Thermus aquaticus jellemzői, életciklusa, alkalmazások



Thermus aquaticus egy termofil baktérium, amelyet Thomas Brock 1967-ben fedezett fel, a Deinococcus-Thermus-ban. Ez egy gram-negatív, heterotróf és aerob mikroorganizmus, amelynek belső tulajdonsága a termikus stabilitás..

Különböző termikus forrásokból, 50 ° C és 80 ° C között, pH 6,0 és 10,5 között, a Yellowstone Nemzeti Parkban és Észak-Amerikában. Szintén mesterséges termikus élőhelyekről izolálták.

Hőálló enzimek forrása, amelyek túlélik a különböző denaturációs ciklusokat. Ebben az összefüggésben a fehérjék és az enzimek különösen fontosak a biotechnológiai ipar számára.

Így kerülnek felhasználásra az enzimek, amelyek a géntechnológiában, a polimeráz láncreakcióban (PCR), valamint a tudományos és igazságügyi kutatások eszközeként használatosak (Williams és Sharp, 1995)..

index

  • 1 Általános jellemzők
  • 2 Phylogeny és taxonómia
  • 3 Morfológia
  • 4 Életciklus
  • 5 Sejtszerkezet és anyagcsere
  • 6 Alkalmazások
    • 6.1 A töredékek erősítése
    • 6.2 A biokémiai reakciók katalizálása
    • 6.3 Élelmiszer-biotechnológia
    • 6.4 A poliklórozott bifenil vegyületek lebomlása
  • 7 Referenciák

Általános jellemzők

Gram-negatív

az Thermus aquaticus amikor a Gram festési folyamatnak alávetettük, fukszia színezést kap. Ez azért van, mert a peptidoglikán fala rendkívül vékony, így a festékrészecskék nincsenek csapdába esve.

élőhely

Ezt a baktériumot úgy tervezték, hogy ellenálljon a rendkívül magas hőmérsékletnek. Ez azt jelenti, hogy természetes élőhelye a bolygón található, ahol a hőmérséklet meghaladja az 50 ° C-ot.

Ebben az értelemben ezt a baktériumot a gejzírekből izolálták, a Yellowstone Nemzeti Park leggyakoribbak; forró források világszerte, valamint mesterséges melegvíz-környezetben.

Ez aerob

Ez azt jelenti, hogy a Thermus aquaticus A baktériumnak olyan környezetben kell lennie, amely oxigén rendelkezésre állást biztosít az anyagcsere-folyamatok elvégzéséhez.

Termofil

Ez az egyik legjellemzőbb jellemzője Thermus aquaticus. Ezt a baktériumot olyan helyeken izolálták, ahol a hőmérséklet rendkívül magas.

az Thermus aquaticus Ez egy nagyon különleges és ellenálló baktérium, mivel olyan magas hőmérsékleten, mint amennyit támogat, a legtöbb élőlényben lévő fehérjék denaturálódnak és leállíthatatlanul végzik a funkcióikat.

Ez a baktérium növekedési hőmérséklete 40 ° C és 79 ° C között van, optimális növekedési hőmérséklete 70 ° C.

Ő heterotróf

Mint minden heterotróf organizmus, ez a baktérium olyan szerves vegyületeket igényel, amelyek jelen vannak a környezetben. A szerves anyagok fő forrásai a környezetben jelenlévő baktériumok és algák, valamint a talajok.

Kismértékben lúgos környezetben fejlődik

Az optimális pH, amelynél a Thermus aquaticus 7,5-8 közötti értékű fehérjék nélkül fejlődhet. Érdemes megjegyezni, hogy a pH-skálán a 7 semleges. Ezen felül lúgos és sav alatti.

Sok enzimet termel

Thermus aquaticus Ez egy mikroorganizmus, amely kísérletileg nagyon hasznosnak bizonyult magas hőmérsékletű környezetekben való életképességének köszönhetően.

Számos vizsgálat során megállapítottuk, hogy számos enzimet szintetizál, amelyek kíváncsian más mikroorganizmusokban, ugyanazon a hőmérsékleten denaturálódnak és elveszítik funkciójukat.

