Характеристики на Thermus aquaticus, жизнен цикъл, приложения



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

Получава се от различни термични източници между 50 ° С и 80 ° С и рН 6,0 до 10,5, в Националния парк Йелоустоун и в Калифорния в Северна Америка. Той е изолиран и от изкуствени термични местообитания.

Той е източник на устойчиви на топлина ензими, които преживяват различните цикли на денатурация. В този контекст, протеините и ензимите са от 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 съдебни изследвания (Williams and Sharp, 1995)..

индекс

  • 1 Общи характеристики
  • 2 Филогенеза и таксономия
  • 3 Морфология
  • 4 Жизнен цикъл
  • 5 Клетъчна структура и метаболизъм
  • 6 Приложения
    • 6.1 Увеличете фрагментите
    • 6.2 Катализиране на биохимичните реакции
    • 6.3 Хранителна биотехнология
    • 6.4 Разграждане на полихлорирани бифенилови съединения
  • 7 Препратки

Общи характеристики

Той е грам отрицателен

на Thermus aquaticus когато е подложен на процеса на оцветяване по Грам, той придобива оцветяване с фуксия. Това е така, защото стената на пептидогликана е изключително тънка, така че частиците на багрилото не са в капан.

хабитат

Тази бактерия е проектирана да издържа на изключително високи температури. Това означава, че естественото му местообитание е място на планетата, където температурите надвишават 50 ° C.

В този смисъл, тази бактерия е била изолирана от гейзери, които са най-често срещаните в Националния парк Йелоустоун; на горещи извори по света, както и изкуствена топла вода.

Тя е аеробна

Това означава, че Thermus aquaticus Това е бактерия, която трябва да бъде в среда, която осигурява кислороден капацитет за осъществяване на техните метаболитни процеси.

То е термофилно

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

на Thermus aquaticus Той е много специална и устойчива бактерия, тъй като при високи температури, които поддържа, протеините в повечето живи същества се денатурират и спират да изпълняват функциите си необратимо.

Тази бактерия има температура на растеж, която варира от 40 ° C до 79 ° C, с оптимална температура на растеж от 70 ° C.

Той е хетеротрофен

Подобно на всеки хетеротрофен организъм, тази бактерия изисква органични съединения в околната среда да се развиват. Основните източници на органични вещества са бактериите и водораслите, намиращи се в околностите, както и почвата наоколо.

Развива се в слабо алкални среди

Оптималното рН, при което Thermus aquaticus може да се развие без протеините, които правят загубата на функцията си между 7,5 и 8. Струва си да се помни, че при скалата на рН 7 е неутрален. Над това е алкална и под киселина.

Той произвежда много ензими

Thermus aquaticus Това е микроорганизъм, който е много полезен експериментално поради способността му да живее в среда с високи температури.

Е, чрез многобройни изследвания е установено, че той синтезира много ензими, които, любопитно, в други микроорганизми, при същите тези температури, денатурират и губят своята функция.

Ензимите, които синтезират Thermus aquaticus най-много са проучени;

  • алдолаза
  • Taq I рестрикционен ензим
  • ДНК лигаза
  • Алкална фосфатаза
  • Изоцитратна дехидрогеназа
  • amylomaltase

Филогенеза и таксономия

Този микроорганизъм е оформен по класическия подход:

  • Кралство: Бактерии
  • Тип: Deinococcus- Thermus
  • Клас: Deinococci
  • Поръчка: Термали
  • Семейство: Термични
  • Жанр: Термус
  • Видове: Thermus aquaticus.

морфология

Бактерията Thermus aquaticus принадлежи към групата на пръчковидните бактерии (bacilli). Клетките имат приблизителен размер между 4 и 10 микрона. В микроскопа могат да се видят много големи клетки, както и малки клетки. Няма реснички или флагела на клетъчната повърхност.

Клетката на Thermus aquaticus Той има мембрана, която от своя страна се състои от три слоя: вътрешна плазма, външна с груб вид и междинен..

Една от отличителните характеристики на този тип бактерии е, че в нейната вътрешна мембрана има структури, които приличат на пръчици, които са известни като звучни тела..

По същия начин, тези бактерии съдържат много малко пептидогликан в техните клетъчни стени и за разлика от грам-положителните бактерии, те съдържат липопротеини..

Когато са изложени на естествена светлина, клетките на бактериите могат да поемат жълт, розов или червен цвят. Това се дължи на пигментите, които се съдържат в бактериалните клетки.

Генетичният материал се състои от една единствена кръгова хромозома, в която се съдържа ДНК. От това приблизително 65% са съставени от нуклеотиди на гуанин и цитозин, като нуклеотидите на Thymine и Adenine представляват 35%.

