavními zdroji organické hmoty jsou bakterie a řasy přítomné v okolí, stejně jako půda v okolí.

Vyvíjí se v mírně alkalickém prostředí

Optimální pH, při kterém Thermus aquaticus může se vyvíjet bez proteinů, které ztratí svou funkci, je mezi 7,5 a 8. Stojí za to připomenout, že na stupnici pH je 7 neutrální. Nad ní je alkalický a pod kyselinou.

Vyrábí mnoho enzymů

Thermus aquaticus Je to mikroorganismus, který byl velmi užitečný experimentálně díky své schopnosti žít v prostředí s vysokými teplotami.

Díky četným výzkumům bylo zjištěno, že syntetizuje četné enzymy, které zvědavě v jiných mikroorganismech, při stejných teplotách, denaturují a ztrácejí svou funkci.

Enzymy, které syntetizují Thermus aquaticus co bylo nejvíce studováno;

  • Aldolase
  • Restrikční enzym Taq I
  • DNA Ligase
  • Alkalická fosfatáza
  • Isocitrát dehydrogenáza
  • Amylomaltasa

Fylogeneze a taxonomie

Tento mikroorganismus je orámován klasickým přístupem:

  • Království: Bakterie
  • Fylum: Deinococcus- Thermus
  • Třída: Deinococci
  • Objednat: Thermales
  • Rodina: Thermaceae
  • Žánr: Thermus
  • Druh: Thermus aquaticus.

Morfologie

Bakterie Thermus aquaticus patří do skupiny tyčinkovitých bakterií (bacilů). Buňky mají přibližnou velikost mezi 4 a 10 mikrony. V mikroskopu můžete vidět velmi velké buňky, stejně jako malé buňky. Na povrchu buňky nejsou žádné řasinky ani bičíky.

Buňka Thermus aquaticus Má membránu, která se zase skládá ze tří vrstev: vnitřní plazmy, vnější s hrubým vzhledem a mezilehlé..

Jedním z charakteristických znaků tohoto typu bakterií je, že v jeho vnitřní membráně jsou struktury, které vypadají jako pruty, které jsou známé jako rozeznávací těla..

Stejně tak tyto bakterie obsahují ve svých buněčných stěnách velmi málo peptidoglykanu a na rozdíl od grampozitivních bakterií obsahují lipoproteiny..

Když jsou buňky bakterií vystaveny přirozenému světlu, mohou mít žlutou, růžovou nebo červenou barvu. To je způsobeno pigmenty, které jsou obsaženy v bakteriálních buňkách.

Genetický materiál je tvořen jediným kruhovým chromosomem, ve kterém je DNA obsažena. Z toho přibližně 65% tvoří nukleotidy guaninu a cytosinu, přičemž nukleotidy thyminu a adeninu představují 35%..

Životní cyklus

Obecně se bakterie, včetně T. aquaticus, reprodukují asexuálně buněčným dělením. Jediný chromozom DNA se začíná replikovat; replikuje se, aby byla schopna dědit všechny genetické informace z dceřiných buněk v důsledku přítomnosti enzymu nazývaného DNA polymeráza. Po 20 minutách je nový chromozóm kompletní a fixován na místě v buňce.

Dělení pokračuje a po 25 minutách se oba chromozomy zdvojnásobily. Rozdělení se objeví ve středu buňky a po 38 min. dceřiné buňky mají divizi oddělenou stěnou, končící asexuální dělení na 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Buněčná struktura a metabolismus

Protože se jedná o gramnegativní bakterii, má vnější membránu (lipoproteinová vrstva) a periplazmu (vodná membrána), kde se nachází peptidoglykan. Žádné řasy, žádné bičíky nejsou pozorovány.

Složení lipidů těchto termofilních organismů se musí přizpůsobit výkyvům teploty v kontextu, ve kterém se vyvíjejí, aby se zachovala funkčnost buněčných procesů, aniž by se ztratila chemická stabilita nezbytná k zamezení rozpouštění při vysokých teplotách (Ray et al. 1971).