Azok az enzimek, amelyek a szintetizálást végzik Thermus aquaticus a legtöbbet tanulmányozták;

  • aldoláz
  • Taq I restrikciós enzim
  • DNS-ligáz
  • Alkalikus foszfatáz
  • Isocitrát dehidrogenáz
  • amylomaltase

Phylogeny és taxonómia

Ez a mikroorganizmus a klasszikus megközelítés szerint van kialakítva:

  • Királyság: Baktériumok
  • Menedék: Deinococcus-Thermus
  • Osztály: Deinococci
  • Rend: Thermales
  • Család: Thermaceae
  • Műfaj: Thermus
  • Faj: Thermus aquaticus.

morfológia

A baktérium Thermus aquaticus a rúd alakú baktériumok (bacillák) csoportjába tartozik. A sejtek körülbelül 4 és 10 mikron közötti nagyságúak. A mikroszkópban nagyon nagy sejtek és kis cellák láthatók. A cellafelületen nincsenek szemöldök vagy flagella.

A Thermus aquaticus Ez egy membránt tartalmaz, amely három rétegből áll: egy belső plazma, egy külső, durva megjelenésű és egy köztes..

Az ilyen típusú baktériumok egyik megkülönböztető jellemzője, hogy belső membránjában olyan szerkezetek találhatók, amelyek rúdként néznek ki, és amelyek ismertek..

Ugyanígy ezek a baktériumok sejtfelületeikben nagyon kevés peptidoglikánt tartalmaznak, és a gram-pozitív baktériumokkal ellentétben lipoproteineket tartalmaznak..

Természetes fény hatására a baktériumok sejtjei sárga, rózsaszín vagy piros színűek lehetnek. Ennek oka a baktériumsejtekben található pigmentek.

A genetikai anyag egyetlen körkörös kromoszómából áll, amelyben a DNS található. Ebből körülbelül 65% a guanin és a citozin nukleotidjaiból áll, mivel a timin és az adenin nukleotidjai 35%.

Életciklus

Általában a baktériumok, beleértve a T. aquaticus-t is, aszimmetrikusan szaporodnak a sejtosztódással. Az egyetlen DNS-kromoszóma kezd replikálni; a DNS-polimeráz nevű enzim jelenléte miatt replikálódik, hogy képes legyen örökölni a lánya sejtekből származó összes genetikai információt. 20 perc múlva az új kromoszóma teljes és rögzített egy cellában.

Az osztás folytatódik, és 25 perc múlva a két kromoszóma megduplázódott. A cella közepén egy osztás jelenik meg, 38 perc alatt. a lányok sejtjei szétválnak a falakkal, véget vetve az asszexuális osztásnak 45-50 perc alatt. (Dreifus, 2012).

Sejtstruktúra és metabolizmus

Mivel gram-negatív baktérium, külső membrán (lipoprotein réteg) és periplazma (vizes membrán) található, ahol peptidoglikán található. Nincs sarka, nincs megfigyelés.

Az ilyen termofil szervezetek lipidjeinek összetételének alkalmazkodnia kell a környezet hőmérsékletének ingadozásához, ahol kialakulnak, hogy fenntartsák a celluláris folyamatok funkcionalitását anélkül, hogy elveszítenék a kémiai stabilitást, ami szükséges a magas hőmérsékleten történő oldódás elkerülése érdekében (Ray et al. . 1971).

Másrészt a T. aquaticus a termosztálható enzimek valódi forrása lett. A taq DNS-polimeráz olyan enzim, amely a kettős kötést létrehozó szubsztrát lízisét katalizálja, így a liáz-típusú enzimekhez kapcsolódik (enzimek, amelyek a kötések felszabadulását katalizálják).

Figyelembe véve, hogy termofil baktériumból származik, magas hőmérsékleten ellenáll a hosszú ideig tartó inkubációnak (Lamble, 2009).

