Thermus aquaticus īpašības, dzīves cikls, lietojumi



Thermus aquaticus ir termofīla baktērija, ko Thomas Brock atklāja 1967. gadā Deinococcus-Thermus. Tas ir gramnegatīvs, heterotrofisks un aerobs mikroorganisms, kam raksturīga termiskā stabilitāte..

To iegūst no dažādiem siltuma avotiem no 50 ° C līdz 80 ° C un pH 6,0 līdz 10,5, Yellowstone nacionālajā parkā un Kalifornijā Ziemeļamerikā. Tas ir arī izolēts no mākslīgiem termiskiem biotopiem.

Tas ir karstumizturīgu fermentu avots, kas izdzīvo dažādos denaturācijas ciklos. Šajā kontekstā olbaltumvielas un fermenti ir īpaši svarīgi biotehnoloģijas nozarei.

Tādā veidā fermentus, kas to veido, izmanto ģenētiskajā inženierijā, polimerāzes ķēdes reakcijā (PCR) un kā zinātniskās un kriminālistikas izpētes rīku (Williams and Sharp, 1995).

Indekss

  • 1 Vispārīgi raksturlielumi
  • 2 Filogēnija un taksonomija
  • 3 Morfoloģija
  • 4 Dzīves cikls
  • 5 Šūnu struktūra un vielmaiņa
  • 6 Pieteikumi
    • 6.1 Palielināt fragmentus
    • 6.2. Katalizēt bioķīmiskās reakcijas
    • 6.3 Pārtikas biotehnoloģija
    • 6.4. Polihlorētu bifenila savienojumu noārdīšanās
  • 7 Atsauces

Vispārīgās īpašības

Tas ir gram negatīvs

The Thermus aquaticus ja tiek pakļauta Grama krāsai, tā iegūst fuksijas krāsu. Tas ir tāpēc, ka peptidoglikāna siena ir ārkārtīgi plāna, tāpēc krāsvielas daļiņas nav tajā iesprostotas.

Dzīvotne

Šī baktērija ir izstrādāta, lai izturētu ļoti augstas temperatūras. Tas nozīmē, ka tās dabiskā vide ir vieta uz planētas, kur temperatūra pārsniedz 50 ° C.

Šajā ziņā šī baktērija ir izolēta no geizeriem, kas ir visbiežāk sastopamie no Yellowstone nacionālā parka; karstajiem avotiem visā pasaulē, kā arī mākslīgā karstā ūdens vidē.

Tas ir aerobisks

Tas nozīmē, ka Thermus aquaticus Tā ir baktērija, kurai jābūt tādā vidē, kas nodrošina skābekļa pieejamību vielmaiņas procesiem.

Tas ir termofils

Tas ir viens no raksturīgākajiem. \ T Thermus aquaticus. Šī baktērija ir izolēta no vietām, kur temperatūra ir ārkārtīgi augsta.

The Thermus aquaticus Tā ir ļoti īpaša un izturīga baktērija, jo temperatūrās, kas ir tikpat augstas, kā tās, ko tas atbalsta, olbaltumvielas lielākajā daļā dzīvo lietu ir denaturētas un pārtrauc savu funkciju izpildi neatgriezeniski.

Šīs baktērijas augšanas temperatūra ir no 40 ° C līdz 79 ° C, un optimālā augšanas temperatūra ir 70 ° C.

Viņš ir heterotrofisks

Tāpat kā jebkuram heterotrofamam organismam, šai baktērijai ir nepieciešami organiski savienojumi, kas atrodas vidē. Galvenie organisko vielu avoti ir apkārtnē esošās baktērijas un aļģes, kā arī augsne.

Tas attīstās nedaudz sārmainā vidē

Optimālais pH, pie kura Thermus aquaticus var attīstīties bez proteīniem, kas padara to zaudējušu savu funkciju ir no 7,5 līdz 8. Ir vērts atcerēties, ka pH skalā 7 ir neitrāls. Iepriekš tas ir sārmains un zem skābes.

Tas ražo daudz fermentu

Thermus aquaticus Tas ir mikroorganisms, kas eksperimentāli ir bijis ļoti noderīgs, jo tā spēj dzīvot vidē ar augstu temperatūru.