Na druhou stranu, T. aquaticus se stal pravým zdrojem termostabilních enzymů. Taq DNA polymeráza je enzym, který katalyzuje lýzu substrátu vytvářejícího dvojnou vazbu, takže se vztahuje k enzymům typu lyázy (enzymy, které katalyzují uvolňování vazeb).

Vzhledem k tomu, že pochází z termofilní bakterie, odolává dlouhodobým inkubacím při vysokých teplotách (Lamble, 2009).

Je třeba poznamenat, že každý organismus má DNA polymerázu pro replikaci, ale díky svému chemickému složení neodolává vysokým teplotám. Taq DNA polymeráza je proto hlavním enzymem používaným k amplifikaci sekvencí lidského genomu a genomů jiných druhů..

Aplikace

Amplifikujte fragmenty

Tepelná stabilita enzymu umožňuje jeho použití v technikách amplifikace fragmentů DNA prostřednictvím replikace in vitro, jako je PCR (polymerázová řetězová reakce) (Mas and Colbs, 2001)..

Pro tento účel jsou nezbytné počáteční a konečné primery (krátká nukleotidová sekvence, která poskytuje výchozí bod pro syntézu DNA), DNA polymerázu, deoxyribonukleotidy trifosfát, pufr a kationty..

Reakční zkumavka se všemi prvky je umístěna v termocykleru mezi 94 a 98 stupni Celsia, aby se DNA rozdělila do jednoduchých řetězců..

Začněte s výkonem primerů a opětovné zahřívání se opakuje mezi 75-80 stupni Celsia. Začněte syntézu od 5 'konce k 3' DNA.

Zde je důležitý význam použití termostabilního enzymu. Pokud by byla použita jakákoliv jiná polymeráza, byla by zničena během extrémních teplot nezbytných pro provedení procesu.

Kary Mullis a další výzkumníci z Cetus Corporation objevili vyloučení potřeby přidávat enzym po každém cyklu tepelné denaturace DNA. Enzym byl klonován, modifikován a produkován ve velkém množství pro komerční prodej.

Katalyzujte biochemické reakce

Studie termostabilních enzymů vedly k aplikaci v širokém spektru průmyslových procesů a byly průlomem v molekulární biologii. Z biotechnologického hlediska jsou jeho enzymy schopny katalyzovat biochemické reakce za extrémních teplotních podmínek.

Byl například vyvinut výzkum, jehož cílem je vyvinout proces nakládání s odpady z kuřecího peří bez použití potenciálně infekčních mikroorganismů..

Zkoumali jsme biodegradaci kuřecího pera zprostředkovanou produkcí keratinolytické proteázy, což znamená použití termofilního nepatogenního T. aquaticus (Bhagat, 2012).

Potravinová biotechnologie

Hydrolýza glutenu termoaktivní serin peptidázou aqualysin1 T. aquaticus začíná při výrobě chleba nad 80 ° C..

S tímto je studován relativní podíl termostabilního lepku na struktuře strouhanky (Verbauwhede a Colb, 2017).

Degradace polychlorovaných bifenylových sloučenin

Pokud jde o využití enzymů Thermus aquaticus jako termofilních bakterií v průmyslovém oboru, používají se při degradaci polychlorovaných bifenylových sloučenin (PCB)..

Tyto sloučeniny se používají jako chladiva v elektrických zařízeních. Toxicita je velmi široká a její degradace je velmi pomalá (Ruíz, 2005).

Odkazy

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. a sp. n. na nesporující extrémní termofil. 1969. J Bacteriol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Svět mikrobů. Redakční ekonomická kultura pozadí. Mexiko 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Vyjádření a studium termostabilních enzymů biotechnologického zájmu Autonomní univerzita v Madridu. DOCTORAL THESIS Madrid. 2011. K dispozici na adrese: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R a Rodellar C. Základ polymerázové řetězové reakce (PCR). AquaTIC č. 15, listopad 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradace polychlorovaných bifenylů (PCB) mikroorganismy ... Zákon o univerzitách [online] 2005, 15 (květen-srpen). Dostupné na redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus. Biotechnologické příručky. Springer Science Business Media, LLC. 1995.