THERMUS AQUATICUS: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЖИЗНЕН ЦИКЪЛ, ПРИЛОЖЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Thermus aquaticus е термофилна бактерия, открита от Томас Брок през 1967 г., разположена в Phylum Deinococcus-Thermus. Това е грам-отрицателен, хетеротрофен и аеробен микроорганизъм, който има термична стабилност като присъщо свойство.

Получава се от различни горещи извори между 50 ° C и 80 ° C, и pH от 6,0 до 10,5, в Национален парк Йелоустоун и в Калифорния в Северна Америка. Той също е изолиран от изкуствени термични местообитания.

Thermus aquaticus. Бактериите, депозирани върху 0,22 μm Millipore филтър (мащаб = 1 μm).

Той представлява източник на топлинно устойчиви ензими, които преживяват различните цикли на денатурация. В този контекст протеините и ензимите представляват особен интерес за биотехнологичната индустрия.

Ето как ензимите, които го съставят, се използват в генното инженерство, в полимеразната верижна реакция (PCR) и като инструмент за научни и криминалистични изследвания (Williams and Sharp, 1995).

Основни характеристики

Йелоустоун парк гейзер. Thermus aquaticus беше изолиран от гейзер. Източник: Pixabay

Той е грам отрицателен

Thermus aquaticus, когато е подложен на процеса на оцветяване по Грам, придобива оцветяване на фуксия. Това е така, защото пептидогликановата стена е изключително тънка, така че частиците на багрилото да не бъдат хванати в нея.

Среда на живот

Тази бактерия е проектирана да издържа на изключително високи температури. Това означава, че тяхното естествено местообитание са места на планетата, където температурите надвишават 50 ° C.

В този смисъл тази бактерия е изолирана от гейзери, като най-често срещаните са тези от Националния парк Йелоустоун; от горещи извори по света, както и от изкуствени среди с гореща вода.

Аеробно е

Това означава, че Thermus aquaticus е бактерия, той трябва да бъде в среда, която му осигурява наличност на кислород, за да може да осъществява метаболитните си процеси.

Термофилен е

Това е една от най-представителните характеристики на Thermus aquaticus. Тази бактерия е изолирана от места, където температурите са изключително високи.

Thermus aquaticus е много специална и устойчива бактерия, тъй като при температури, по-високи от тези, които поддържа, протеините при повечето живи същества се денатурират и необратимо престават да изпълняват функциите си.

Тази бактерия има температура на растеж, която варира от 40 ° C до 79 ° C, като оптималната температура за растеж е 70 ° C.

Той е хетеротрофен

Както всеки хетеротрофен организъм, тази бактерия изисква органични съединения, присъстващи в околната среда, за да се развият. Основните източници на органична материя са бактериите и водораслите, присъстващи в околната среда, както и заобикалящата ги почва.

Вирее в леко алкална среда

Оптималното рН, при което Thermus aquaticus може да се развие без протеините, които го съдържат, губи своята функция, е между 7,5 и 8. Заслужава да се помни, че в рН скалата 7 е неутрална. Над това е алкален, а под него - кисел.

Произвежда голям брой ензими

Thermus aquaticus е микроорганизъм, който е бил много полезен на експериментално ниво поради способността си да живее в среда с високи температури.

Е, чрез многобройни проучвания беше установено, че той синтезира многобройни ензими, които любопитно при други микроорганизми при същите температури стават денатурирани и губят своята функция.

Ензимите, синтезирани от Thermus aquaticus, които са най-проучени са;

• Aldolasse
• Рестрикционен ензим Taq I
• ДНК лигаза
• Алкална фосфатаза
• Изоцитратна дехидрогеназа
• Amylomaltase

Филогения и таксономия

Този микроорганизъм е формулиран при класическия подход:

• Царство: Бактерии
• Тип: Deinococcus-Thermus
• Клас: Deinococci
• Поръчка: Термали
• Семейство: Thermaceae
• Род: Термус
• Видове: Thermus aquaticus.

морфология

Бактерията Thermus aquaticus принадлежи към групата на пръчковидните бактерии (бацили). Клетките са с размер приблизително 4 до 10 микрона. Под микроскоп могат да се видят много големи клетки, както и малки клетки. Те нямат реснички или жгутици по клетъчната повърхност.

Клетката Thermus aquaticus има мембрана, която от своя страна е изградена от три слоя: вътрешен плазмен слой, външен грапав вид и междинен слой.

Една от отличаващите се характеристики на този тип бактерии е, че във вътрешната му мембрана има структури, които приличат на пръчки, известни като тела на ротонд.

По същия начин тези бактерии съдържат много малко пептидогликан в клетъчната си стена и за разлика от грам-положителните бактерии съдържа липопротеини.

