Thermus aquaticuksen ominaisuudet, elinkaari, sovellukset



Thermus aquaticus on termofiilinen bakteeri, jonka Thomas Brock löysi vuonna 1967 ja joka sijaitsee Deinococcus-Thermuksen turvapaikka-alueella. Se on gramnegatiivinen, heterotrofinen ja aerobinen mikro-organismi, jolla on luontainen ominaisuus lämpöstabiilisuus.

Se saadaan useista lämpölähteistä välillä 50 ° C - 80 ° C ja pH 6,0 - 10,5, Yellowstonen kansallispuistossa ja Kaliforniassa Pohjois-Amerikassa. Se on myös eristetty keinotekoisista lämpöympäristöistä.

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

Näin käytetään sitä muodostavia entsyymejä geenitekniikassa, polymeraasiketjureaktiossa (PCR) ja tieteellisen ja oikeuslääketieteellisen tutkimuksen välineenä (Williams ja Sharp, 1995).

indeksi

  • 1 Yleiset ominaisuudet
  • 2 Fylogeny ja taksonomia
  • 3 Morfologia
  • 4 Elinkaari
  • 5 Solurakenne ja aineenvaihdunta
  • 6 Sovellukset
    • 6.1 Vahvista fragmentteja
    • 6.2. Biokemialliset reaktiot
    • 6.3 Elintarviketeknologia
    • 6.4 Polykloorattujen bifenyyliyhdisteiden hajoaminen
  • 7 Viitteet

Yleiset ominaisuudet

Se on gram-negatiivinen

Thermus aquaticus kun se käsitellään Gram-värjäysprosessilla, se saa fuksian värityksen. Tämä johtuu siitä, että peptidoglykaanin seinämä on erittäin ohut, joten väriainehiukkaset eivät jää siihen kiinni.

elinympäristö

Tämä bakteeri on suunniteltu kestämään erittäin korkeita lämpötiloja. Tämä merkitsee sitä, että sen luonnollinen elinympäristö on paikka planeetalla, jossa lämpötila ylittää 50 ° C.

Tässä mielessä tämä bakteeri on eristetty geysereistä, ja se on yleisin Yellowstonen kansallispuiston; kuumia lähteitä ympäri maailmaa sekä keinotekoisia kuumavesien ympäristöjä.

Se on aerobista

Tämä tarkoittaa sitä, että Thermus aquaticus Se on bakteeri, jonka on oltava sellaisissa ympäristöissä, jotka tarjoavat hapen saatavuutta aineenvaihduntaprosessiensa suorittamiseksi.

Se on termofiilinen

Tämä on yksi edustavimmista ominaisuuksista Thermus aquaticus. Tämä bakteeri on eristetty paikoista, joissa lämpötila on erittäin korkea.

Thermus aquaticus Se on hyvin erityinen ja vastustuskykyinen bakteeri, koska korkeimmillaan sellaisilla lämpötiloilla, joita se tukee, useimmissa elävissä oloissa olevat proteiinit denaturoituvat ja lopettavat tehtäviensä suorittamisen peruuttamattomasti.

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

Hän on heterotrofinen

Kuten mikä tahansa heterotrofinen organismi, tämä bakteeri vaatii ympäristön orgaanisten yhdisteiden kehittymistä. Orgaanisen aineen tärkeimmät lähteet ovat ympäristössä esiintyvät bakteerit ja levät sekä maaperä.

Se kehittyy hieman emäksisissä ympäristöissä

Optimaalinen pH, jolla Thermus aquaticus voi kehittyä ilman proteiineja, jotka tekevät sen menettämättä toimintaansa välillä 7,5 - 8. On syytä muistaa, että pH-asteella 7 on neutraali. Tämän yläpuolella on emäksinen ja hapon alapuolella.

Se tuottaa paljon entsyymejä

Thermus aquaticus Se on mikro-organismi, joka on ollut erittäin hyödyllinen kokeellisesti sen kyvyn vuoksi elää korkeassa lämpötilassa.

No, lukuisten tutkimusten avulla on todettu, että se syntetisoi lukuisia entsyymejä, jotka utelias, muissa mikro-organismeissa, samoissa lämpötiloissa, denaturoituvat ja menettävät toimintansa.

