Χαρακτηριστικά Thermus aquaticus, κύκλος ζωής, εφαρμογές

Thermus aquaticus είναι ένα θερμόφιλο βακτήριο, το οποίο ανακάλυψε ο Thomas Brock το 1967, που βρίσκεται στο Phylum Deinococcus-Thermus. Είναι ένας gram-αρνητικός, ετερότροφος και αερόβιος μικροοργανισμός, ο οποίος έχει ως εγγενή ιδιότητα την θερμική σταθερότητα.

Λαμβάνεται από μια ποικιλία θερμικών πηγών μεταξύ 50 ° C και 80 ° C και pH 6,0 έως 10,5, στο Εθνικό Πάρκο του Yellowstone και στην Καλιφόρνια της Βόρειας Αμερικής. Έχει επίσης απομονωθεί από τεχνητά θερμικά ενδιαιτήματα.

Αποτελεί πηγή ανθεκτικών στη θερμότητα ενζύμων, τα οποία επιβιώνουν από τους διαφορετικούς κύκλους μετουσίωσης. Στο πλαίσιο αυτό, οι πρωτεΐνες και τα ένζυμα παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη βιομηχανία της βιοτεχνολογίας.

Έτσι, τα ένζυμα που το συνθέτουν χρησιμοποιούνται στη γενετική μηχανική, στην αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) και ως εργαλείο επιστημονικής και ιατροδικαστικής έρευνας (Williams and Sharp, 1995).

Ευρετήριο

• 1 Γενικά χαρακτηριστικά
• 2 Φυλογενία και ταξινόμηση
• 3 Μορφολογία
• 4 Κύκλος ζωής
• 5 Κυτταρική δομή και μεταβολισμός
• 6 Εφαρμογές
  • 6.1 Ενισχύστε θραύσματα
  • 6.2 Καταλυτικές βιοχημικές αντιδράσεις
  • 6.3 Βιοτεχνολογία τροφίμων
  • 6.4 Αποικοδόμηση πολυχλωριωμένων διφαινυλικών ενώσεων
• 7 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Είναι γραμματικό αρνητικό

Το Thermus aquaticus όταν υποβάλλεται σε διαδικασία βαφής Gram, αποκτά χρωματισμό φούξιας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το τοίχωμα της πεπτιδογλυκάνης είναι εξαιρετικά λεπτό ώστε τα σωματίδια της βαφής να μην παγιδευτούν σε αυτήν.

Habitat

Αυτό το βακτήριο έχει σχεδιαστεί για να αντέχει σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό σημαίνει ότι ο φυσικός τους τόπος βρίσκεται στον πλανήτη όπου οι θερμοκρασίες υπερβαίνουν τους 50 ° C.

Με αυτή την έννοια, αυτό το βακτήριο έχει απομονωθεί από τους geysers, που είναι τα πιο συνηθισμένα αυτά του Εθνικού Πάρκου του Yellowstone. των θερμών πηγών σε όλο τον κόσμο, καθώς επίσης και τα τεχνητά περιβάλλοντα ζεστού νερού.

Είναι αερόβια

Αυτό σημαίνει ότι το Thermus aquaticus Είναι ένα βακτήριο πρέπει να βρίσκεται σε περιβάλλοντα που παρέχουν τη διαθεσιμότητα οξυγόνου για να πραγματοποιήσουν τις μεταβολικές τους διαδικασίες.

Είναι θερμόφιλο

Αυτό είναι ένα από τα πιο αντιπροσωπευτικά χαρακτηριστικά του Thermus aquaticus. Αυτό το βακτήριο έχει απομονωθεί από περιοχές όπου οι θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά υψηλές.

Το Thermus aquaticus Είναι ένα πολύ ειδικό και ανθεκτικό βακτήριο, επειδή σε θερμοκρασίες τόσο υψηλές όσο αυτές που υποστηρίζει, οι πρωτεΐνες στα περισσότερα ζωντανά αντικείμενα μετουσιώνονται και σταματούν να εκτελούν τις λειτουργίες τους αμετάκλητα.

Αυτό το βακτήριο έχει θερμοκρασία ανάπτυξης που κυμαίνεται από 40 ° C έως 79 ° C, με βέλτιστη θερμοκρασία ανάπτυξης 70 ° C.

Είναι ετερότροφος

Όπως και κάθε ετεροτροφικός οργανισμός, αυτό το βακτήριο απαιτεί την ανάπτυξη οργανικών ενώσεων που υπάρχουν στο περιβάλλον. Οι κύριες πηγές οργανικής ύλης είναι τα βακτήρια και τα φύκια που υπάρχουν στο περιβάλλον, καθώς και το έδαφος γύρω.

Αναπτύσσεται σε ελαφρώς αλκαλικά περιβάλλοντα

Το βέλτιστο ρΗ στο οποίο το Thermus aquaticus μπορούν να αναπτυχθούν χωρίς τις πρωτεΐνες που το κάνουν να χάσουν τη λειτουργία τους είναι μεταξύ 7,5 και 8. Αξίζει να θυμηθούμε ότι στην κλίμακα pH το 7 είναι ουδέτερο. Πάνω από αυτό είναι αλκαλικό και κάτω από οξύ.

Παράγει πολλά ένζυμα

Thermus aquaticus Είναι ένας μικροοργανισμός που ήταν πολύ χρήσιμος πειραματικά λόγω της ικανότητάς του να ζει σε περιβάλλοντα με υψηλές θερμοκρασίες.

Λοιπόν, μέσω πολυάριθμων ερευνών έχει διαπιστωθεί ότι συνθέτει πολλά ένζυμα που, περιέργως, σε άλλους μικροοργανισμούς, σε αυτές τις ίδιες θερμοκρασίες, μετουσιώνουν και χάνουν τη λειτουργία τους.

Τα ένζυμα που συνθέτουν το Thermus aquaticus αυτά που έχουν μελετηθεί είναι τα περισσότερα.

• Aldolase
• Taq Ι ένζυμο περιορισμού
• DNA Ligase
• Αλκαλική φωσφατάση
• Ισοκυτταρική αφυδρογονάση
• Αμυλομαλτάση

Φυλογενία και ταξινόμηση

Αυτός ο μικροοργανισμός πλαισιώνεται με την κλασική προσέγγιση:

• Βασίλειο: Βακτήρια
• Φύλλο: Deinococcus-Thermus
• Κλάση: Deinococci
• Παραγγελία: Θέρμαλες
• Οικογένεια: Thermaceae
• Είδος: Thermus
• Είδος: Thermus aquaticus.

Μορφολογία

Το βακτήριο Thermus aquaticus ανήκει στην ομάδα των ραβδωτών βακτηρίων (βακίλλων). Τα κύτταρα έχουν μέγεθος περίπου μεταξύ 4 και 10 μικρά. Στο μικροσκόπιο μπορείτε να δείτε πολύ μεγάλα κελιά, καθώς και μικρά κελιά. Δεν υπάρχουν cilia ή flagella στην κυτταρική επιφάνεια.

Το κελί του Thermus aquaticus Έχει μια μεμβράνη η οποία με τη σειρά της αποτελείται από τρία στρώματα: ένα εσωτερικό πλάσμα, ένα εξωτερικό με μια τραχιά εμφάνιση και ένα ενδιάμεσο..

Ένα από τα χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά αυτού του τύπου βακτηρίων είναι ότι στην εσωτερική του μεμβράνη υπάρχουν δομές που μοιάζουν με ράβδους, οι οποίοι είναι γνωστοί ως ηχητικοί οργανισμοί..

Με τον ίδιο τρόπο, αυτά τα βακτήρια περιέχουν πολύ λίγο πεπτιδογλυκάνη στα κυτταρικά τους τοιχώματα και, σε αντίθεση με τα θετικά κατά Gram βακτήρια, περιέχουν λιποπρωτεΐνες.

Όταν εκτίθενται σε φυσικό φως, τα κύτταρα των βακτηρίων μπορούν να πάρουν ένα κίτρινο, ροζ ή κόκκινο χρώμα. Αυτό οφείλεται στις χρωστικές ουσίες που περιέχονται στα βακτηριακά κύτταρα.

Το γενετικό υλικό αποτελείται από ένα μόνο κυκλικό χρωμόσωμα στο οποίο περιέχεται το ϋΝΑ. Από αυτό, περίπου το 65% αποτελείται από νουκλεοτίδια Guanine και Cytosine, δεδομένου ότι τα νουκλεοτίδια της Θυμίνης και της Αδενίνης αντιπροσωπεύουν το 35%.

Κύκλος ζωής

Γενικά, τα βακτήρια, συμπεριλαμβανομένου του T. aquaticus, αναπαράγονται ασυμπτωματικά από την κυτταρική διαίρεση. Το μόνο χρωμόσωμα DNA αρχίζει να αναπαράγεται. αναπαράγεται για να μπορεί να κληρονομήσει όλες τις γενετικές πληροφορίες από τα θυγατρικά κύτταρα, λόγω της παρουσίας του ενζύμου που ονομάζεται ϋΝΑ πολυμεράση. Στα 20 λεπτά το νέο χρωμόσωμα ολοκληρώνεται και σταθεροποιείται σε μια θέση στο κελί.

Η διαίρεση συνεχίζεται και στα 25 λεπτά, τα δύο χρωμοσώματα έχουν αρχίσει να διπλασιάζονται. Μια διαίρεση εμφανίζεται στο κέντρο της κυψέλης και σε 38 λεπτά. τα θυγατρικά κύτταρα έχουν την διαίρεση χωρισμένη από έναν τοίχο, που τερματίζει την ασήμαντη διαίρεση σε 45-50 λεπτά. (Dreifus, 2012).

Κυτταρική δομή και μεταβολισμός

Επειδή πρόκειται για αρνητικό κατά gram βακτήρια, έχει εξωτερική μεμβράνη (στιβάδα λιποπρωτεϊνών) και περιπλάσμα (υδατική μεμβράνη), όπου βρίσκεται πεπτιδογλυκάνη. Δεν υπάρχουν κρόσσια, δεν παρατηρούνται μαστίγες.

Η λιπιδική σύνθεση αυτών των θερμόφιλων οργανισμών, πρέπει να προσαρμοστεί στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του πλαισίου εντός του οποίου αναπτύσσονται, για να διατηρηθεί η λειτουργικότητα των κυτταρικών διεργασιών, χωρίς να χάσει την χημική σταθερότητα αναγκαίες για να αποφευχθεί η διάλυση σε υψηλές θερμοκρασίες (Ray et αϊ 1971).

Από την άλλη πλευρά, το T. aquaticus έχει γίνει μια πραγματική πηγή θερμοσταθερών ενζύμων. DNA πολυμεράση, Taq είναι ένα ένζυμο που καταλύει λύση ενός υποστρώματος δημιουργώντας ένα διπλό δεσμό, έτσι ώστε να αναφέρεται σε τέτοιες ένζυμα λυάσες (ένζυμα τα οποία καταλύουν την απελευθέρωση των συνδέσεων).

Θεωρώντας ότι προέρχεται από ένα θερμόφιλο βακτήριο, αντιστέκεται σε παρατεταμένες επώασεις σε υψηλές θερμοκρασίες (Lamble, 2009).

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι κάθε οργανισμός έχει πολυμεράση ϋΝΑ για αντιγραφή, αλλά λόγω της χημικής του σύνθεσης δεν αντιστέκεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η πολυμεράση taq ϋΝΑ είναι το κύριο ένζυμο που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση αλληλουχιών του ανθρώπινου γονιδιώματος, καθώς και των γονιδιωμάτων άλλων ειδών.

Εφαρμογές

Ενισχύστε θραύσματα

Η θερμική σταθερότητα του ενζύμου επιτρέπει την χρήση του σε τεχνικές για την ενίσχυση θραυσμάτων DNA μέσω in vitro αντιγραφής, όπως η PCR (αλυσίδα αντίδρασης πολυμεράσης) (Mas and Colbs, 2001).

Για το σκοπό αυτό, απαιτεί αρχική και η τελική (βραχεία αλληλουχία νουκλεοτιδίων που παρέχει ένα σημείο εκκίνησης για τη σύνθεση DNA) DNA πολυμεράση, τριφωσφορικά δεοξυριβονουκλεοτίδια, ρυθμιστικό και εκκινητές κατιόντα.

Ο σωλήνας αντίδρασης με όλα τα στοιχεία τοποθετείται σε έναν θερμικό κυκλοποιητή μεταξύ 94 και 98 βαθμών Κελσίου, για να διαιρέσει το DNA σε απλές αλυσίδες.

Ξεκινήστε την απόδοση των εναρκτήρων και επαναλαμβάνεται ξανά η θερμοκρασία μεταξύ 75-80 βαθμών Κελσίου. Ξεκινήστε τη σύνθεση από το άκρο 5 'προς το 3' του DNA.

Εδώ είναι η σημασία της χρήσης του θερμοσταθερού ενζύμου. Εάν χρησιμοποιήθηκε κάποια άλλη πολυμεράση, θα καταστρέφονταν κατά τις ακραίες θερμοκρασίες που ήταν απαραίτητες για την διεξαγωγή της διαδικασίας.

Ο Kary Mullis και άλλοι ερευνητές στο Cetus Corporation, ανακάλυψαν τον αποκλεισμό της ανάγκης προσθήκης ενζύμου μετά από κάθε κύκλο θερμικής μετουσίωσης του DNA. Το ένζυμο κλωνοποιήθηκε, τροποποιήθηκε και παράχθηκε σε μεγάλες ποσότητες για εμπορική πώληση.

Καταλύει βιοχημικές αντιδράσεις

Οι μελέτες θερμοσταθερών ενζύμων οδήγησαν στην εφαρμογή σε ένα τεράστιο φάσμα βιομηχανικών διεργασιών και αποτέλεσαν μια σημαντική ανακάλυψη στη μοριακή βιολογία. Από βιοτεχνολογικής απόψεως, τα ένζυμά του είναι ικανά να καταλύουν βιοχημικές αντιδράσεις υπό ακραίες θερμοκρασιακές συνθήκες.

Για παράδειγμα, έχει αναπτυχθεί έρευνα για την ανάπτυξη μιας διαδικασίας διαχείρισης των αποβλήτων φτερών κοτόπουλου χωρίς τη χρήση δυνητικά μολυσματικών μικροοργανισμών..

βιοαποικοδόμηση των φτερών κοτόπουλου μεσολάβηση keratinolytic παραγωγή πρωτεάσης, η οποία περιλαμβάνει τη χρήση θερμόφιλων Τ aquaticus μη παθογόνο (Bhagat, 2012) ερευνήθηκε.

Βιοτεχνολογία τροφίμων

Η υδρόλυση της γλουτένης από την θερμική ενεργοποιημένη πεπτιδάση πεπτιδάση aqualysin1 του T. aquaticus αρχίζει πάνω από 80 ° C στην παρασκευή αρτοποιίας.

Με αυτόν τον τρόπο μελετάται η σχετική συμβολή της θερμοσταθερής γλουτένης στην υφή της ψίχας ψωμιού (Verbauwhede and Colb, 2017).

Αποικοδόμηση πολυχλωριωμένων διφαινυλικών ενώσεων

Όσον αφορά τη χρησιμότητα στο βιομηχανικό πεδίο, τα ένζυμα του Thermus aquaticus ως θερμόφιλα βακτήρια εφαρμόζονται στην αποικοδόμηση των πολυχλωριωμένων διφαινυλικών ενώσεων (PCBs).

Αυτές οι ενώσεις χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά μέσα σε ηλεκτρικό εξοπλισμό. Η τοξικότητα είναι πολύ ευρεία και η υποβάθμισή της είναι πολύ αργή (Ruíz, 2005).

Αναφορές

1. Brock, TD., Freeze Η. Thermus aquaticus gen. n. και sp. n., να μην συμβολίζει ακραία θερμοφθαλμία. 1969. J Bacteriol. Τόμος 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, Γιώργος. Ο κόσμος των μικροβίων. Επεξεργασία ιστορικού οικονομικού πολιτισμού. Μεξικό 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Έκφραση και μελέτη θερμοσταθερών ενζύμων βιοτεχνολογικού ενδιαφέροντος Αυτόνομο Πανεπιστήμιο Μαδρίτης. ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΘΕΜΑ Μαδρίτη. 2011. Διαθέσιμο στη διεύθυνση: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza Ρ, Osta R και Rodellar C. Βάση της αλυσωτής αντίδρασης πολυμεράσης (PCR). AquaTIC Νο. 15, Νοέμβριος 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela M.L., Βιοαποικοδόμηση πολυχλωριωμένων διφαινυλίων (PCBs) από μικροοργανισμούς ... Πανεπιστημιακός νόμος [online] 2005, 15 (Μάιος-Αύγουστος). Διατίθεται στο redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. Εγχειρίδια Βιοτεχνολογίας. Springer Science Business Media, LLC. 1995.