Когато са изложени на естествена светлина, клетките на бактериите могат да станат жълти, розови или червени. Това се дължи на пигментите, които се съдържат в бактериалните клетки.

Генетичният материал е изграден от единична кръгова хромозома, в която се съдържа ДНК. От това приблизително 65% се състои от нуклеотиди на гуанин и цитозин, като тиминовите и адениновите нуклеотиди представляват 35%.

Кръговат на живота

По принцип бактериите, включително T. aquaticus, се възпроизвеждат асексуално чрез делене на клетките. Единичната ДНК хромозома започва да се възпроизвежда; той се възпроизвежда, за да може да наследи цялата генетична информация към дъщерните клетки, поради наличието на ензима, наречен ДНК полимераза. След 20 минути новата хромозома е завършена и се фиксира на мястото си в клетката.

Разделянето продължава и след 25 минути двете хромозоми започнаха да се дублират. Разделение се появява в центъра на клетката и на 38 минути. дъщерните клетки представят разделението, разделено от стена, което завършва безсексуалното деление на 45-50 минути. (Драйфус, 2012).

Клетъчна структура и метаболизъм

Тъй като е грамотрицателна бактерия, тя има външна мембрана (липопротеинов слой) и периплазма (водна мембрана), където се намира пептидогликана. Не се наблюдават реснички или жгутици.

Съставът на липидите на тези термофилни организми трябва да се адаптира към колебанията в температурата на контекста, в който те се развиват, да поддържа функционалността на клетъчните процеси, без да губи химическата стабилност, необходима за избягване на разтварянето при високи температури (Ray et al. 1971).

От друга страна, T. aquaticus се е превърнал в истински източник на термостабилни ензими. Taq ДНК полимераза е ензим, който катализира лизиса на субстрат, като генерира двойна връзка, така че е свързан с ензимите от лиазен тип (ензими, които катализират освобождаването на връзки).

Тъй като произлиза от термофилна бактерия, тя издържа на дълги инкубации при високи температури (Lamble, 2009).

Трябва да се отбележи, че всеки организъм има ДНК полимераза за репликацията си, но поради химичния си състав не издържа на високи температури. Ето защо taq ДНК полимеразата е основният ензим, използван за амплифициране на последователности на човешкия геном, както и геноми на други видове.

Приложения

Амплифицирайте фрагменти

Топлинната стабилност на ензима позволява използването му в техники за амплифициране на ДНК фрагменти чрез in vitro репликация, като PCR (полимеразна верижна реакция) (Mas and Colbs, 2001).

Това изисква първоначални и крайни праймери (къса нуклеотидна последователност, която осигурява отправна точка за синтеза на ДНК), ДНК полимераза, дезоксирибонуклеотиди трифосфат, буферен разтвор и катиони.

Реакционната тръба с всички елементи се поставя в термичен циклер между 94 и 98 градуса по Целзий, за да се раздели ДНК на единични нишки.

Изпълнението на праймерите започва и повторното нагряване се случва отново между 75-80 градуса по Целзий. Започва синтез от 5 'до 3' края на ДНК.

Тук е значението на използването на термостабилния ензим. Ако се използва друга полимераза, тя би била унищожена по време на екстремните температури, необходими за провеждане на процеса.

Кари Мълис и други изследователи от Cetus Corporation откриха изключването на необходимостта от добавяне на ензим след всеки цикъл на термична денатурация на ДНК. Ензимът беше клониран, модифициран и произведен в големи количества за търговска продажба.

Катализират биохимичните реакции

Хидролизата на глутен от термоактивната серин пептидаза аквалилизин1 от T. aquaticus, започва над 80 ° С в производството на хляб.

С това се изучава относителният принос на термоустойчивия глутен за текстурата на хлябната трохи (Verbauwhede and Colb, 2017).

Разграждане на полихлорирани бифенилови съединения

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. н. и sp. n., неспортиращ екстремен термофил. 1969. J Бактериол. Том 98 (1). 289-297.
2. Драйфус Кортес, Джордж. Светът на микробите. Редакционен фонд за икономическа култура. Мексико. 2012 година.
3. Ferreras P. Eloy R. Изразяване и изследване на термостабилни ензими от биотехнологичен интерес Universidad Autónoma de Madrid. ЛЕКАРСТВЕН ТЕЗИ Мадрид. 2011. Достъпно на: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Saragoza P, Osta R и Rodellar C. Обосновка на полимеразната верижна реакция (PCR). AquaTIC n ° 15, ноември 2001 г.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Биоразграждане на полихлорирани бифенили (PCBs) от микроорганизми.. Acta Universitaria 2005, 15 (май-август). Достъпно на redalyc.org.
6. Sharp R, Уилям Р. Термус. Наръчници по биотехнология. Springer Science Business Media, LLC. деветнадесет деветдесет и пет.