Характеристики Thermus aquaticus, життєвий цикл, застосування



Thermus aquaticus це термофільна бактерія, відкрита Томасом Броком в 1967 році, розташованому в філію Deinococcus-Thermus. Це грам-негативний, гетеротрофний і аеробний мікроорганізм, що має як властивість термічну стабільність.

Його отримують з різних термічних джерел між 50 ° С і 80 ° С, і рН 6,0 - 10,5, в Єллоустонському національному парку і в Каліфорнії Північної Америки. Він також був ізольований від штучних теплових ареалів.

Це джерело термостійких ферментів, які переживають різні цикли денатурації. У цьому контексті білки та ферменти представляють особливий інтерес для біотехнологічної галузі.

Таким чином, ферменти, які його складають, використовуються в генній інженерії, в полімеразної ланцюгової реакції (ПЦР), і як інструмент для наукових і судово-медичних досліджень (Williams and Sharp, 1995)..

Індекс

  • 1 Загальна характеристика
  • 2 Філогенія і таксономія
  • 3 Морфологія
  • 4 Життєвий цикл
  • 5 Структура клітин і метаболізм
  • 6 Програми
    • 6.1 Посилення фрагментів
    • 6.2 Каталізують біохімічні реакції
    • 6.3 Харчова біотехнологія
    • 6.4 Деградація поліхлорованих біфенілових сполук
  • 7 Посилання

Загальна характеристика

Це грам негатив

The Thermus aquaticus при підданні процесу зафарбовування за Грамом він набуває забарвлення фуксії. Це пояснюється тим, що стінка пептидоглікану надзвичайно тонка, так що частинки барвника не потрапили в неї.

Хабітат

Ця бактерія призначена для витримування надзвичайно високих температур. Звідси випливає, що його природне середовище існує на планеті, де температура перевищує 50 ° C.

У цьому сенсі ця бактерія була виділена з гейзерів, які є найбільш поширеними в національному парку Йеллоустоун; гарячих джерел по всьому світу, а також штучних гарячих водних середовищ.

Це аеробіка

Це означає, що Thermus aquaticus Саме бактерія повинна бути в середовищах, які забезпечують доступність кисню для здійснення їх метаболічних процесів.

Це теплолюбна

Це одна з найбільш репрезентативних характеристик Thermus aquaticus. Ця бактерія була виділена з місць, де температура надзвичайно висока.

The Thermus aquaticus Це дуже спеціальна і стійка бактерія, тому що при високих температурах, які вона підтримує, білки в більшості живих істот денатуруються і припиняють виконувати свої функції незворотно.

Ця бактерія має температуру зростання від 40 ° C до 79 ° C, з оптимальною температурою росту 70 ° C.

Він гетеротрофний

Як і будь-який гетеротрофний організм, ця бактерія вимагає розвитку органічних сполук, присутніх в середовищі. Основними джерелами органічної речовини є бактерії і водорості, присутні в оточенні, а також грунт навколо.

Розвивається в слабо лужних середовищах

Оптимальний рН, при якому Thermus aquaticus Може розвиватися без білків, які змушують його втрачати свою функцію між 7,5 і 8. Варто пам'ятати, що на шкалі рН 7 нейтральна. Вище цього є лужна і нижче кислота.

Вона виробляє багато ферментів

Thermus aquaticus Це мікроорганізм, який був дуже корисним експериментально завдяки його здатності жити в середовищі з високими температурами.

Ну, через численні дослідження було встановлено, що він синтезує численні ферменти, які, з цікавістю, в інших мікроорганізмах, при тих же температурах, денатурують і втрачають свою функцію.

Ферменти, які синтезують Thermus aquaticus що вивчено найбільше;

  • Альдолаза
  • Taq I рестрикційний фермент
  • ДНК-лігази
  • Лужна фосфатаза
  • Ізоцитратдегідрогеназа
  • Аміломальтаза

Філогенез і таксономія

Цей мікроорганізм оформлений за класичним підходом:

  • Королівство: Бактерії
  • Тип: Deinococcus- Thermus
  • Клас: Деінококи
  • Замовлення: Термали
  • Сім'я: Термові
  • Жанр: Термус
  • Види: Thermus aquaticus.

Морфологія

Бактерія Thermus aquaticus належить до групи стрижневих бактерій (bacilli). Клітини мають приблизний розмір від 4 до 10 мкм. У мікроскопі можна побачити дуже великі клітини, а також маленькі клітини. Ніякі вії або джгутики на поверхні клітини.

Осередок Thermus aquaticus Вона має мембрану, яка в свою чергу складається з трьох шарів: внутрішньої плазми, зовнішньої з грубою зовнішністю і проміжної..

Однією з відмінних характеристик цього типу бактерій є те, що в її внутрішній мембрані є структури, які схожі на стрижні, які відомі як гучні тіла..

Так само ці бактерії містять дуже мало пептидоглікану в клітинних стінках і, на відміну від грампозитивних бактерій, містять ліпопротеїни..

Під впливом природного світла клітини бактерій можуть мати жовтий, рожевий або червоний колір. Це пов'язано з пігментами, що містяться в бактеріальних клітинах.

Генетичний матеріал складається з однієї кругової хромосоми, в якій міститься ДНК. З них приблизно 65% складаються з нуклеотидів гуаніна і цитозину, причому нуклеотиди Thymine і Adenine складають 35%.