Entsyymit, jotka syntetisoivat Thermus aquaticus mitä on tutkittu eniten;

  • aldolaasi
  • TaqI-restriktioentsyymi
  • DNA-ligaasi
  • Alkalinen fosfataasi
  • Isositraatti dehydrogenaasi
  • amylomaltaasilla

Fylogeny ja taksonomia

Tämä mikro-organismi on kehystetty klassisen lähestymistavan mukaisesti:

  • Kuningaskunta: bakteerit
  • Phylum: Deinococcus-Thermus
  • Luokka: Deinokokit
  • Tilaus: Thermales
  • Perhe: Thermaceae
  • Lajityyppi: Thermus
  • Laji: Thermus aquaticus.

morfologia

Bakteeri Thermus aquaticus kuuluu sauvanmuotoisten bakteerien (bacilli) ryhmään. Solujen koko on noin 4 - 10 mikronia. Mikroskoopissa näet hyvin suuria soluja sekä pieniä soluja. Solun pinnalla ei ole silmukoita tai lippuja.

Solun solu Thermus aquaticus Siinä on kalvo, joka puolestaan ​​koostuu kolmesta kerroksesta: sisäisestä plasmasta, ulkoisesta, karkeasta ulkoisesta plasmasta ja välituotteesta..

Eräs tämäntyyppisten bakteerien erottamiskyky on se, että sen sisäisessä kalvossa on rakenteita, jotka näyttävät sauvilta, jotka tunnetaan kiihtyvinä kappaleina..

Samoin nämä bakteerit sisältävät hyvin vähän peptidoglykaania soluseinämissään, ja toisin kuin grampositiiviset bakteerit, ne sisältävät lipoproteiineja.

Kun bakteerien solut altistuvat luonnonvalolle, ne voivat ottaa keltaisen, vaaleanpunaisen tai punaisen värin. Tämä johtuu bakteerisoluihin sisältyvistä pigmenteistä.

Geneettinen materiaali koostuu yhdestä pyöreästä kromosomista, johon DNA sisältyy. Tästä noin 65% koostuu guaniinin ja sytosiinin nukleotideista, sillä tymiinin ja adeniinin nukleotidit edustavat 35%.

Elinkaari

Yleensä bakteerit, mukaan lukien T. aquaticus, lisääntyvät aseksuaalisesti solujen jakautumisen kautta. Ainoa DNA-kromosomi alkaa replikoitua; se replikoituu, jotta se kykenisi perimään kaikki tyttärisolujen geneettisen informaation DNA-polymeraasi-nimisen entsyymin läsnäolon vuoksi. 20 minuutin kuluttua uusi kromosomi on valmis ja kiinnitetty solun kohtaan.

Jakso jatkuu ja 25 minuutin kuluttua kaksi kromosomia ovat alkaneet kaksinkertaistua. Jakelu näkyy solun keskellä ja 38 min. tyttärisoluilla on jako erotettu seinällä, ja se päättyy aseksuaaliseen jakautumiseen 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Solurakenne ja aineenvaihdunta

Koska se on gramnegatiivinen bakteeri, sillä on ulompi kalvo (lipoproteiinikerros) ja periplasma (vesikalvo), jossa peptidoglykaani sijaitsee. Ei silmukoita, ei havaita lippua.

Näiden termofiilisten organismien lipidien koostumuksen on sopeuduttava ympäristön lämpötilan vaihteluihin, joissa ne kehittyvät, soluprosessien toimivuuden säilyttämiseksi menettämättä kemiallista stabiilisuutta, joka on välttämätöntä liukenemisen välttämiseksi korkeissa lämpötiloissa (Ray et ai. . 1971).

Lisäksi, T. aquaticus on tullut todellinen lähde lämpöstabiilien entsyymien. Taq-DNA-polymeraasi on entsyymi, joka katalysoi kaksoissidoksen muodostavan substraatin hajoamisen, joten se liittyy lyasityypin entsyymeihin (entsyymit, jotka katalysoivat sidosten vapautumista).

Ottaen huomioon, että se on peräisin termofiilisestä bakteerista, se kestää pitkäkestoisia inkubaatioita korkeissa lämpötiloissa (Lamble, 2009).