Жизнен цикъл

Като цяло бактериите, включително Т. aquaticus, се размножават асексуално чрез клетъчно делене. Единствената ДНК хромозома започва да се възпроизвежда; той се възпроизвежда, за да може да наследи цялата генетична информация от дъщерните клетки, поради наличието на ензима, наречен ДНК полимераза. След 20 минути новата хромозома е пълна и фиксирана на място в клетката.

Разделянето продължава и след 25 минути двете хромозоми започват да се удвояват. Разделянето се появява в центъра на клетката и на 38 минути. дъщерните клетки имат разделение разделено със стена, което завършва асексуалното разделяне на 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Клетъчна структура и метаболизъм

Тъй като е грам-отрицателна бактерия, тя има външна мембрана (липопротеинов слой) и периплазма (водна мембрана), където се намира пептидогликан. Няма реснички, не се наблюдават флагели.

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

От друга страна, T. aquaticus се превърна в истински източник на термостабилни ензими. Taq ДНК полимеразата е ензим, който катализира лизиса на субстрат, генериращ двойна връзка, така че е свързан с ензими от типа на лиаза (ензими, които катализират освобождаването на връзките)..

Като се има предвид, че той идва от термофилна бактерия, той се противопоставя на продължителни инкубации при високи температури (Lamble, 2009).

Трябва да се отбележи, че всеки организъм има ДНК полимераза за репликация, но поради своя химичен състав не издържа на високи температури. Ето защо так ДНК полимеразата е основният ензим, използван за усилване на последователностите на човешкия геном, както и на геномите на други видове..

приложения

Увеличете фрагментите

Термичната стабилност на ензима позволява да се използва в техники за амплифициране на ДНК фрагменти чрез ин витро репликация, като PCR (полимеразна верижна реакция) (Mas and Colbs, 2001)..

За това са необходими първоначални и крайни праймери (къса нуклеотидна последователност, която осигурява начална точка за синтез на ДНК), ДНК полимераза, дезоксирибонуклеотиди трифосфат, буфер и катиони..

Реакционната тръба с всички елементи се поставя в термоциклер между 94 и 98 градуса по Целзий, за да се раздели ДНК на прости вериги.

Започнете работата на грундовете и повторното нагряване се появява отново между 75-80 градуса по Целзий. Започнете синтеза от 5 'края до 3' на ДНК.

Ето значението на използването на термостабилния ензим. Ако се използва някаква друга полимераза, тя ще бъде унищожена по време на екстремните температури, необходими за осъществяване на процеса.

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

Катализирайте биохимичните реакции

Проучванията на термостабилните ензими са довели до прилагането им в широк спектър от промишлени процеси и са пробив в молекулярната биология. От биотехнологична гледна точка, нейните ензими са способни да катализират биохимичните реакции при екстремни температурни условия.

Например, разработени са изследвания за разработване на процес за управление на отпадъците от пилешко перо без използването на потенциално инфекциозни микроорганизми..

Изследвахме биоразграждането на пилешкото перо, медиирано от производството на кератинолитична протеаза, което предполага използването на термофилни непатогенни Т. aquaticus (Bhagat, 2012).

Хранителни биотехнологии

Хидролизата на глутен чрез термоактивната серин пептидаза aqualysin1 на T. aquaticus започва при температура над 80 ° C при производството на хляб.

С това се изследва относителният принос на термостабилния глутен към структурата на хлебната трохичка (Verbauwhede и Colb, 2017).

Разграждане на полихлорирани бифенилови съединения

Що се отнася до полезността в промишлеността, ензимите на Thermus aquaticus като термофилни бактерии се прилагат при разграждането на полихлорирани бифенили (PCBs).

Тези съединения се използват като хладилни агенти в електрическото оборудване. Токсичността е много широка и нейното разграждане е много бавно (Ruíz, 2005).

препратки

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. п. и sp. п., за неспособен краен термофил. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Драйфус Кортес, Джордж. Светът на микробите. Редакционна икономическа култура. Мексико. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Изразяване и изследване на термостабилни ензими от биотехнологичния интерес на автономния университет в Мадрид. ДОКТОРСКА ДИСЦИПЛИНА Мадрид. 2011. Налично на: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R и Rodellar C. Основа на полимеразната верижна реакция (PCR). АкваТИК № 15, ноември 2001г.
  5. Руиз-Агилар, Грасиела М. Л., Биодеградация на полихлорирани бифенили (ПХБ) от микроорганизми ... Закон за университета [онлайн] 2005, 15 (май-август). Предлага се на redalyc.org.
  6. Sharp R, видът на William R. Thermus. Наръчници по биотехнология. Springer Science Business Media, LLC. 1995.