Značilnosti Thermus aquaticus, življenjski cikel, aplikacije



Thermus aquaticus je termofilna bakterija, ki jo je odkril Thomas Brock leta 1967, ki se nahaja v Phylum Deinococcus-Thermus. Gre za gram-negativen, heterotrofni in aerobni mikroorganizem, ki ima kot notranjo lastnost toplotno stabilnost..

Pridobiva se iz različnih toplotnih virov med 50 ° C in 80 ° C in pH 6,0 do 10,5, v Narodnem parku Yellowstone in v Kaliforniji v Severni Ameriki. Izolirana je bila tudi iz umetnih termalnih habitatov.

Je vir toplotno odpornih encimov, ki preživijo različne denaturacijske cikle. V tem kontekstu so beljakovine in encimi posebno pomembni za biotehnološko industrijo.

Tako se encimi, ki ga sestavljajo, uporabljajo v genskem inženirstvu, v polimerazni verižni reakciji (PCR) in kot orodje za znanstvene in forenzične raziskave (Williams in Sharp, 1995)..

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Filogenija in taksonomija
  • 3 Morfologija
  • 4 Življenjski cikel
  • 5 Celična struktura in presnova
  • 6 Aplikacije
    • 6.1 Ojačajte fragmente
    • 6.2 Katalitične biokemične reakcije
    • 6.3 Živilska biotehnologija
    • 6.4 Razgradnja polikloriranih bifenilnih spojin
  • 7 Reference

Splošne značilnosti

To je negativno

The Thermus aquaticus ko je podvržen procesu obarvanja po Gramu, pridobi obarvanost fuksije. To je zato, ker je stena peptidoglikana izredno tanka, tako da v njem niso ujeti delci barve.

Habitat

Ta bakterija je zasnovana tako, da vzdrži izredno visoke temperature. To pomeni, da so njegovi naravni habitati kraji na planetu, kjer temperature presežejo 50 ° C.

V tem smislu je bila ta bakterija izolirana iz gejzirjev, ki so najpogostejši tisti v Nacionalnem parku Yellowstone; vročih vrelcev po svetu, pa tudi umetnih okoljih z vročo vodo.

Je aerobna

To pomeni, da Thermus aquaticus Bakterija je v okoljih, ki zagotavljajo razpoložljivost kisika za izvajanje presnovnih procesov.

Je termofilna

To je ena izmed najbolj reprezentativnih značilnosti Thermus aquaticus. Ta bakterija je bila izolirana iz mest, kjer so temperature zelo visoke.

The Thermus aquaticus Je zelo posebna in odporna bakterija, ker pri visokih temperaturah, kot jih podpira, so beljakovine v večini živih bitij denaturirane in ne opravljajo svojih funkcij nepovratno..

Ta bakterija ima temperaturo rasti od 40 ° C do 79 ° C, z optimalno temperaturo rasti 70 ° C.

Je heterotrofen

Tako kot vsak heterotrofni organizem potrebuje ta bakterija, da se razvijejo organske spojine v okolju. Glavni viri organskih snovi so bakterije in alge, ki so prisotne v okolici, kot tudi tla okoli njih.

Razvija se v rahlo alkalnih okoljih

Optimalni pH, pri katerem. \ T Thermus aquaticus se lahko razvijejo brez beljakovin, zaradi katerih izgubi funkcijo med 7,5 in 8. Pomembno je vedeti, da je na lestvici pH 7 nevtralna. Nad tem je alkalna in pod kislino.

Proizvaja veliko encimov

Thermus aquaticus To je mikroorganizem, ki je bil zelo uporaben eksperimentalno zaradi svoje sposobnosti, da živi v okoljih z visokimi temperaturami.

S številnimi raziskavami je bilo ugotovljeno, da sintetizira številne encime, ki jih v drugih mikroorganizmih, pri istih temperaturah, denaturirajo in izgubijo funkcijo..

Encimi, ki sintetizirajo Thermus aquaticus kar so najbolj preučevali;

  • Aldolase
  • Taq I restrikcijski encim
  • DNA Ligase
  • Alkalna fosfataza
  • Izocitratna dehidrogenaza
  • Amilomaltaza

Filogenija in taksonomija

Ta mikroorganizem je uokvirjen po klasičnem pristopu:

  • Kraljevina: Bakterije
  • Deblo: Deinococcus-Thermus
  • Razred: Deinokoki
  • Naročilo: Thermales
  • Družina: Thermaceae
  • Žanr: Thermus
  • Vrsta: Thermus aquaticus.

Morfologija

Bakterija Thermus aquaticus spada v skupino paličastih bakterij (bacilli). Celice imajo približno velikost od 4 do 10 mikronov. V mikroskopu lahko vidite zelo velike celice, kot tudi majhne celice. Na celični površini ni cilij ali zastavic.

Celica Thermus aquaticus Ima membrano, ki je sestavljena iz treh plasti: notranje plazme, zunanjega, grobega videza in vmesne plazme..

Ena od razpoznavnih značilnosti te vrste bakterij je, da v njeni notranji membrani obstajajo strukture, ki so podobne palicam, ki so znane kot odmevna telesa..

Prav tako te bakterije vsebujejo zelo malo peptidoglikana v njihovih celičnih stenah in za razliko od gram pozitivnih bakterij vsebujejo lipoproteine.

Če so izpostavljene naravni svetlobi, lahko celice bakterije prevzamejo rumeno, rožnato ali rdečo barvo. To je posledica pigmentov, ki jih vsebujejo bakterijske celice.

Genetski material je sestavljen iz enega krožnega kromosoma, v katerem je DNA. Od tega je približno 65% sestavljenih iz nukleotidov gvanina in citozina, kar pomeni, da nukleotidi Thymine in Adenine predstavljajo 35%.

Življenjski cikel

Na splošno se bakterije, vključno s T. aquaticus, razmnožujejo s celično delitvijo. Edini kromosom DNA se začne razmnoževati; ponavlja se, da bi lahko podedoval vse genetske informacije iz hčerinskih celic, zaradi prisotnosti encima, imenovanega DNA polimeraza. Po 20 minutah je nov kromosom popoln in fiksiran na mestu v celici.

Delitev se nadaljuje in po 25 minutah sta se kromosoma začela podvajati. Delitev se pojavi v središču celice in pri 38 min. hčerinske celice imajo delitev ločeno s steno, ki konča aseksualno delitev na 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Celična struktura in presnova

Ker gre za gram-negativno bakterijo, ima zunanjo membrano (lipoproteinsko plast) in periplazmo (vodna membrana), kjer se nahaja peptidoglikan. Nobenih cilij, ni opaznih flagel.

Sestava lipidov teh termofilnih organizmov se mora prilagoditi nihanjem temperature v okolju, kjer se razvijajo, da se ohrani funkcionalnost celičnih procesov, ne da bi pri tem izgubili kemijsko stabilnost, potrebno za preprečitev raztapljanja pri visokih temperaturah (Ray et al. 1971).

Po drugi strani je T. aquaticus postal pravi vir termostabilnih encimov. Taq DNA polimeraza je encim, ki katalizira lizo substrata, ki generira dvojno vez, zato je povezan z encimi tipa lize (encimi, ki katalizirajo sproščanje vezi)..

Glede na to, da prihaja iz termofilne bakterije, je odporen na dolgotrajne inkubacije pri visokih temperaturah (Lamble, 2009).

Treba je opozoriti, da ima vsak organizem DNK polimerazo za replikacijo, vendar zaradi svoje kemijske sestave ne vzdrži visokih temperatur. Zato je taq DNA polimeraza glavni encim, ki se uporablja za ojačanje zaporedij človeškega genoma, kot tudi genomov drugih vrst..

Aplikacije

Razširi fragmente

Termična stabilnost encima omogoča uporabo v tehnikah za ojačanje fragmentov DNA z in vitro replikacijo, kot je PCR (verižna reakcija s polimerazo) (Mas in Colbs, 2001)..

Za to so potrebni začetni in končni primerji (kratka nukleotidna sekvenca, ki zagotavlja izhodišče za sintezo DNK), DNA polimeraza, deoksiribonukleotidi trifosfat, pufer in kationi..

Reakcijska cev z vsemi elementi je nameščena v termalnem ciklerju med 94 in 98 stopinj Celzija, da se DNK razdeli na preproste verige.

Začetek delovanja temeljnih premazov in ponovno segrevanje se ponovi med 75-80 stopinj Celzija. Začnite sintezo od 5 'konca do 3' DNA.

Tu je pomembnost uporabe termostabilnega encima. Če bi uporabili katerokoli drugo polimerazo, bi se uničila med ekstremnimi temperaturami, potrebnimi za izvedbo postopka.

Kary Mullis in drugi raziskovalci v podjetju Cetus Corporation so odkrili izključitev potrebe po dodajanju encima po vsakem ciklu toplotne denaturacije DNA. Encim je bil kloniran, modificiran in proizveden v velikih količinah za komercialno prodajo.

Katalizirati biokemične reakcije

Študije termostabilnih encimov so privedle do uporabe v številnih industrijskih procesih in so bile preboj v molekularni biologiji. Z biotehnološkega vidika so njeni encimi sposobni katalizirati biokemične reakcije v ekstremnih temperaturnih pogojih.

Na primer, razvite so bile raziskave za razvoj postopka za upravljanje odpadkov piščančjega perja brez uporabe potencialno infektivnih mikroorganizmov..

Raziskali smo biorazgradljivost piščančjega peresnika, ki je posredovan s proizvodnjo keratinolitične proteaze, kar pomeni uporabo termofilne nepatogene T. aquaticus (Bhagat, 2012).

Živilska biotehnologija

Hidroliza glutena s termoaktivno serinsko peptidazo aqualysin1 iz T. aquaticus se začne pri 80 ° C pri pripravi kruha..

S tem se preučuje relativni prispevek termostabilnega glutena k teksturi krušne drobtine (Verbauwhede in Colb, 2017)..

Razgradnja polikloriranih bifenilnih spojin

Pri uporabi v industrijskem področju se encimi Thermus aquaticus kot termofilne bakterije uporabljajo pri razgradnji polikloriranih bifenilov (PCB)..

Te spojine se uporabljajo kot hladilna sredstva v električni opremi. Toksičnost je zelo široka in je njena degradacija zelo počasna (Ruíz, 2005)..

Reference

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. in sp. n., do ekstremne termofile. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Svet mikrobov. Uredniško gospodarsko kulturno ozadje. Mehika 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Izražanje in proučevanje termostabilnih encimov biotehnološkega interesa Avtonomna univerza v Madridu. DOKTORSKE TEZI Madrid. 2011. Na voljo na: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R in Rodellar C. Osnove polimerazne verižne reakcije (PCR). AquaTIC št. 15, november 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biološka razgradnja polikloriranih bifenilov (PCB) s strani mikroorganizmov ... Univerzitetni akt [na spletu] 2005, 15 (maj-avgust). Na voljo na redalyc.org.
  6. Sharp R, vrsta vrste William R. Thermus. Biotehnološki priročniki. Springer Science Business Media, LLC. 1995.