Thermus aquaticus karakteristika, livscyklus, applikationer



Thermus aquaticus er en termofil bakterie, opdaget af Thomas Brock i 1967, placeret i Phylum Deinococcus-Thermus. Det er en gram-negativ, heterotrofisk og aerobe mikroorganisme, som som en egenskab har den termiske stabilitet.

Den opnås fra en række termiske 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.

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

Sådan anvendes enzymerne, der komponerer det, i genteknologi, i polymerasekædereaktionen (PCR) og som et redskab til videnskabelig og retsmedicinsk forskning (Williams and Sharp, 1995).

indeks

  • 1 Generelle egenskaber
  • 2 Phylogeni og taksonomi
  • 3 Morfologi
  • 4 livscyklus
  • 5 Cellstruktur og metabolisme
  • 6 applikationer
    • 6.1 Forstærk fragmenter
    • 6.2 Katalysere biokemiske reaktioner
    • 6.3 Fødevarebioteknologi
    • 6.4 Nedbrydning af polychlorerede biphenylforbindelser
  • 7 referencer

Generelle egenskaber

Det er gram negativt

den Thermus aquaticus når den udsættes for Gram-fargeprocessen, opkøber den en fuchsia-farve. Dette skyldes, at væggen af ​​peptidoglycan er ekstremt tynd, så farvestofpartiklerne ikke er fanget i den.

levested

Denne bakterie er designet til at modstå ekstremt høje temperaturer. Dette indebærer, at dets naturlige habitat er steder på planeten, hvor temperaturen overstiger 50 ° C.

I denne forstand er denne bakterie blevet isoleret fra geysere, som er de mest almindelige af Yellowstone National Park; af varme kilder rundt om i verden, samt kunstige varmt vand miljøer.

Det er aerobe

Det betyder at Thermus aquaticus Det er en bakterie, der skal være i miljøer, der giver ilt tilgængelighed til at udføre deres metaboliske processer.

Det er termofilt

Dette er et af de mest repræsentative karakteristika ved Thermus aquaticus. Denne bakterie er blevet isoleret fra steder, hvor temperaturen er ekstremt høj.

den Thermus aquaticus Det er en meget speciel og resistent bakterie, fordi de proteiner i de fleste levende ting denatureres ved temperaturer, der er så høje som dem, der understøtter, og de holder op med at udføre deres funktioner irreversibelt.

Denne bakterie har en væksttemperatur, der ligger i området fra 40 ° C til 79 ° C, med en optimal væksttemperatur på 70 ° C.

Han er heterotrofisk

Som enhver heterotroph organisme kræver denne bakterie organiske forbindelser til stede i miljøet for at udvikle sig. De vigtigste kilder til organisk materiale er bakterier og alger til stede i omgivelserne såvel som jorden rundt.

Det udvikler sig i lidt alkaliske omgivelser

Den optimale pH, hvorved Thermus aquaticus kan udvikle sig uden proteinerne, der får det til at tabe deres funktion, er mellem 7,5 og 8. Det er værd at huske på, at pH 7 er neutral. Over dette er alkalisk og under syre.

Det producerer mange enzymer

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

Nå gennem mange undersøgelser er det blevet fastslået, at det syntetiserer mange enzymer, der nysgerrigt i andre mikroorganismer ved de samme temperaturer, denaturerer og mister deres funktion.

De enzymer, der syntetiserer Thermus aquaticus hvad der er blevet studeret mest er;

  • aldolase
  • Taq I restriktionsenzym
  • DNA ligase
  • Alkalisk phosphatase
  • Isocitrat dehydrogenase
  • amylomaltase

Phylogeni og taksonomi

Denne mikroorganisme er indrammet under den klassiske tilgang:

  • Kongerige: Bakterier
  • Phylum: Deinococcus-Thermus
  • Klasse: Deinokokker
  • Bestilling: Termaler
  • Familie: Thermaceae
  • Genre: Thermus
  • Arter: Thermus aquaticus.

morfologi

Bakterien Thermus aquaticus tilhører gruppen af ​​stangformede bakterier (baciller). Cellerne har en omtrentlig størrelse på mellem 4 og 10 mikron. I mikroskopet kan du se meget store celler, såvel som små celler. Ingen cilia eller flagella på celleoverfladen.

Cellen af Thermus aquaticus Det har en membran, der igen består af tre lag: et internt plasma, en ekstern med et groft udseende og en mellemliggende..

Et af de karakteristiske egenskaber ved denne type bakterier er, at der i sin indre membran er strukturer, der ligner stænger, der er kendt som rungende kroppe..

På samme måde indeholder disse bakterier meget lille peptidoglycan i deres cellevægge og, i modsætning til gram-positive bakterier, indeholder de lipoproteiner.

