Thermus aquaticus egenskaber, livscyklus, applikationer

3239
Alexander Pearson

Thermus aquaticus er en termofil bakterie, opdaget af Thomas Brock i 1967, placeret i Phylum Deinococcus-Thermus. Det er en gram-negativ, heterotrof og aerob mikroorganisme, som har termisk stabilitet som en iboende egenskab.

Det fås fra en række varme 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.

Thermus aquaticus. Bakterier deponeret på et 0,22 um Millipore filter (skala = 1 um).

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

Dette er, hvordan enzymerne, der komponerer det, anvendes i genteknologi, i polymerasekædereaktion (PCR) og som et videnskabeligt og retsmedicinsk undersøgelsesværktøj (Williams og Sharp, 1995).

Artikelindeks

  • 1 Generelle egenskaber
  • 2 fylogeni og taksonomi
  • 3 Morfologi
  • 4 Livscyklus
  • 5 Cellestruktur og stofskifte
  • 6 applikationer
    • 6.1 Forstærk fragmenter
    • 6.2 Katalyser biokemiske reaktioner
    • 6.3 Fødevarebioteknologi
    • 6.4 Nedbrydning af polychlorerede biphenylforbindelser
  • 7 Referencer

Generelle egenskaber

Yellowstone Park Geyser. Thermus aquaticus blev isoleret fra en gejser. Kilde: Pixabay

Det er gramnegativt

Det Thermus aquaticus Når den udsættes for Gram-farvningsprocessen, får den en fuchsia-farve. Dette skyldes, at peptidoglycanvæggen er ekstremt tynd, så farvestofpartiklerne ikke er fanget i den..

Habitat

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

I denne forstand er denne bakterie blevet isoleret fra gejsere, den mest almindelige er af Yellowstone National Park; fra varme kilder rundt om i verden såvel som fra kunstige varmtvandsmiljøer.

Det er aerobt

Dette betyder, at Thermus aquaticus det er en bakterie, det skal være i miljøer, der giver ilt tilgængelighed for at udføre dets metaboliske processer.

Er termofil

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

Det Thermus aquaticus Det er en meget speciel og resistent bakterie, da proteinerne i de fleste levende væsener ved den temperatur, der er så høje som dem, den understøtter, denatureres og ophører uopretteligt med at udføre deres funktioner.

Denne bakterie har en væksttemperatur, der varierer fra 40 ° C til 79 ° C, hvor den optimale væksttemperatur er 70 ° C..

Det er heterotrofisk

Som enhver heterotrof organisme kræver denne bakterie organiske forbindelser til stede i miljøet for at udvikle sig. De vigtigste kilder til organisk materiale er bakterier og alger, der findes i omgivelserne såvel som den omgivende jord..

Det trives i let basiske miljøer

Den optimale pH-værdi ved hvilken Thermus aquaticus det kan udvikle sig uden de proteiner, der udgør det, der mister deres funktion. Det er mellem 7,5 og 8. Det er værd at huske, at på pH-skalaen 7 er neutral. Over dette er det alkalisk og under det surt.

Producerer et stort antal enzymer

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

Gennem adskillige undersøgelser er det blevet bestemt, at det syntetiserer adskillige enzymer, der mærkeligt nok i andre mikroorganismer ved de samme temperaturer bliver denatureret og mister deres funktion.

Enzymerne syntetiseret af Thermus aquaticus der er mest undersøgt er;

  • Aldolasse
  • Taq I-restriktionsenzym
  • DNA ligase
  • Alkalisk fosfatase
  • Isocitrat dehydrogenase
  • Amylomaltase

Fylogeni og taksonomi

Denne mikroorganisme er indrammet under den klassiske tilgang:

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

Morfologi

Bakterierne Thermus aquaticus tilhører gruppen af ​​stangformede bakterier (baciller). Celler er ca. 4 til 10 mikron i størrelse. Meget store celler kan ses under mikroskopet såvel som små celler. De har ikke cilier eller flageller på celleoverfladen.

Celle Thermus aquaticus Den har en membran, der igen består af tre lag: et internt plasmalag, et eksternt udseende og et mellemprodukt.

En af de karakteristiske egenskaber ved denne type bakterier er, at der er strukturer, der ligner stænger i dens indre membran, som er kendt som runde legemer..

Tilsvarende indeholder disse bakterier meget lidt peptidoglycan i deres cellevæg, og i modsætning til grampositive bakterier indeholder de lipoproteiner..

Når de udsættes for naturligt lys, kan bakteriecellerne blive gule, lyserøde eller røde. Dette skyldes pigmenterne, der er indeholdt i bakterieceller..

Det genetiske materiale består af et enkelt cirkulært kromosom, hvori DNA er indeholdt. Heraf består ca. 65% af Guanin- og Cytosin-nukleotider, hvor Thymin- og Adenin-nukleotider repræsenterer 35%..