On huomattava, että jokaisella organismilla on replikaatiota varten DNA-polymeraasi, mutta kemiallisen koostumuksensa vuoksi se ei kestä korkeita lämpötiloja. Siksi taq DNA -polymeraasi on tärkein entsyymi, jota käytetään ihmisen genomin sekvenssien sekä muiden lajien genomien monistamiseen.

sovellukset

Vahvista fragmentteja

Entsyymin lämpöstabiilisuus mahdollistaa sen, että sitä voidaan käyttää tekniikoissa DNA-fragmenttien monistamiseksi in vitro replikaation avulla, kuten PCR: llä (polymeraasiketjureaktio) (Mas ja Colbs, 2001)..

Tätä varten tarvitaan alku- ja lopullisia alukkeita (lyhyt nukleotidisekvenssi, joka tarjoaa lähtökohdan DNA-synteesille), DNA-polymeraasia, deoksiribonukleotideja trifosfaattia, puskuria ja kationeja.

Reaktioputki, jossa kaikki elementit on sijoitettu lämpösyklilaitteeseen välillä 94 - 98 astetta, jakamaan DNA yksinkertaisiin ketjuihin.

Aloita alukkeiden suorituskyky ja lämmitys tapahtuu uudelleen välillä 75-80 astetta. Aloita synteesi DNA: n 5'-päässä 3'-päähän.

Tässä on termostabiilin entsyymin käytön tärkeys. Jos käytetään jotakin muuta polymeraasia, se tuhoutuisi prosessin suorittamiseen tarvittavien äärimmäisten lämpötilojen aikana.

Kary Mullis ja muut Cetus Corporationin tutkijat havaitsivat, että entsyymin lisääminen on poistettava jokaisen DNA: n termisen denaturaation jakson jälkeen. Entsyymi kloonattiin, muunnettiin ja tuotettiin suurina määrinä kaupalliseen myyntiin.

Katalysoi biokemiallisia reaktioita

Lämpöstabiilien entsyymien tutkimukset ovat johtaneet siihen, että sovellus on valtava valikoima teollisia prosesseja, ja ne ovat olleet läpimurto molekyylibiologiassa. Bioteknologian näkökulmasta sen entsyymit kykenevät katalysoimaan biokemiallisia reaktioita äärimmäisissä lämpötilan olosuhteissa.

Esimerkiksi tutkimusta on kehitetty kehittämään menetelmää kanan höyhenjätteen käsittelemiseksi ilman mahdollisesti tarttuvia mikro-organismeja..

Tutkimme keratinolyyttisen proteaasin tuotannon välittämän kanan kynän biologista hajoamista, mikä merkitsee termofiilisen ei-patogeenisen T. aquaticuksen käyttöä (Bhagat, 2012).

Elintarvikkeiden bioteknologia

T. aquaticuksen termoaktiivisen seriinipeptidaasi aqualysin1: n gluteenin hydrolyysi alkaa leipää valmistettaessa yli 80 ° C: ssa..

Tällä tavoin tutkitaan lämpöstabiilin gluteenin suhteellista osuutta leivän murun koostumukseen (Verbauwhede ja Colb, 2017).

Polykloorattujen bifenyyliyhdisteiden hajoaminen

Teollisuustilanteessa Thermus aquaticuksen entsyymejä termofiilisinä bakteereina käytetään polykloorattujen bifenyyliyhdisteiden (PCB) hajoamisessa..

Näitä yhdisteitä käytetään kylmäaineina sähkölaitteissa. Myrkyllisyys on hyvin laaja ja sen hajoaminen on hyvin hidasta (Ruíz, 2005).

viittaukset

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus yl. n. ja sp. n., äärimmäiseen termofiiliin. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Mikrobien maailma. Toimituksellinen taloudellinen kulttuuri. Meksikossa. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Bioteknologian etuaineiden termostaattisten entsyymien ilmentäminen ja tutkimus Madridin autonominen yliopisto. DOCTORAL THESIS Madrid. 2011. Saatavilla osoitteessa: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R ja Rodellar C. Polymeraasiketjureaktion (PCR) perusta. AquaTIC nro 15, marraskuu 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., polykloorattujen bifenyylien (PCB-yhdisteiden) biohajoaminen mikro-organismeilla ... University Act [online] 2005, 15 (touko-elokuu). Saatavana osoitteessa redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus. Biotekniikan käsikirjat. Springer Science Business Media, LLC. 1995.