Når de udsættes for naturligt lys, kan bakteriernes celler påtage sig en gul, lyserød eller rød farve. Dette skyldes pigmenterne, der er indeholdt i bakteriecellerne.

Det genetiske materiale består af et enkelt cirkulært kromosom, hvori DNA'et er indeholdt. Af dette udgør ca. 65% nukleotider af guanin og cytosin, idet nukleotiderne af thymin og adenin repræsenterer 35%.

Livscyklus

Generelt reproducerer bakterier, herunder T. aquaticus, aseksuelt ved celledeling. Det eneste DNA-kromosom begynder at replikere; det replikerer for at være i stand til at arve al den genetiske information fra datterceller på grund af tilstedeværelsen af ​​enzymet kaldet DNA-polymerase. Om 20 minutter er det nye kromosom fuldstændigt og fikseret på et sted i cellen.

Divisionen fortsætter og om 25 minutter er de to kromosomer begyndt at fordoble. En division vises i midten af ​​cellen og på 38 min. Dattercellerne har divisionen adskilt af en mur, der slutter den aseksuelle deling på 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Cellestruktur og metabolisme

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

Lipidsammensætningen af ​​disse termofile organismer, skal tilpasses til temperatursvingninger af den sammenhæng, hvori de udvikler, for at opretholde funktionaliteten af ​​cellulære processer, uden at miste den kemiske stabilitet 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. DNA-polymerase, taq er et enzym, der katalyserer lysis af et substrat genererer en dobbeltbinding, så angår den sådanne enzymer lyaser (enzymer, der katalyserer frigivelsen af ​​links).

I betragtning af at den kommer fra en termofil bakterie, modstår den langvarige inkubationer ved høje temperaturer (Lamble, 2009).

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

applikationer

Forstærk fragmenter

Den termiske stabilitet af enzymet tillader den at blive brugt i teknikker til amplificering af DNA-fragmenter ved replikation in vitro, såsom PCR (polymerasekædereaktion) (Mas og colbs, 2001).

Til dette kræver det indledende og afsluttende (kort nukleotidsekvens, giver et udgangspunkt for DNA syntese) DNA-polymerase, deoxyribonukleotidtrifosfater, buffer og primere kationer.

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

Start primers ydeevne og genopvarmning opstår igen mellem 75-80 grader Celsius. Start syntesen fra 5'-enden til DNA'ens 3 '.

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

Kary Mullis og andre forskere hos Cetus Corporation opdagede 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

Undersøgelserne af termostabile enzymer har ført til anvendelse på et stort udvalg af industrielle processer og har været et gennembrud inden for molekylærbiologi. Fra det bioteknologiske synspunkt er dets enzymer i stand til at katalysere biokemiske reaktioner under ekstreme temperaturforhold.

For eksempel er der udviklet forskning for at udvikle en proces til at håndtere kyllingfjederaffald uden brug af potentielt infektiøse mikroorganismer..

bionedbrydning af kylling fjer medieret keratinolytic proteaseproduktion, indebærer anvendelse termofile T. aquaticus-patogene (Bhagat, 2012) blev undersøgt.

Fødevarebioteknologi

Hydrolysen af ​​gluten ved den termoaktive serinpeptidase-aqualysin1 af T. aquaticus begynder over 80 ° C i brødfremstilling.

Med dette studeres det termostabile glutens relative bidrag til brødkrummens tekstur (Verbauwhede og Colb, 2017).

Nedbrydning af polychlorerede biphenylforbindelser

Med hensyn til brugen på industriområdet anvendes enzymerne af Thermus aquaticus som termofile bakterier ved nedbrydning af polychlorerede biphenylforbindelser (PCB'er).

Disse forbindelser anvendes som kølemidler i elektrisk udstyr. Toksiciteten er meget bred, og dens nedbrydning er meget langsom (Ruíz, 2005).

referencer

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. og sp. n., til ikke at forkaste ekstrem termofile. 1969. J Bacteriol. Bind 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Verden af ​​mikrober. Redaktionel økonomisk kultur baggrund. Mexico. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Udtryk og undersøgelse af termostabile enzymer af bioteknologisk interesse Autonome Universitet i Madrid. DOCTORAL THESIS Madrid. 2011. Tilgængelig på: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R og Rodellar C. Basis for polymerase kædereaktion (PCR). AquaTIC nr. 15, november 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Bionedbrydning af Polychlorerede Biphenyler (PCB) af mikroorganismer ... Universitetsloven [online] 2005, 15 (maj-august). Fås på redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus specie. Bioteknologi Håndbøger. Springer Science Business Media, LLC. 1995.