Meg kell jegyezni, hogy minden szervezet DNS-polimerázzal rendelkezik replikációra, de kémiai összetétele miatt nem ellenáll a magas hőmérsékletnek. Ezért a taq DNS-polimeráz az emberi genom szekvenciáinak, valamint más fajok genomjainak amplifikálására használt fő enzim..

alkalmazások

A töredékek erősítése

Az enzim termikus stabilitása lehetővé teszi a DNS-fragmensek in vitro replikációval történő amplifikálására szolgáló technikák alkalmazását, mint például a PCR (polimeráz láncreakció) (Mas és Colbs, 2001)..

Ehhez a kezdeti és a végső láncindítók (rövid nukleotidszekvencia, amely a DNS-szintézis kiindulási pontját biztosítják), a DNS-polimeráz, a dezoxiribonukleotidok trifoszfát, puffer és kationok szükségesek..

A reaktortartály az összes elemgel egy 94 és 98 Celsius fok közötti termikus ciklusban van elhelyezve, hogy a DNS-t egyszerű láncokra lehessen osztani.

Indítsa el a primerek teljesítményét, és az újramelegítés ismét 75-80 Celsius fok között történik. Indítsa el a szintézist a DNS 5'-végétől a 3 '-ig.

Itt van a termosztatikus enzim használatának fontossága. Ha bármilyen más polimerázot alkalmaztak, akkor az az eljárás végrehajtásához szükséges szélsőséges hőmérsékleteken elpusztulna.

Kary Mullis és más kutatók a Cetus Corporation-nél felfedezték az enzim hozzáadása szükségességének kizárását a DNS minden termikus denaturálásának ciklusa után. Az enzimet klónoztuk, módosítottuk és nagy mennyiségben állítottuk elő kereskedelmi értékesítés céljából.

Katalizálja a biokémiai reakciókat

A termosztálható enzimek tanulmányozása az ipari folyamatok széles skálájához vezetett, és áttörést jelentett a molekuláris biológiában. Biotechnológiai szempontból enzimjei képesek biokémiai reakciókat katalizálni szélsőséges hőmérsékleti körülmények között.

Például kutatást dolgoztak ki a csirke tollhulladék-hulladék kezelésére szolgáló folyamat kifejlesztésére potenciálisan fertőző mikroorganizmusok használata nélkül..

Megvizsgáltuk a keratinolitikus proteáz termelésével közvetített csirke toll biológiai lebontását, amely magában foglalja a termofil nem patogén T. aquaticus alkalmazását (Bhagat, 2012)..

Élelmiszer-biotechnológia

A T. aquaticus termoaktív szerin peptidáz aqualysin1 glutén hidrolízise a kenyérgyártásban 80 ° C felett kezdődik..

Ezzel tanulmányozták a termosztatikus glutén relatív hozzájárulását a kenyér morzsájának textúrájához (Verbauwhede és Colb, 2017).

Poliklórozott bifenil vegyületek lebomlása

Ami az ipar területén hasznos, a Thermus aquaticus mint termofil baktériumok enzimjeit alkalmazzák a poliklórozott bifenil vegyületek (PCB-k) lebomlásában..

Ezeket a vegyületeket hűtőközegként használják elektromos berendezésekben. A toxicitás nagyon széles, és lebomlása nagyon lassú (Ruíz, 2005).

referenciák

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. és sp. n., a szélsőséges termofil nem szaporodása. 1969. J Bacteriol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. A mikrobák világa. Szerkesztés Gazdasági kultúra háttér. Mexikóban. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Természetesen biotechnológiai érdeklődésre számot tartó enzimek kifejezése és tanulmányozása Madrid autonóm egyeteme. DOKTORI TÉZIS Madrid. 2011. Elérhető: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R és Rodellar C. A polimeráz láncreakció (PCR) alapja. AquaTIC No. 15, 2001. november.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., poliklórozott bifenilek (PCB-k) biológiai lebomlása mikroorganizmusokkal ... Egyetemi törvény [online] 2005, 15 (május-augusztus). Elérhető a redalyc.org webhelyen.
  6. Sharp R, William R. Thermus faj. Biotechnológiai kézikönyvek. Springer Science Business Media, LLC. 1995.