Vlastnosti Thermus aquaticus, životní cyklus, aplikace

2125
Anthony Golden

Thermus aquaticus je termofilní bakterie, kterou objevil Thomas Brock v roce 1967 a nachází se v kmeni Deinococcus-Thermus. Jedná se o gramnegativní, heterotrofní a aerobní mikroorganismus, který má jako svou vnitřní vlastnost tepelnou stabilitu.

Získává se z různých horkých pramenů mezi 50 ° C a 80 ° C a pH 6,0 až 10,5 v Yellowstonském národním parku a v Kalifornii v Severní Americe. Rovněž byl izolován z umělých tepelných stanovišť.

Thermus aquaticus. Bakterie usazené na 0,22 μm Millipore filtru (měřítko = 1 μm).

Je zdrojem tepelně odolných enzymů, které přežívají různé denaturační cykly. V této souvislosti jsou proteiny a enzymy zvláště zajímavé pro biotechnologický průmysl..

Takto se enzymy, které jej tvoří, používají v genetickém inženýrství, při polymerázové řetězové reakci (PCR) a jako nástroj pro vědecké a forenzní vyšetřování (Williams a Sharp, 1995)..

Rejstřík článků

  • 1 Obecná charakteristika
  • 2 Fylogeneze a taxonomie
  • 3 Morfologie
  • 4 Životní cyklus
  • 5 Struktura a metabolismus buněk
  • 6 Aplikace
    • 6.1 Amplifikujte fragmenty
    • 6.2 Katalyzujte biochemické reakce
    • 6.3 Potravinářská biotechnologie
    • 6.4 Degradace polychlorovaných bifenylových sloučenin
  • 7 Reference

Obecná charakteristika

Gejzír Yellowstone Park. Thermus aquaticus byl izolován z gejzíru. Zdroj: Pixabay

Je gramnegativní

The Thermus aquaticus Při vystavení procesu barvení podle Grama získává fuchsiové zabarvení. Je to proto, že stěna peptidoglykanu je extrémně tenká, takže v ní nejsou zachyceny částice barviva..

Místo výskytu

Tato bakterie je navržena tak, aby vydržela extrémně vysoké teploty. To znamená, že jejich přirozeným prostředím jsou místa na planetě, kde teploty přesahují 50 ° C.

V tomto smyslu byla tato bakterie izolována z gejzírů, nejběžnější jsou ty z Yellowstonského národního parku; z horkých pramenů po celém světě i z umělých horkovodních prostředí.

Je to aerobní

To znamená, že Thermus aquaticus je to bakterie, musí být v prostředí, které jí poskytuje dostupnost kyslíku, aby mohla provádět své metabolické procesy.

Je teplomilná

Toto je jedna z nejreprezentativnějších charakteristik Thermus aquaticus. Tato bakterie byla izolována z míst, kde jsou extrémně vysoké teploty..

The Thermus aquaticus Je to velmi speciální a odolná bakterie, protože při teplotách vyšších, než které podporuje, jsou proteiny většiny živých bytostí denaturovány a nenávratně přestávají plnit své funkce..

Tato bakterie má růstovou teplotu v rozmezí od 40 ° C do 79 ° C, přičemž optimální teplota růstu je 70 ° C..

Je to heterotrofní

Jako každý heterotrofní organismus vyžaduje tato bakterie pro svůj vývoj organické sloučeniny přítomné v životním prostředí. Hlavním zdrojem organické hmoty jsou bakterie a řasy přítomné v okolí i v okolní půdě..

Prosperuje v mírně zásaditém prostředí

Optimální pH při kterém Thermus aquaticus může se vyvinout bez ztráty funkce proteinů, které ho tvoří. Je mezi 7,5 a 8. Je třeba si uvědomit, že na stupnici pH 7 je neutrální. Nad tím je zásaditý a pod ním kyselý.

Produkuje velké množství enzymů

Thermus aquaticus Jedná se o mikroorganismus, který byl na experimentální úrovni velmi užitečný kvůli své schopnosti žít v prostředí s vysokými teplotami..

Četnými výzkumy bylo zjištěno, že syntetizuje četné enzymy, které se zvědavě v jiných mikroorganismech při stejných teplotách denaturují a ztrácejí svoji funkci.

Enzymy syntetizované Thermus aquaticus které byly studovány nejvíce;

  • Aldolasse
  • Taq I restrikční enzym
  • DNA ligáza
  • Alkalická fosfatáza
  • Isocitrát dehydrogenáza
  • Amylomaltáza

Fylogeneze a taxonomie

Tento mikroorganismus je rámován klasickým přístupem:

  • Království: Bakterie
  • Kmen: Deinococcus- Thermus
  • Třída: Deinococci
  • Objednávka: Thermales
  • Rodina: Thermaceae
  • Rod: Thermus
  • Druh: Thermus aquaticus.

Morfologie

Bakterie Thermus aquaticus patří do skupiny bakterií ve tvaru tyčinky (bacily). Buňky mají velikost přibližně 4 až 10 mikronů. Pod mikroskopem lze vidět velmi velké buňky i malé buňky. Na povrchu buněk nemají řasinky ani bičíky.

Buňka Thermus aquaticus Má membránu, která je zase složena ze tří vrstev: vnitřní plazmové vrstvy, vnějšího drsného vzhledu a meziproduktu.

Jednou z charakteristických charakteristik tohoto typu bakterií je to, že ve vnitřní membráně jsou struktury, které vypadají jako tyčinky, které jsou známé jako okrouhlá těla..

Podobně tyto bakterie obsahují ve své buněčné stěně velmi málo peptidoglykanu a na rozdíl od grampozitivních bakterií obsahují lipoproteiny..

Když jsou bakteriální buňky vystaveny přirozenému světlu, mohou se zbarvit do žluté, růžové nebo červené barvy. To je způsobeno pigmenty, které jsou obsaženy v bakteriálních buňkách..

Genetický materiál je tvořen jediným kruhovým chromozomem, ve kterém je obsažena DNA. Z toho přibližně 65% tvoří guaninové a cytosinové nukleotidy, přičemž nukleotidy thyminu a adeninu představují 35%..

Životní cyklus

Obecně se bakterie, včetně T. aquaticus, množí nepohlavně buněčným dělením. Jediný chromozom DNA se začíná replikovat; replikuje se, aby bylo možné zdědit veškerou genetickou informaci dceřiným buňkám díky přítomnosti enzymu zvaného DNA polymeráza. Po 20 minutách je nový chromozom kompletní a zafixoval se na místě v buňce.

Rozdělení pokračuje a po 25 minutách se dva chromozomy začaly duplikovat. Ve středu buňky se objeví dělení a za 38 minut. dceřiné buňky představují rozdělení oddělené zdí, které po 45-50 minutách ukončí nepohlavní rozdělení. (Dreifus, 2012).

Struktura buněk a metabolismus

Jelikož jde o gramnegativní bakterii, má vnější membránu (lipoproteinovou vrstvu) a periplazmu (vodnou membránu), kde se nachází peptidoglykan. Žádné řasy ani bičíky nejsou pozorovány.

Složení lipidů těchto teplomilných organismů se musí přizpůsobit teplotním výkyvům v kontextu, ve kterém se vyvíjejí, aby se zachovala funkčnost buněčných procesů, aniž by došlo ke ztrátě chemické stability nezbytné k zabránění rozpuštění při vysokých teplotách (Ray et al. 1971).

Na druhou stranu se T. aquaticus stal skutečným zdrojem termostabilních enzymů. Taq DNA polymeráza je enzym, který katalyzuje lýzu substrátu generujícího dvojnou vazbu, a proto souvisí s enzymy lyázového typu (enzymy, které katalyzují uvolňování vazeb).