Nu, izmantojot daudzus pētījumus, ir noskaidrots, ka tas sintezē daudzus fermentus, kas ziņkārīgi, citos mikroorganismos, tajās pašās temperatūrās denaturē un zaudē savu funkciju.

Fermenti, kas sintezē Thermus aquaticus kas ir pētīts visvairāk;

  • Aldolase
  • Taq I restrikcijas enzīms
  • DNS ligāze
  • Sārmainās fosfatāze
  • Izocitrāts dehidrogenāze
  • Amilomaltāze

Filogēnija un taksonomija

Šis mikroorganisms ir ierāmēts saskaņā ar klasisko pieeju:

  • Karaliste: Baktērijas
  • Patvērums: Deinococcus-Thermus
  • Klase: Deinokoki
  • Pasūtījums: Thermales
  • Ģimene: Thermaceae
  • Žanrs: Thermus
  • Suga: Thermus aquaticus.

Morfoloģija

Baktērija Thermus aquaticus pieder pie stieņu formas baktērijām (bacillām). Šūnu aptuvenais izmērs ir no 4 līdz 10 mikroniem. Mikroskopā var redzēt ļoti lielas šūnas, kā arī mazas šūnas. Nav šūnu virsmas.

Šūna Thermus aquaticus Tam ir membrāna, kas savukārt sastāv no trim slāņiem: iekšēja plazma, ārēja, ar raupju izskatu un starpposma..

Viens no šāda veida baktēriju atšķirīgajiem raksturlielumiem ir tas, ka tās iekšējā membrānā ir struktūras, kas izskatās kā stieņi, kas ir pazīstami kā pārsteidzoši ķermeņi..

Tādā pašā veidā šīs baktērijas šūnu sienās satur ļoti maz peptidoglikānu un atšķirībā no grampozitīvām baktērijām tās satur lipoproteīnus..

Ja baktēriju šūnas ir pakļautas dabiskai gaismai, tās var uzņemt dzeltenu, rozā vai sarkanu krāsu. Tas ir saistīts ar baktēriju šūnās esošajiem pigmentiem.

Ģenētiskais materiāls sastāv no vienas apļveida hromosomas, kurā atrodas DNS. No tiem aptuveni 65% veido guanīna un citozīna nukleotīdi, ti, timīna un adenīna nukleotīdi ir 35%..

Dzīves cikls

Kopumā, baktērijas, ieskaitot T. aquaticus, pēkšņi pavairo ar šūnu dalīšanos. Vienīgā DNS hromosoma sāk atkārtoties; tā atkārtojas, lai varētu pārmantot visu ģenētisko informāciju no meitas šūnām, jo ​​pastāv enzīms, ko sauc par DNS polimerāzi. Pēc 20 minūtēm jaunā hromosoma ir pabeigta un fiksēta šūnas vietā.

Sadalījums turpinās un 25 minūšu laikā abas hromosomas ir sākušas divkāršoties. Šūnas centrā parādās sadalījums un 38 min. meitas šūnas ir sadalītas ar sienu, beidzot aseksuālu sadalījumu 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Šūnu struktūra un vielmaiņa

Tā kā tā ir gramnegatīva baktērija, tai ir ārējā membrāna (lipoproteīna slānis) un periplazma (ūdens membrāna), kur atrodas peptidoglikāns. Nav cilpas, nav novērota karodziņš.

Lipīdu sastāvu Šo termofīlo organismiem, jāpielāgo temperatūras svārstībām no konteksta, kādā tie izstrādā, lai saglabātu funkcionalitāti šūnu procesiem, nezaudējot ķīmisko stabilitāti, kas nepieciešama, lai izvairītos no šķīšanu augstās temperatūrās (Ray et al 1971.).

No otras puses, T. aquaticus ir kļuvis par patiesu termostabilu fermentu avotu. Taq DNS polimerāze ir enzīms, kas katalizē dubultās saites ģenerējošā substrāta līzi, tāpēc tas ir saistīts ar liāzes tipa fermentiem (fermenti, kas katalizē obligāciju atbrīvošanu)..

Ņemot vērā, ka tā nāk no termofīlām baktērijām, tā izturas pret ilgstošām inkubācijām augstā temperatūrā (Lamble, 2009).

Jāatzīmē, ka katram organismam ir DNS polimerāze replikācijai, bet tā ķīmiskā sastāva dēļ tas neatstāj augstu temperatūru. Tāpēc taq DNS polimerāze ir galvenais enzīms, ko izmanto, lai pastiprinātu cilvēka genoma sekvences, kā arī citu sugu genomi..

Programmas

Pastipriniet fragmentus

Fermenta termiskā stabilitāte ļauj to izmantot metodēs, lai pastiprinātu DNS fragmentus ar in vitro replikāciju, piemēram, PCR (polimerāzes ķēdes reakcija) (Mas un Colbs, 2001)..

Šim nolūkam ir nepieciešami sākotnējie un galīgie gruntskrājumi (īss nukleotīdu secība, kas nodrošina sākumpunktu DNS sintēzei), DNS polimerāze, deoksiribonukleotīdi trifosfāts, buferis un katjoni..

Reakcijas caurule ar visiem elementiem tiek ievietota termiskā ciklā no 94 līdz 98 grādiem pēc Celsija, lai DNS sadalītu vienkāršās ķēdēs.

Sāciet grunts darbību un atkārtoti uzsilda no 75 līdz 80 grādiem pēc Celsija. Sākt sintēzi no DNS 5'-gala līdz 3 '.

Šeit ir svarīgi izmantot termostabilu fermentu. Ja tiek izmantota kāda cita polimerāze, tā tiktu iznīcināta ekstremālo temperatūru dēļ, kas nepieciešamas procesa veikšanai.

Kary Mullis un citi Cetus Corporation pētnieki atklāja, ka pēc katras DNS termiskās denaturācijas cikla ir jāizslēdz nepieciešamība pievienot fermentu. Enzīmu klonēja, pārveidoja un ražoja lielos daudzumos komerciālai pārdošanai.

Katalizēt bioķīmiskās reakcijas

Pētījumi par termostabiliem fermentiem ir noveduši pie pielietojuma daudzos rūpnieciskos procesos un ir bijuši sasniegums molekulārajā bioloģijā. No biotehnoloģijas viedokļa tā fermenti spēj katalizēt bioķīmiskās reakcijas ekstremālos temperatūras apstākļos.

Piemēram, ir izstrādāti pētījumi, lai izstrādātu procesu, kā pārvaldīt vistas spalvu atkritumus, neizmantojot potenciāli infekciozus mikroorganismus..

Mēs pētījām vistas pildspalvveida pilnšļirces bioloăisko noārdīšanos, ko veicina keratinolītiskā proteāze, kas nozīmē, ka jāizmanto termofīli nekotogēnas T. aquaticus (Bhagat, 2012)..

Pārtikas biotehnoloģija

Glutēna hidrolīze ar T. aquaticus termoaktīvo serīna peptidāzes aqualysin1 sākas maizes ražošanā virs 80 ° C..

Līdz ar to tiek pētīts termostabilā lipekļa relatīvais ieguldījums maizes drupatas tekstūrā (Verbauwhede un Colb, 2017).

Polihlorētu bifenila savienojumu noārdīšanās

Attiecībā uz lietderību rūpniecības jomā Therlor aquaticus fermentus kā termofīlas baktērijas izmanto polihlorētu bifenilu savienojumu (PCB) sadalīšanā..

Šos savienojumus izmanto kā aukstumaģentus elektroiekārtās. Toksicitāte ir ļoti plaša un tās degradācija ir ļoti lēna (Ruíz, 2005).

Atsauces

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. un sp. n., lai izspiestu ekstremālu termofilu. 1969. J Bacteriol. 98. sēj. (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, Džordžs. Mikrobu pasaule. Redakcijas ekonomiskā kultūra. Meksika 2012. gads.
  3. Ferreras P. Eloy R. Biotehnoloģijas interešu termostabilu enzīmu izteikšana un izpēte Madrides autonomā universitāte. DOKTORA TĒMA Madridē. 2011. Pieejams vietnē: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R un Rodellar C. Polimerāzes ķēdes reakcijas (PCR) pamats. AquaTIC Nr. 15, 2001. gada novembris.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., polihlorēto bifenilu (PCB) bioloģiskā noārdīšanās ar mikroorganismiem ... Universitātes likums [tiešsaistē] 2005, 15 (maijs-augusts). Pieejams redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus. Biotehnoloģijas rokasgrāmatas. Springer Science Business Media, LLC. 1995.