Thermus aquaticuse omadused, elutsükkel, rakendused



Thermus aquaticus on termofiilne bakter, mille Thomas Brock avastas 1967. aastal Deinococcus-Thermuse varjupaigas. See on gramnegatiivne, heterotroofne ja aeroobne mikroorganism, millel on oma olemuselt termiline stabiilsus..

See saadakse erinevatest termilistest allikatest vahemikus 50 ° C kuni 80 ° C ja pH 6,0 kuni 10,5, Yellowstone'i rahvuspargis ja Põhja-Ameerika Kalifornias. Samuti on see isoleeritud kunstlikest elupaikadest.

See on kuumakindlate ensüümide allikas, mis elavad üle erinevate denatureerimistsüklite. Selles kontekstis on proteiinid ja ensüümid biotehnoloogiatööstusele eriti huvipakkuvad.

Nii kasutatakse seda moodustavaid ensüüme geenitehnoloogias, polümeraasi ahelreaktsioonis (PCR) ning teadus- ja kohtuekspertiisi uurimise vahendina (Williams ja Sharp, 1995)..

Indeks

  • 1 Üldised omadused
  • 2 Phylogeny ja taksonoomia
  • 3 Morfoloogia
  • 4 Elutsükkel
  • 5 Rakkude struktuur ja ainevahetus
  • 6 Rakendused
    • 6.1 fragmentide võimendamine
    • 6.2. Biokeemilised reaktsioonid
    • 6.3 Toidu biotehnoloogia
    • 6.4 Polüklooritud bifenüülühendite lagunemine
  • 7 Viited

Üldised omadused

See on gramnegatiivne

The Thermus aquaticus Grami värvimisprotsessi läbimisel omandab ta fuksia värvuse. Seda seetõttu, et peptidoglükaani seina on äärmiselt õhuke, nii et värvaineosakesed ei jää selle sisse.

Elupaik

See bakter on kavandatud taluma väga kõrgeid temperatuure. See tähendab, et selle looduslik elupaik asub planeedil, kus temperatuur ületab 50 ° C.

Selles mõttes on see bakter isoleeritud geiseritest, mis on kõige tavalisemad Yellowstone'i rahvuspargi omad; kuumaveeallikate kogu maailmas, samuti kunstliku sooja vee keskkonnas.

See on aeroobne

See tähendab, et Thermus aquaticus See on bakter, mis peab olema keskkonnas, mis tagab hapniku kättesaadavuse oma ainevahetusprotsesside läbiviimiseks.

See on termofiilne

See on üks kõige tüüpilisemaid omadusi Thermus aquaticus. See bakter on eraldatud kohtadest, kus temperatuur on äärmiselt kõrge.

The Thermus aquaticus See on väga eriline ja resistentne bakter, sest sellistel kõrgetel temperatuuridel, nagu need, mida see toetab, denatureeruvad enamiku elusolendite valgud ja lõpetavad nende funktsioonide pöördumatu täitmise.

Selle bakteri kasvutemperatuur on vahemikus 40 ° C kuni 79 ° C, optimaalse kasvutemperatuuriga 70 ° C.

Ta on heterotroofne

Nagu iga heterotroofne organism, vajab see bakter ka keskkonnas leiduvaid orgaanilisi ühendeid. Orgaanilise aine peamised allikad on ümbruses olevad bakterid ja vetikad, samuti pinnas.

See areneb kergelt leeliselises keskkonnas

Optimaalne pH, mille juures Thermus aquaticus võib areneda ilma valkude kaotamiseta, kuna nende funktsioon on 7,5–8. Tasub meeles pidada, et pH skaalal on 7 neutraalne. Üle selle on leeliseline ja happe all.

See toodab palju ensüüme

Thermus aquaticus See on mikroorganism, mis on olnud väga kasulik eksperimentaalselt tänu oma võimele elada kõrgetel temperatuuridel.

Noh, arvukate uuringute abil on kindlaks tehtud, et see sünteesib mitmeid ensüüme, mis uudishimulikult muudes mikroorganismides, samades temperatuurides denatureeruvad ja kaotavad oma funktsiooni.

Ensüümid, mis sünteesivad Thermus aquaticus mida on kõige rohkem uuritud;

  • Aldolaas
  • Taq I restriktsiooniensüüm
  • DNA ligaas
  • Leeliseline fosfataas
  • Isotsitraat dehüdrogenaasi
  • Amülomaltase

Filogeenia ja taksonoomia

See mikroorganism on raamitud klassikalise lähenemise alusel:

  • Kuningriik: bakterid
  • Varjupaik: Deinococcus-Thermus
  • Klass: Deinokokid
  • Tellimus: Thermales
  • Perekond: Thermaceae
  • Žanr: Thermus
  • Liik: Thermus aquaticus.

Morfoloogia

Bakter Thermus aquaticus kuulub pulgakujuliste bakterite (batsillide) rühma. Rakkude ligikaudne suurus on 4 kuni 10 mikronit. Mikroskoobis on näha väga suured rakud ja väikesed rakud. Rakupinnal ei ole ripsmeid ega lipu.

. \ T Thermus aquaticus Sellel on membraan, mis omakorda koosneb kolmest kihist: sisemisest plasmast, välimusest, millel on kare välimus ja vahepealne..

Seda tüüpi bakterite üks eripära on see, et oma sisemembraanis on struktuurid, mis näevad välja nagu vardad, mis on tuntud kui helendavad kehad..

Samamoodi sisaldavad need bakterid oma rakuseintes väga vähe peptidoglükaani ja erinevalt grampositiivsetest bakteritest sisaldavad nad lipoproteiine..

Loodusliku valgusega kokkupuutel võivad bakterite rakud võtta kollase, roosa või punase värvi. See on tingitud bakterirakkudes sisalduvatest pigmentidest.

Geneetiline materjal koosneb ühest ümmargusest kromosoomist, milles DNA sisaldub. Sellest moodustab umbes 65% guaniini ja tsütosiini nukleotiididest, st tümiini ja adeniini nukleotiidid moodustavad 35%..

Elutsükkel

Üldiselt paljunevad bakterid, kaasa arvatud T. aquaticus, rakkude jagunemise teel. Ainus DNA kromosoom hakkab korduma; see kordub, et oleks võimalik pärida kogu geneetiline informatsioon tütarrakkudest tänu ensüümile, mida nimetatakse DNA polümeraasiks. 20 minuti pärast on uus kromosoom täielik ja fikseeritud rakus olevasse kohta.

Jagamine jätkub ja 25 minuti pärast on kaks kromosoomi kahekordistunud. Jaotus ilmub lahtri keskele ja 38 min. tütarrakkudel on eraldatud seina seina, lõpetades aseksuaalse jaotuse 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Rakkude struktuur ja ainevahetus

Kuna tegemist on gramnegatiivse bakteriga, on sellel välismembraan (lipoproteiinikiht) ja periplasm (vesimembraan), kus asub peptidoglükaan. Silmade puudumine, täheldamist ei täheldatud.

Nende termofiilsete organismide lipiidide koostis peab kohanema konteksti temperatuuri kõikumistega, kus nad arenevad, et säilitada rakuprotsesside funktsionaalsust, kaotamata keemilist stabiilsust, mis on vajalik lahustumise vältimiseks kõrgel temperatuuril (Ray et al. 1971).

Teisest küljest on T. aquaticus saanud termostabiilsete ensüümide tõeliseks allikaks. Taq DNA polümeraas on ensüüm, mis katalüüsib topeltsidet tekitava substraadi lüüsi, seega on see seotud lüsaasi tüüpi ensüümidega (ensüümid, mis katalüüsivad sidemete vabanemist).

Arvestades, et see pärineb termofiilsest bakterist, talub see kõrgetel temperatuuridel pikaajalisi inkubatsioone (Lamble, 2009).

Tuleb märkida, et igal organismil on replikatsiooniks DNA polümeraas, kuid selle keemilise koostise tõttu ei talu see kõrgeid temperatuure. Seetõttu on taq DNA polümeraas peamine ensüüm, mida kasutatakse inimese genoomi järjestuste amplifitseerimiseks, samuti teiste liikide genoomid.

Rakendused

Tugevdage fragmente

Ensüümi termiline stabiilsus võimaldab seda kasutada meetodites DNA fragmentide amplifitseerimiseks in vitro replikatsiooni teel, nagu PCR (polümeraasi ahelreaktsioon) (Mas ja Colbs, 2001)..

Selleks on vajalikud esialgsed ja lõplikud praimerid (lühike nukleotiidjärjestus, mis annab DNA sünteesi alguspunkti), DNA polümeraas, deoksüribonukleotiidid trifosfaat, puhver ja katioonid..

Kõigi elementidega reaktsioonitoru asetatakse termotsüklerisse vahemikus 94 kuni 98 kraadi Celsiuse järgi, et DNA jagada lihtsateks ahelateks.

Alustage praimerite talitlust ja kuumutatakse uuesti vahemikus 75-80 kraadi. Alusta sünteesi DNA 5'-otsast kuni 3 '-ni.

Siin on termostabiilse ensüümi kasutamise tähtsus. Kui kasutati mõnda muud polümeraasi, hävitatakse see protsessi läbiviimiseks vajalike äärmuslike temperatuuride ajal.

Kary Mullis ja teised Cetus Corporationi teadlased avastasid vajaduse lisada ensüüm pärast iga DNA termilise denatureerimise tsüklit. Ensüüm klooniti, modifitseeriti ja toodeti suurtes kogustes kaubanduslikuks müügiks.

Katalüüsige biokeemilisi reaktsioone

Termostabiilsete ensüümide uuringud on viinud rakendamiseni suurele hulgale tööstuslikele protsessidele ja on olnud molekulaarbioloogia läbimurre. Biotehnoloogia seisukohast on selle ensüümid võimelised katalüüsima biokeemilisi reaktsioone äärmuslikes temperatuuritingimustes.

Näiteks on välja töötatud uuring, et töötada välja meetod kanaliha jäätmete käitlemiseks ilma potentsiaalselt nakkuslike mikroorganismide kasutamiseta..

Uurisime keratinolüütilise proteaasi tootmise vahendatud kana pliiatsi biolagundamist, mis tähendab termofiilsete mittepatogeensete T. aquaticus'e kasutamist (Bhagat, 2012).

Toidu biotehnoloogia

Gluteeni hüdrolüüs T. aquaticuse termoaktiivse seriinpeptiidaasi aqualysin1-ga algab üle 80 ° C leiva valmistamisel..

Sellega uuritakse termostabiilse gluteeni suhtelist panust leivapuru tekstuurile (Verbauwhede ja Colb, 2017).

Polüklooritud bifenüülühendite lagunemine

Mis puudutab kasulikkust tööstuse valdkonnas, siis kasutatakse polüklooritud bifenüülühendite (PCBde) lagundamisel Thermus aquaticuse ensüüme termofiilsete bakteritena..

Neid ühendeid kasutatakse külmutusagensitena elektriseadmetes. Toksilisus on väga lai ja selle lagunemine on väga aeglane (Ruíz, 2005).

Viited

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. ja sp. n., äärmuslikule termofiilile mitteporulatsioonile. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Mikroobide maailm. Toimetaja Majanduskultuuri taust. Mehhiko 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Biotehnoloogilise huvi termostabiilsete ensüümide ekspressioon ja uurimine Madridi autonoomne ülikool. DOCTORAL THESIS Madrid. 2011. Saadaval aadressil repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R ja Rodellar C. Polümeraasi ahelreaktsiooni (PCR) alus. AquaTIC nr 15, november 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., polüklooritud bifenüülide (PCBde) biolagundamine mikroorganismide poolt ... Ülikooli seadus [online] 2005, 15 (mai-august). Saadaval aadressil redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus. Biotehnoloogia käsiraamatud. Springer Science Business Media, LLC. 1995.