Livscyklus

Generelt reproducerer bakterier, inklusive T. aquaticus, aseksuelt ved celledeling. Det enkelte DNA-kromosom begynder at replikere; det replikerer for at kunne arve al den genetiske information til dattercellerne på grund af tilstedeværelsen af ​​enzymet kaldet DNA-polymerase. Efter 20 minutter er det nye kromosom komplet og fikset på plads i cellen.

Opdelingen fortsætter, og efter 25 minutter er de to kromosomer begyndt at duplikere. En opdeling vises i midten af ​​cellen og efter 38 min. dattercellerne præsenterer delingen adskilt af en mur og slutter den aseksuelle opdeling efter 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Cellestruktur og stofskifte

At være en gram-negativ bakterie har den en ydre membran (lipoprotein-lag) og periplasma (vandig membran), hvor peptidoglycan er placeret. Ingen cilier eller flageller observeres.

Sammensætningen af ​​lipiderne i disse termofile organismer skal tilpasse sig udsving i temperaturen i den sammenhæng, hvor de udvikler sig, for at opretholde funktionaliteten af ​​cellulære processer uden at miste den kemiske stabilitet, der er nødvendig for at undgå opløsning ved høje temperaturer (Ray et al. 1971).

På den anden side er T. aquaticus blevet en ægte kilde til termostabile enzymer. Taq DNA-polymerase er et enzym, der katalyserer lysis af et substrat, der genererer en dobbeltbinding, hvorfor det er relateret til lyase-enzymer (enzymer, der katalyserer frigivelsen af ​​bindinger).

Da 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 den ikke høje temperaturer. Derfor er taq DNA-polymerase det vigtigste enzym, der bruges til at amplificere sekvenser af det humane genom såvel som genomer fra andre arter..

Ansøgninger

Forstærk fragmenter

Enzymets termiske stabilitet gør det muligt at bruge det i teknikker til at amplificere DNA-fragmenter gennem in vitro-replikation, såsom PCR (polymerasekædereaktion) (Mas og Colbs, 2001).

Til dette kræver det indledende og endelige primere (kort nukleotidsekvens, der giver et udgangspunkt for DNA-syntese), DNA-polymerase, deoxyribonukleotidtriphosphat, bufferopløsning og kationer..

Reaktionsrøret med alle elementerne placeres i en termisk cykler mellem 94 og 98 grader Celsius for at opdele DNA'et i enkelte tråde.

Primers ydeevne begynder, og genopvarmning sker igen mellem 75-80 grader Celsius. Indleder syntese fra 5 'til 3' ende af DNA.

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

Kary Mullis og andre forskere ved Cetus Corporation fandt udelukkelsen af ​​behovet for at tilføje enzym efter hver cyklus med termisk denaturering af DNA. Enzymet blev klonet, modificeret og produceret i store mængder til kommercielt salg.

Katalysere biokemiske reaktioner

Undersøgelser af termostabile enzymer har ført til deres anvendelse i en lang række industrielle processer og har ført til et gennembrud inden for molekylærbiologi. Fra et bioteknologisk synspunkt er enzymerne i stand til at katalysere biokemiske reaktioner under ekstreme temperaturforhold..

For eksempel er der blevet anvendt forskning til at udvikle en proces til håndtering af kyllingefjeraffald uden brug af potentielt smitsomme mikroorganismer..

Den biologiske nedbrydning af kyllingefjeren medieret af produktionen af ​​keratinolytisk protease, der involverede brugen af ​​ikke-patogen termofil T. aquaticus, blev undersøgt (Bhagat, 2012).

Fødevarebioteknologi

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

Med dette undersøges det relative bidrag af termostabil gluten til brødkrummens struktur (Verbauwhede og Colb, 2017).

Nedbrydning af polychlorerede biphenylforbindelser

Med hensyn til anvendeligheden på det industrielle område anvendes enzymerne fra Thermus aquaticus som termofile bakterier til nedbrydning af polyklorerede biphenylforbindelser (PCB'er).

Disse forbindelser bruges som kølemiddel 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., en ikke-sporerende ekstrem termofil. 1969. J Bacteriol. Bind 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. En verden af ​​mikrober. Redaktionel fond for økonomisk kultur. Mexico. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Ekspression og undersøgelse af termostabile enzymer af bioteknologisk interesse Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORAL AFTALE Madrid. 2011.Tilgængelig på: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R og Rodellar C. Begrundelse for Polymerase Chain Reaction (PCR). AquaTIC nr. 15, november 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradering af polyklorerede bifenyler (PCB'er) af mikroorganismer ... Acta Universitaria [online] 2005, 15 (maj-august). Fås på redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus specie. Bioteknologihåndbøger. Springer Science Business Media, LLC. nitten femoghalvfems.

Endnu ingen kommentarer