THERMUS AQUATICUS: OMINAISUUDET, ELINKAARI, SOVELLUKSET - BIOLOGIA - 2026

Thermus aquaticus on Thomas Brockin vuonna 1967 löytämä termofiilinen bakteeri, joka sijaitsee Phylum Deinococcus-Thermus -alueella. Se on gram-negatiivinen, heterotrofinen ja aerobinen mikro-organismi, jolla on lämpöstabiilisuus luontaisena ominaisuutena.

Sitä saadaan useista kuumista lähteistä, joiden lämpötila on välillä 50 ° C - 80 ° C ja pH 6,0 - 10,5, Yellowstonen kansallispuistossa ja Kaliforniassa, Pohjois-Amerikassa. Se on myös eristetty keinotekoisista lämpöelinympäristöistä.

Thermus aquaticus. Bakteerit saostuivat 0,22 μm Millipore-suodattimeen (mittakaava = 1 μm).

Se on lämmönkestävien entsyymien lähde, joka selviää erilaisista denaturoitumisjaksoista. Tässä yhteydessä proteiinit ja entsyymit ovat erityisen kiinnostavia bioteknologiateollisuudelle.

Näin sitä muodostavia entsyymejä käytetään geenitekniikassa, polymeraasiketjureaktiossa (PCR) ja tieteellisenä ja oikeuslääketieteen tutkimusvälineenä (Williams ja Sharp, 1995).

Yleispiirteet, yleiset piirteet

Yellowstone Park Geyser. Thermus aquaticus eristettiin geyseristä. Lähde: Pixabay

Se on gram-negatiivinen

Kun Thermus aquaticus altistetaan gram-värjäysprosessille, se saa fuksiavärin. Tämä johtuu siitä, että peptidoglykaanin seinämä on erittäin ohut, joten väriainepartikkelit eivät ole juuttuneet siihen.

elinympäristö

Tämä bakteeri on suunniteltu kestämään erittäin korkeita lämpötiloja. Tämä tarkoittaa, että heidän luontotyyppinsä on paikat planeetalla, joissa lämpötilat ylittävät 50 ° C.

Tässä mielessä tämä bakteeri on eristetty geysereistä, yleisin on Yellowstonen kansallispuiston bakteerit; kuumista lähteistä ympäri maailmaa, samoin kuin keinotekoisista kuuman veden ympäristöistä.

Se on aerobista

Tämä tarkoittaa, että Thermus aquaticus on bakteeri, sen on oltava ympäristöissä, jotka tarjoavat sille happea saatavuuden sen aineenvaihduntaprosessien suorittamiseksi.

On termofiilinen

Tämä on yksi Thermus aquaticuksen edustavimmista ominaisuuksista. Tämä bakteeri on eristetty paikoista, joissa lämpötilat ovat erittäin korkeat.

Thermus aquaticus on hyvin erityinen ja vastustuskykyinen bakteeri, koska niin korkeissa lämpötiloissa kuin se tukee, useimpien elävien olentojen proteiinit denaturoituvat ja lakkaavat peruuttamattomasti toimintansa suorittamassa.

Tämän bakteerin kasvulämpötila on 40 ° C - 79 ° C, optimaalisen kasvulämpötilan ollessa 70 ° C.

Se on heterotrofinen

Kuten kaikki heterotrofiset organismit, tämä bakteeri vaatii ympäristössä läsnä olevia orgaanisia yhdisteitä kehittyäkseen. Tärkeimmät orgaanisen aineen lähteet ovat ympäristössä esiintyvät bakteerit ja levät, sekä ympäröivä maaperä.

Se kukoistaa hieman emäksisissä ympäristöissä

Optimaalinen pH, jossa Thermus aquaticus voi kehittyä ilman, että sitä sisältävät proteiinit menettävät toimintansa, on välillä 7,5 - 8. On syytä muistaa, että pH-asteikolla 7 on neutraali. Tämän yläpuolella se on alkalinen ja alapuolella hapan.

