THERMUS AQUATICUS: CHARAKTERYSTYKA, CYKL ŻYCIA, ZASTOSOWANIA - BIOLOGIA - 2026

Thermus aquaticus to termofilna bakteria, odkryta przez Thomasa Brocka w 1967 roku, znajdująca się w Gromada Deinococcus-Thermus. Jest to mikroorganizm Gram-ujemny, heterotroficzny i tlenowy, którego nieodłączną właściwością jest stabilność termiczna.

Jest pozyskiwany z różnych gorących źródeł o temperaturze od 50 ° C do 80 ° C i pH od 6,0 ​​do 10,5 w Parku Narodowym Yellowstone oraz w Kalifornii w Ameryce Północnej. Został również odizolowany od sztucznych siedlisk termalnych.

Thermus aquaticus. Bakterie osadzone na filtrze 0,22 μm Millipore (skala = 1 μm).

Stanowi źródło enzymów odpornych na ciepło, które przetrwają różne cykle denaturacji. W tym kontekście białka i enzymy są przedmiotem szczególnego zainteresowania przemysłu biotechnologicznego.

W ten sposób tworzące go enzymy są wykorzystywane w inżynierii genetycznej, w łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR) oraz jako narzędzie do badań naukowych i kryminalistycznych (Williams i Sharp, 1995).

Charakterystyka ogólna

Gejzer Yellowstone Park. Thermus aquaticus został wyizolowany z gejzeru. Źródło: Pixabay

Jest gram ujemny

Thermus aquaticus po poddaniu barwieniu metodą Grama nabiera koloru fuksji. Dzieje się tak, ponieważ ściana peptydoglikanu jest niezwykle cienka, więc cząsteczki barwnika nie są w niej uwięzione.

Siedlisko

Ta bakteria została zaprojektowana, aby wytrzymać ekstremalnie wysokie temperatury. Oznacza to, że ich naturalnym środowiskiem są miejsca na planecie, w których temperatura przekracza 50 ° C.

W tym sensie ta bakteria została wyizolowana z gejzerów, z których najpowszechniejsze są te z Parku Narodowego Yellowstone; z gorących źródeł na całym świecie, a także ze sztucznych środowisk gorącej wody.

To aerobik

Oznacza to, że Thermus aquaticus jest bakterią, musi znajdować się w środowisku, które zapewnia jej dostępność tlenu, aby mógł przeprowadzić swoje procesy metaboliczne.

Jest ciepłolubna

Jest to jedna z najbardziej reprezentatywnych cech Thermus aquaticus. Bakteria ta została wyizolowana z miejsc o ekstremalnie wysokich temperaturach.

Thermus aquaticus jest bardzo specjalną i odporną bakterią, ponieważ w tak wysokich temperaturach, jak te, które utrzymuje, białka większości żywych istot ulegają denaturacji i nieodwracalnie przestają spełniać swoje funkcje.

Ta bakteria ma temperaturę wzrostu w zakresie od 40 ° C do 79 ° C, a optymalna temperatura wzrostu wynosi 70 ° C.

Jest heterotroficzny

Jak każdy organizm heterotroficzny, bakteria ta do rozwoju potrzebuje związków organicznych obecnych w środowisku. Głównym źródłem materii organicznej są bakterie i glony obecne w otoczeniu, a także otaczająca je gleba.

Rośnie w lekko zasadowych środowiskach

Optymalne pH, w którym Thermus aquaticus może rozwijać się bez utraty funkcji zawartych w nim białek, wynosi od 7,5 do 8. Warto pamiętać, że 7 na skali pH jest obojętne. Powyżej jest zasadowy, a poniżej kwaśny.

Wytwarza dużą liczbę enzymów

Thermus aquaticus to mikroorganizm, który okazał się bardzo przydatny na poziomie eksperymentalnym ze względu na jego zdolność do życia w środowiskach o wysokich temperaturach.

Cóż, w wyniku licznych badań ustalono, że syntetyzuje liczne enzymy, które, co ciekawe, w innych mikroorganizmach w tej samej temperaturze ulegają denaturacji i tracą swoją funkcję.

Najbardziej zbadane enzymy syntetyzowane przez Thermus aquaticus to;

• Aldolasse
• Enzym restrykcyjny Taq I
• Ligaza DNA
• Fosfatazy alkalicznej
• Dehydrogenaza izocytrynianowa
• Amylomaltaza

Filogeneza i taksonomia

Ten mikroorganizm jest ujęty w klasycznym podejściu:

• Królestwo: bakterie
• Gromada: Deinococcus- Thermus
• Klasa: Deinococci
• Zamówienie: Thermales
• Rodzina: Thermaceae
• Rodzaj: Thermus
• Gatunek: Thermus aquaticus.

Morfologia

Bakteria Thermus aquaticus należy do grupy bakterii pałeczkowatych (pałeczki). Komórki mają rozmiar około 4 do 10 mikronów. Pod mikroskopem można zobaczyć zarówno bardzo duże komórki, jak i małe komórki. Nie mają rzęsek ani wici na powierzchni komórki.

Komórka Thermus aquaticus posiada membranę, która z kolei składa się z trzech warstw: wewnętrznej warstwy plazmy, zewnętrznej szorstkiej warstwy i warstwy pośredniej.

Jedną z wyróżniających cech tego typu bakterii jest to, że w jej wewnętrznej błonie znajdują się struktury przypominające pręciki, zwane ciałami rotundowymi.

Podobnie bakterie te zawierają bardzo mało peptydoglikanu w ścianie komórkowej i, w przeciwieństwie do bakterii Gram-dodatnich, zawierają lipoproteiny.

Pod wpływem naturalnego światła komórki bakterii mogą zmienić kolor na żółty, różowy lub czerwony. Wynika to z pigmentów zawartych w komórkach bakteryjnych.

Materiał genetyczny składa się z pojedynczego okrągłego chromosomu, w którym zawarte jest DNA. Z tego około 65% składa się z nukleotydów guaniny i cytozyny, przy czym nukleotydy tyminy i adeniny stanowią 35%.

Koło życia

Ogólnie bakterie, w tym T. aquaticus, rozmnażają się bezpłciowo poprzez podział komórek. Pojedynczy chromosom DNA zaczyna się replikować; replikuje się, aby móc odziedziczyć całą informację genetyczną do komórek potomnych, dzięki obecności enzymu zwanego polimerazą DNA. W ciągu 20 minut nowy chromosom jest kompletny i umocnił się w komórce.

Podział trwa i po 25 minutach oba chromosomy zaczęły się powielać. Podział pojawia się w środku komórki i po 38 min. komórki potomne przedstawiają podział oddzielony ścianą, kończący podział bezpłciowy po 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Struktura komórki i metabolizm

Ponieważ jest to bakteria Gram-ujemna, posiada błonę zewnętrzną (warstwę lipoproteinową) i peryplazmę (błona wodnista), w której znajduje się peptydoglikan. Nie obserwuje się rzęsek ani wici.

Skład lipidów tych organizmów ciepłolubnych musi dostosowywać się do wahań temperatury otoczenia, w którym się rozwijają, aby zachować funkcjonalność procesów komórkowych, bez utraty stabilności chemicznej niezbędnej do uniknięcia rozpuszczenia w wysokich temperaturach (Ray i in. 1971).

Z drugiej strony T. aquaticus stał się prawdziwym źródłem termostabilnych enzymów. Polimeraza DNA Taq jest enzymem, który katalizuje lizę substratu poprzez wytwarzanie podwójnego wiązania, więc jest spokrewniona z enzymami typu liaz (enzymami, które katalizują uwalnianie wiązań).

Ponieważ pochodzi od bakterii termofilnych, jest odporny na długie inkubacje w wysokich temperaturach (Lamble, 2009).

Należy zaznaczyć, że każdy organizm posiada polimerazę DNA do replikacji, ale ze względu na swój skład chemiczny nie jest odporny na wysokie temperatury. Dlatego polimeraza taq DNA jest głównym enzymem stosowanym do amplifikacji sekwencji ludzkiego genomu, a także genomów innych gatunków.

Aplikacje

Wzmocnij fragmenty

Stabilność termiczna enzymu pozwala na wykorzystanie go w technikach amplifikacji fragmentów DNA poprzez replikację in vitro, takich jak PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy) (Mas i Colbs, 2001).

Wymaga to starterów początkowych i końcowych (krótka sekwencja nukleotydów, która stanowi punkt wyjścia do syntezy DNA), polimerazy DNA, trifosforanu dezoksyrybonukleotydów, roztworu buforowego i kationów.

Rurkę reakcyjną ze wszystkimi elementami umieszcza się w termocyklerze w temperaturze od 94 do 98 stopni Celsjusza, aby podzielić DNA na pojedyncze nici.

Rozpoczyna się działanie podkładów i ponowne nagrzewanie następuje między 75-80 stopni Celsjusza. Inicjuje syntezę od końca 5 'do 3' DNA.

Oto znaczenie stosowania enzymu termostabilnego. Gdyby zastosowano inną polimerazę, uległaby zniszczeniu w ekstremalnych temperaturach niezbędnych do przeprowadzenia procesu.

Kary Mullis i inni badacze z Cetus Corporation odkryli wykluczenie potrzeby dodawania enzymu po każdym cyklu termicznej denaturacji DNA. Enzym został sklonowany, zmodyfikowany i wyprodukowany w dużych ilościach do sprzedaży komercyjnej.

Katalizują reakcje biochemiczne

Hydroliza glutenu przez termoaktywną peptydazę serynową aqualysin1 z T. aquaticus rozpoczyna się w produkcji chleba powyżej 80 ° C.

W ten sposób bada się względny udział termostabilnego glutenu w teksturze miękiszu chleba (Verbauwhede i Colb, 2017).

Degradacja polichlorowanych związków bifenylowych

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. i sp. n., niesporulujący ekstremalnie ciepłolubny. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Świat drobnoustrojów. Fundusz redakcyjny kultury ekonomicznej. Meksyk. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Ekspresja i badanie termostabilnych enzymów o znaczeniu biotechnologicznym Universidad Autónoma de Madrid. PRACA LEKARSKA Madryt. 2011. Dostępne pod adresem: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R and Rodellar C. Rationale for the Polymerase Chain Reaction (PCR). AquaTIC nr 15, listopad 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradation of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) by Microorganisms .. Acta Universitaria 2005, 15 (maj-sierpień). Dostępne na redalyc.org.
6. Ostry R, ​​gatunek William R. Thermus. Podręczniki biotechnologii. Springer Science Business Media, LLC. 1995.