Vlastnosti Thermus aquaticus, životný cyklus, aplikácie



Thermus aquaticus je termofilná baktéria, ktorú objavil Thomas Brock v roku 1967 a nachádza sa v Phylum Deinococcus-Thermus. Je to gram-negatívny, heterotrofný a aeróbny mikroorganizmus, ktorý má ako vnútornú vlastnosť tepelnú stabilitu.

Získava sa z rôznych tepelných zdrojov medzi 50 ° C a 80 ° C a pH 6,0 až 10,5 v Yellowstonskom národnom parku a v Kalifornii v Severnej Amerike. Bol tiež izolovaný z umelých termálnych biotopov.

Je zdrojom tepelne odolných enzýmov, ktoré prežijú rôzne denaturačné cykly. V tomto kontexte sú proteíny a enzýmy osobitne zaujímavé pre biotechnologický priemysel.

Takto sa enzýmy, ktoré ho tvoria, používajú v genetickom inžinierstve, v polymerázovej reťazovej reakcii (PCR) a ako nástroj na vedecký a forenzný výskum (Williams and Sharp, 1995)..

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky
  • 2 Fylogenéza a taxonómia
  • 3 Morfológia
  • 4 Životný cyklus
  • 5 Štruktúra buniek a metabolizmus
  • 6 Aplikácie
    • 6.1 Zosilnenie fragmentov
    • 6.2 Katalyzovať biochemické reakcie
    • 6.3 Potravinová biotechnológia
    • 6.4 Degradácia polychlórovaných bifenylových zlúčenín
  • 7 Referencie

Všeobecné charakteristiky

Je gram negatívny

Thermus aquaticus keď sa podrobí procesu farbenia podľa Grama, získa fuchsiovú farbu. Je to preto, že stena peptidoglykánu je extrémne tenká, takže častice farbiva v nej nie sú zachytené.

habitat

Táto baktéria je navrhnutá tak, aby odolala extrémne vysokým teplotám. To znamená, že jeho prirodzené prostredie je miestom na planéte, kde teploty presahujú 50 ° C.

V tomto zmysle bola táto baktéria izolovaná z gejzírov, čo sú najbežnejšie baktérie v Yellowstonskom národnom parku; horúcich prameňov po celom svete, ako aj prostredia s umelou teplou vodou.

Je aeróbny

To znamená, že Thermus aquaticus Je to baktéria, ktorá musí byť v prostrediach, ktoré poskytujú dostupnosť kyslíka na vykonávanie ich metabolických procesov.

Je termofilný

Toto je jedna z najreprezentatívnejších charakteristík Thermus aquaticus. Táto baktéria bola izolovaná z miest, kde sú teploty extrémne vysoké.

Thermus aquaticus Je to veľmi špeciálna a rezistentná baktéria, pretože pri teplotách tak vysokých ako tie, ktoré podporuje, sa proteíny vo väčšine živých vecí denaturujú a prestanú vykonávať svoje funkcie nezvratne..

Táto baktéria má rastovú teplotu v rozsahu od 40 ° C do 79 ° C, s optimálnou teplotou rastu 70 ° C.

Je heterotrofný

Ako každý heterotrofný organizmus, aj táto baktéria vyžaduje, aby sa vyvíjali organické zlúčeniny prítomné v prostredí. Hlavnými zdrojmi organických látok sú baktérie a riasy prítomné v okolí, ako aj pôda v okolí.

Vyvíja sa v mierne alkalickom prostredí

Optimálne pH, pri ktorom Thermus aquaticus môže sa vyvinúť bez proteínov, ktoré spôsobujú stratu ich funkcie je medzi 7,5 a 8. Stojí za to pripomenúť, že na stupnici pH je 7 neutrálny. Nad ňou je zásaditá a nižšia ako kyselina.

Vyrába veľa enzýmov

Thermus aquaticus Je to mikroorganizmus, ktorý je veľmi užitočný experimentálne vďaka svojej schopnosti žiť v prostredí s vysokými teplotami.

Prostredníctvom početných výskumov sa zistilo, že syntetizuje početné enzýmy, ktoré sa zvedavo vyskytujú v iných mikroorganizmoch, pri tých istých teplotách, denaturujú a strácajú svoju funkciu..

Enzýmy, ktoré syntetizujú. \ T Thermus aquaticus čo bolo najviac študované;

  • aldolázy
  • Reštrikčný enzým Taq I
  • DNA ligáza
  • Alkalická fosfatáza
  • Isocitrát dehydrogenáza
  • amylomaltase

Fylogenéza a taxonómia

Tento mikroorganizmus je zarámovaný do klasického prístupu:

  • Kráľovstvo: Baktérie
  • Fylum: Deinococcus-Thermus
  • Trieda: Deinococci
  • Objednať: Thermales
  • Rodina: Thermaceae
  • Žáner: Thermus
  • Druh: Thermus aquaticus.

morfológia

Baktéria Thermus aquaticus patrí do skupiny tyčinkovitých baktérií (bacilli). Bunky majú približnú veľkosť medzi 4 a 10 mikrónmi. V mikroskope môžete vidieť veľmi veľké bunky, rovnako ako malé bunky. Na povrchu bunky nie sú žiadne riasy ani bičíky.

Bunka Thermus aquaticus Má membránu, ktorá sa skladá z troch vrstiev: vnútornej plazmy, vonkajšej plazmy s hrubým vzhľadom a medziľahlého..

Jedným z charakteristických znakov tohto typu baktérií je to, že vo svojej vnútornej membráne sú štruktúry, ktoré vyzerajú ako tyče, ktoré sú známe ako rezonujúce telá..

Podobne tieto baktérie obsahujú veľmi málo peptidoglykánu vo svojich bunkových stenách a na rozdiel od grampozitívnych baktérií obsahujú lipoproteíny.

Keď sú bunky baktérií vystavené prirodzenému svetlu, môžu mať žltú, ružovú alebo červenú farbu. Je to spôsobené pigmentmi, ktoré sú obsiahnuté v bakteriálnych bunkách.

Genetický materiál je tvorený jediným kruhovým chromozómom, v ktorom je DNA obsiahnutá. Z toho približne 65% tvoria nukleotidy guanínu a cytozínu, pričom nukleotidy tymínu a adenínu predstavujú 35%..

Životný cyklus

Všeobecne sa baktérie, vrátane T. aquaticus, reprodukujú asexuálne bunkovým delením. Jediný chromozóm DNA sa začína replikovať; replikuje sa, aby bola schopná zdediť všetky genetické informácie z dcérskych buniek v dôsledku prítomnosti enzýmu nazývaného DNA polymeráza. Po 20 minútach je nový chromozóm kompletný a fixovaný na mieste v bunke.

Delenie pokračuje a po 25 minútach sa obidva chromozómy začali zdvojnásobovať. Delenie sa objavuje v strede bunky a pri 38 min. dcérske bunky majú delenie oddelené stenou, ktorá končí asexuálne delenie v 45-50 minútach. (Dreifus, 2012).

Štruktúra buniek a metabolizmus

Pretože ide o gram-negatívnu baktériu, má vonkajšiu membránu (lipoproteínovú vrstvu) a periplazmu (vodná membrána), kde sa nachádza peptidoglykán. Nie sú pozorované žiadne riasy, žiadne bičíky.

Zloženie lipidov týchto termofilných organizmov sa musí prispôsobiť výkyvom teploty v kontexte, v ktorom sa vyvíjajú, aby sa zachovala funkčnosť bunkových procesov, bez straty chemickej stability potrebnej na zabránenie rozpúšťania pri vysokých teplotách (Ray et al. . 1971).

Na druhej strane sa T. aquaticus stal skutočným zdrojom termostabilných enzýmov. Taq DNA polymeráza je enzým, ktorý katalyzuje lýzu substrátu vytvárajúceho dvojitú väzbu, takže súvisí s enzýmami typu lyázy (enzýmy, ktoré katalyzujú uvoľňovanie väzieb).

Vzhľadom na to, že pochádza z termofilnej baktérie, odoláva dlhodobým inkubáciám pri vysokých teplotách (Lamble, 2009).

Treba poznamenať, že každý organizmus má DNA polymerázu na replikáciu, ale vďaka svojmu chemickému zloženiu neodoláva vysokým teplotám. To je dôvod, prečo je taq DNA polymeráza hlavným enzýmom používaným na amplifikáciu sekvencií ľudského genómu, ako aj genómov iných druhov..

aplikácie

Amplifikujte fragmenty

Tepelná stabilita enzýmu umožňuje použitie v technikách na amplifikáciu fragmentov DNA prostredníctvom replikácie in vitro, ako je napríklad PCR (polymerázová reťazová reakcia) (Mas a Colbs, 2001)..

Na to sú potrebné počiatočné a konečné priméry (krátka nukleotidová sekvencia, ktorá poskytuje východiskový bod pre syntézu DNA), DNA polymerázu, deoxyribonukleotidy trifosfát, pufor a katióny..

Reakčná trubica so všetkými prvkami je umiestnená v tepelnom cykleri medzi 94 a 98 stupňami Celzia, aby sa DNA rozdelila na jednoduché reťazce.

Spustenie výkonu primérov a opätovného ohrevu sa opäť uskutoční medzi 75-80 stupňami Celzia. Spustite syntézu z 5 'konca na 3' DNA.

Tu je dôležitosť použitia termostabilného enzýmu. Ak by sa použila akákoľvek iná polymeráza, bola by zničená počas extrémnych teplôt potrebných na vykonanie procesu.

Kary Mullis a ďalší výskumníci z Cetus Corporation objavili vylúčenie potreby pridávať enzým po každom cykle termálnej denaturácie DNA. Enzým bol klonovaný, modifikovaný a vyrobený vo veľkých množstvách na komerčný predaj.

Katalyzuje biochemické reakcie

Štúdie termostabilných enzýmov viedli k použitiu v širokej škále priemyselných procesov a boli prielomom v molekulárnej biológii. Z biotechnologického hľadiska sú jeho enzýmy schopné katalyzovať biochemické reakcie za extrémnych teplotných podmienok.

Napríklad bol vyvinutý výskum na vývoj procesu nakladania s odpadom z kuracieho peria bez použitia potenciálne infekčných mikroorganizmov..

Skúmali sme biodegradáciu kuracieho pera sprostredkovanú produkciou keratinolytickej proteázy, čo znamená použitie termofilného nepatogénneho T. aquaticus (Bhagat, 2012).

Potravinová biotechnológia

Hydrolýza gluténu termoaktívnou aqualysinom serín peptidázy T. aquaticus začína pri výrobe chleba nad 80 ° C..

S týmto sa študuje relatívny príspevok termostabilného lepku k štruktúre strúhanky (Verbauwhede a Colb, 2017).

Degradácia polychlórovaných bifenylových zlúčenín

Pokiaľ ide o využitie enzýmov Thermus aquaticus ako termofilných baktérií v priemyselnej oblasti, používajú sa pri degradácii polychlórovaných bifenylových zlúčenín (PCB)..

Tieto zlúčeniny sa používajú ako chladivá v elektrických zariadeniach. Toxicita je veľmi široká a jej degradácia je veľmi pomalá (Ruíz, 2005).

referencie

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. a sp. n. na nesporulujúci extrémny termofil. 1969. J Bacteriol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Svet mikróbov. Editorial Hospodárska kultúra pozadia. Mexiko. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Vyjadrenie a štúdium termostabilných enzýmov biotechnologického záujmu Autonómna madridská univerzita. DOCTORAL THESIS Madrid. 2011. K dispozícii na adrese: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R a Rodellar C. Základ polymerázovej reťazovej reakcie (PCR). AquaTIC č. 15, november 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradácia polychlórovaných bifenylov (PCB) mikroorganizmami ... Zákon o vysokých školách [online] 2005, 15 (máj - august). K dispozícii na redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus. Biotechnologické príručky. Springer Science Business Media, LLC. 1995.