Tuottaa suuren määrän entsyymejä

Thermus aquaticus on mikro-organismi, joka on ollut erittäin hyödyllinen kokeellisella tasolla johtuen kyvystään elää korkeissa lämpötiloissa.

No, lukuisten tutkimusten avulla on määritetty, että se syntetisoi useita entsyymejä, jotka uteliaana muissa mikro-organismeissa samoissa lämpötiloissa denaturoituvat ja menettävät toimintansa.

Eniten tutkittuja Thermus aquaticuksen syntetisoimia entsyymejä ovat;

• Aldolasse
• Taq I -restriktioentsyymi
• DNA-ligaasi
• Alkalinen fosfataasi
• Isositraattidehydrogenaasi
• amylomaltaasilla

Fylogeny ja taksonomia

Tämä mikro-organismi on kehystetty klassisen lähestymistavan mukaisesti:

• Valtakunta: bakteerit
• Turvapaikka: Deinococcus- Thermus
• Luokka: Deinokokit
• Järjestys: Thermales
• Perhe: Thermaceae
• Suku: Thermus
• Laji: Thermus aquaticus.

Morfologia

Thermus aquaticus -bakteerit kuuluvat sauvamuotoisten bakteerien (bacillien) ryhmään. Solut ovat kooltaan noin 4-10 mikronia. Mikroskoopin alla voi nähdä hyvin suuria soluja, samoin kuin pieniä soluja. Niiden solun pinnalla ei ole silikaa tai flagellaa.

Thermus aquaticus -solussa on kalvo, joka puolestaan ​​koostuu kolmesta kerroksesta: sisäisestä plasmakerroksesta, ulkoisesta karkean näköisestä ja välikerroksesta.

Yksi tämän tyyppisten bakteerien erityisominaisuuksista on, että sen sisämembraanissa on rakenteita, jotka näyttävät sauvoilta, joita kutsutaan rotund-kappaleiksi.

Samoin nämä bakteerit sisältävät hyvin vähän peptidoglykaania soluseinässään ja toisin kuin gram-positiiviset bakteerit sisältävät lipoproteiineja.

Altistuessaan luonnolliselle valolle bakteerin solut voivat muuttua keltaiseksi, vaaleanpunaiseksi tai punaiseksi. Tämä johtuu pigmenteistä, jotka sisältyvät bakteerisoluihin.

Geneettinen materiaali koostuu yhdestä pyöreästä kromosomista, johon sisältyy DNA. Tästä noin 65% koostuu guaniini- ja sytosiininukleotideistä, tymiini- ja adeniininukleotidien edustaessa 35%.

Elinkaari

Yleensä bakteerit, mukaan lukien T. aquaticus, lisääntyvät aseksuaalisesti solujakautumisen avulla. Yksittäinen DNA-kromosomi alkaa replikoitua; se toistuu voidakseen periä kaiken geneettisen informaation tytärsoluille johtuen DNA-polymeraasiksi kutsutun entsyymin läsnäolosta. Uusi kromosomi on valmis 20 minuutin sisällä ja se on kiinnittynyt soluun.

Jakautuminen jatkuu ja 25 minuutin kuluttua kaksi kromosomia ovat alkaneet monistua. Jako ilmestyy solun keskelle ja 38 minuutin kohdalla. tytärsolut esittävät jaon seinämällä erotettuna, päättäen aseksuaalisen jaon 45-50 minuutin kohdalla. (Dreifus, 2012).

Solujen rakenne ja aineenvaihdunta

Koska se on gram-negatiivinen bakteeri, siinä on ulkomembraani (lipoproteiinikerros) ja periplasma (vesipitoinen kalvo), jossa peptidoglykaani sijaitsee. Silikoja tai silmänruokaa ei havaita.

Näiden termofiilisten organismien lipidien koostumuksen on mukauduttava niiden lämpötilan vaihteluihin, joissa ne kehittyvät, soluprosessien toimivuuden ylläpitämiseksi menettämättä välttämätöntä kemiallista stabiilisuutta, jotta vältetään liukeneminen korkeissa lämpötiloissa (Ray et al. 1971).