Protože pochází z termofilní bakterie, odolává prodlouženým inkubacím při vysokých teplotách (Lamble, 2009).

Je třeba poznamenat, že každý organismus má pro svou replikaci DNA polymerázu, ale vzhledem ke svému chemickému složení neodolává vysokým teplotám. Proto je taq DNA polymeráza hlavním enzymem používaným k amplifikaci sekvencí lidského genomu i genomů jiných druhů..

Aplikace

Zesilte fragmenty

Tepelná stabilita enzymu umožňuje jeho použití v technikách k amplifikaci fragmentů DNA prostřednictvím replikace in vitro, jako je PCR (polymerázová řetězová reakce) (Mas a Colbs, 2001)..

K tomu vyžaduje počáteční a konečné primery (krátká nukleotidová sekvence, která poskytuje výchozí bod pro syntézu DNA), DNA polymeráza, deoxyribonukleotid trifosfát, pufrovací roztok a kationty..

Reakční zkumavka se všemi prvky je umístěna do tepelného cyklovače mezi 94 a 98 stupni Celsia, aby se DNA rozdělila na jednotlivé řetězce.

Výkon primerů začíná a znovu se zahřívá mezi 75-80 stupni Celsia. Iniciuje syntézu od 5 'do 3' konce DNA.

Zde je důležité použití termostabilního enzymu. Pokud by se použila jakákoli jiná polymeráza, zničila by se během extrémních teplot nezbytných k provedení procesu..

Kary Mullis a další vědci ze společnosti Cetus Corporation zjistili, že není nutné přidávat enzym po každém cyklu tepelné denaturace DNA. Enzym byl klonován, modifikován a produkován ve velkém množství pro komerční prodej.

Katalyzujte biochemické reakce

Studie termostabilních enzymů vedly k jejich aplikaci na širokou škálu průmyslových procesů a vedly k průlomu v molekulární biologii. Z biotechnologického hlediska jsou jeho enzymy schopné katalyzovat biochemické reakce za extrémních teplotních podmínek..

Například byl vyvinut výzkum zaměřený na vývoj procesu nakládání s odpadem z kuřecího peří bez použití potenciálně infekčních mikroorganismů..

Byla zkoumána biodegradace kuřecího peří zprostředkovaná produkcí keratinolytické proteázy zahrnující použití nepatogenní termofilní T. aquaticus (Bhagat, 2012).

Potravinářská biotechnologie

Hydrolýza lepku termoaktivní serinovou peptidázou aqualysin1 z T. aquaticus začíná při výrobě chleba nad 80 ° C.

Tímto způsobem je studován relativní příspěvek termostabilního lepku k struktuře strouhanky (Verbauwhede a Colb, 2017).

Degradace polychlorovaných bifenylových sloučenin

Pokud jde o využití v průmyslové oblasti, používají se enzymy Thermus aquaticus jako termofilní bakterie při degradaci polychlorovaných bifenylových sloučenin (PCB).

Tyto sloučeniny se používají jako chladiva v elektrických zařízeních. Toxicita je velmi široká a její degradace je velmi pomalá (Ruíz, 2005).

Reference

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. a sp. n., nesporulující extrémní termofil. 1969. J Bacteriol. Sv. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, Georgi. Svět mikrobů. Redakční fond pro ekonomickou kulturu. Mexiko. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Exprese a studium termostabilních enzymů biotechnologického zájmu Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORSKÁ PRÁCE Madrid. 2011. Dostupné na: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R a Rodellar C. Odůvodnění pro polymerázovou řetězovou reakci (PCR). AquaTIC č. 15, listopad 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradace polychlorovaných bifenylů (PCB) mikroorganismy… Acta Universitaria [online] 2005, 15 (květen-srpen). K dispozici na redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus specie. Příručky o biotechnologii. Springer Science Business Media, LLC. devatenáct devadesát pět.

Zatím žádné komentáře