Життєвий цикл

Загалом, бактерії, включаючи T. aquaticus, відтворюються безстатево шляхом поділу клітин. Єдина хромосома ДНК починає розмножуватися; вона повторюється, щоб мати можливість успадкувати всю генетичну інформацію від дочірніх клітин, завдяки присутності ферменту, званого ДНК-полімеразою. Через 20 хвилин нова хромосома завершена і фіксується на ділянці в клітці.

Поділ триває і через 25 хв дві хромосоми починають подвоюватися. Розділення з'являється в центрі клітини і на 38 хв. дочірні клітини мають поділ, розділений стіною, закінчуючи безстатевим поділом на 45-50 хв. (Dreifus, 2012).

Структура клітин і метаболізм

Оскільки вона є грамнегативною бактерією, вона має зовнішню мембрану (ліпопротеїновий шар) і периплазму (водну мембрану), де розташований пептидоглікан. Ніяких війок, ні жгутиків не спостерігається.

Склад ліпідів цих термофільних організмів повинен пристосовуватися до коливань температури контексту, де вони розвиваються, для підтримки функціональності клітинних процесів, не втрачаючи хімічної стабільності, необхідної для уникнення розчинення при високих температурах (Ray et al. 1971).

З іншого боку, T. aquaticus став справжнім джерелом термостабільних ферментів. Taq ДНК-полімераза - це фермент, який каталізує лізис субстрату, що генерує подвійний зв'язок, тому він пов'язаний з ферментами типу ліази (ферменти, які каталізують вивільнення зв'язків)..

Враховуючи, що вона походить з термофільної бактерії, вона витримує тривалі інкубації при високих температурах (Lamble, 2009).

Слід зазначити, що кожен організм володіє ДНК-полімеразою для реплікації, але завдяки своєму хімічному складу не витримує високих температур. Саме тому так ДНК-полімераза є основним ферментом, що використовується для ампліфікації послідовностей людського геному, а також геномів інших видів.

Програми

Ампліфікуйте фрагменти

Термічна стабільність ферменту дозволяє використовувати її в техніці для ампліфікації фрагментів ДНК за допомогою реплікації in vitro, таких як ПЛР (полімеразна ланцюгова реакція) (Mas and Colbs, 2001)..

Для цього потрібні початкові і кінцеві праймери (короткі нуклеотидні послідовності, що є відправною точкою для синтезу ДНК), ДНК-полімераза, дезоксирибонуклеотиди, трифосфат, буфер і катіони..

Реакційна трубка з усіма елементами розміщена в термоциклері між 94 і 98 градусами Цельсія, щоб розділити ДНК на прості ланцюги.

Початок роботи праймерів і повторного нагрівання відбувається знову між 75-80 градусами Цельсія. Почніть синтез з 5 'кінця до 3' ДНК.

Ось важливість використання термостабільного ферменту. Якщо використовувалася будь-яка інша полімераза, вона була б зруйнована під час екстремальних температур, необхідних для проведення процесу.

Kary Mullis та інші дослідники Cetus Corporation, виявили виключення необхідності додавання ферменту після кожного циклу термічної денатурації ДНК. Фермент клонували, модифікували і виробляли у великих кількостях для комерційного продажу.

Каталізують біохімічні реакції

Дослідження термостабільних ферментів призвели до застосування величезного спектру промислових процесів і стали проривом у молекулярній біології. З біотехнологічної точки зору, його ферменти здатні каталізувати біохімічні реакції в екстремальних температурних умовах.

Наприклад, було розроблено дослідження для розробки процесу управління відходами курячого перо без використання потенційно інфекційних мікроорганізмів..

Ми досліджували біодеградацію курячого перо, опосередкованого виробництвом кератинолітичної протеази, що передбачає використання термофільних непатогенних T. aquaticus (Bhagat, 2012).

Продовольча біотехнологія

Гідроліз глютену термоактивною сериновою пептидазою aqualysin1 Т. aquaticus починається вище 80 ° С у хлібопеченні.

При цьому досліджується відносний внесок термостабільного глютену до текстури хлібної крихти (Verbauwhede і Colb, 2017)..

Деградація поліхлорованих біфенілових сполук

Що стосується корисності в промисловому полі, то ферменти Thermus aquaticus як термофільних бактерій застосовуються при деградації сполук поліхлорованих біфенілів (ПХБ)..

Ці сполуки використовуються в якості холодоагентів в електричному обладнанні. Токсичність дуже широка і її деградація є дуже повільною (Ruíz, 2005).

Список літератури

  1. Brock, TD., Заморожування H. Thermus aquaticus gen. n. і sp. н., до неспоримого екстремального термофіла. 1969. J Bacteriol. Том 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, Джордж. Світ мікробів. Редакційна економічна культура фону. Мексика 2012.
  3. Феррерас П. Елой Р. Експресія і дослідження термостабільних ферментів біотехнологічного інтересу автономного університету Мадрида. ДЕКОРАТИВНІ ТЕЗИ Мадрид. 2011. Доступно за адресою: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R і Rodellar C. Основа ланцюгової реакції полімерази (ПЛР). АкваТІК № 15, листопад 2001 р.
  5. Руїз-Агілар, Грасіела М. Л., Біодеградація поліхлорованих біфенілів (ПХБ) мікроорганізмами ... Акт університету [онлайн] 2005, 15 (травень-серпень). Доступний на сайті redalyc.org.
  6. Sharp R, Вільям Р. Термус. Біотехнологічні довідники. Компанія Springer Science Business Media, LLC. 1995.