Toisaalta T. aquaticuksesta on tullut todellinen lämpöstabiilien entsyymien lähde. Taq-DNA-polymeraasi on entsyymi, joka katalysoi substraatin hajoamista muodostamalla kaksoissidos, joten se liittyy lyaasi-tyyppisiin entsyymeihin (entsyymit, jotka katalysoivat sidosten vapautumista).

Koska se on peräisin termofiilisistä bakteereista, se kestää pitkiä inkubaatioita korkeissa lämpötiloissa (Lamble, 2009).

On huomattava, että jokaisella organismilla on DNA-polymeraasi replikaatiota varten, mutta kemiallisen koostumuksensa vuoksi se ei kestä korkeita lämpötiloja. Siksi taq-DNA-polymeraasi on pääentsyymi, jota käytetään monistamaan ihmisen perimän sekvenssejä samoin kuin muiden lajien genomeja.

Sovellukset

Vahvista fragmentit

Entsyymin terminen stabiilisuus mahdollistaa sen käytön tekniikoissa DNA-fragmenttien monistamiseksi in vitro -replikaatiolla, kuten PCR (polymeraasiketjureaktio) (Mas ja Colbs, 2001).

Tämä vaatii alkuperäisiä ja lopullisia alukkeita (lyhyt nukleotidisekvenssi, joka tarjoaa lähtökohdan DNA-synteesille), DNA-polymeraasia, deoksiribonukleotiditrifosfaattia, puskuriliuosta ja kationeja.

Reaktioputki, jossa on kaikki elementit, asetetaan termisessä syklissä välillä 94 - 98 celsiusastetta DNA: n jakamiseksi yksittäisiksi juosteiksi.

Alukkeiden suorituskyky alkaa ja uudelleenlämmitys tapahtuu jälleen välillä 75-80 celsiusastetta. Aloittaa synteesin DNA: n 5'-3'-päästä.

Tässä on tärkeätä käyttää lämpöstabiilia entsyymiä. Jos jotain muuta polymeraasia käytettäisiin, se tuhoutuisi prosessin suorittamiseksi tarvittavissa äärimmäisissä lämpötiloissa.

Kary Mullis ja muut Cetus Corporationin tutkijat havaitsivat, että entsyymin lisäämisen tarve oli poistettu jokaisen DNA: n termisen denaturaation syklin jälkeen. Entsyymi kloonattiin, modifioitiin ja tuotettiin suurina määrinä kaupalliseen myyntiin.

Katalyysi biokemialliset reaktiot

T. aquaticuksesta peräisin olevan termoaktiivisen seriinipeptidaasi-aqualysin1: n gluteenin hydrolyysi alkaa leivänvalmistuksessa yli 80 ° C: ssa.

Tällä tutkitaan lämpöstabiilin gluteenin suhteellista osuutta leipäpurun rakenteessa (Verbauwhede and Colb, 2017).

Polykloorattujen bifenyyliyhdisteiden hajoaminen

1. Brock, TD., Kylmä H. Thermus aquaticus yl. n. ja sp. n., ei höyrystyvä äärimmäinen termofiili. 1969. J Bacteriol. Voi 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Mikrobien maailma. Talouskulttuurin toimitusrahasto. Meksiko. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Bioteknologisesti kiinnostavien lämpöstabiilien entsyymien ekspressio ja tutkimus Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORIN OPINNÄYTETYÖ Madrid. 2011. Saatavana osoitteessa repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R ja Rodellar C. Polymeraasiketjureaktion (PCR) perusteet. AquaTIC nº 15, marraskuu 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Polykloorattujen bifenyylien (PCB) biohajoaminen mikro-organismien toimesta. Acta Universitaria 2005, 15 (touko-elokuu). Saatavana osoitteessa redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus -laji. Bioteknologian käsikirjat. Springer Science Business Media, LLC. tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäviisi.