THERMUS AQUATICUS: RAKSTURLIELUMI, DZĪVES CIKLS, PIELIETOJUMI - BIOLOĢIJA - 2025

Thermus aquaticus ir termofīlā baktērija, kuru Tomass Broks atklāja 1967. gadā un kas atrodas Phylum Deinococcus-Thermus. Tas ir gramnegatīvs, heterotrofisks un aerobs mikroorganisms, kam kā raksturīga īpašība ir termiskā stabilitāte.

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

Thermus aquaticus. Baktērijas, kas nogulsnētas uz 0,22 μm Millipore filtra (mērogs = 1 μm).

Tas ir karstumizturīgu enzīmu avots, kas iztur dažādus denaturācijas ciklus. Šajā kontekstā olbaltumvielas un fermenti ir īpaša interese biotehnoloģijas nozarē.

Tādējādi fermentus, kas to veido, izmanto ģenētiskajā inženierijā, polimerāzes ķēdes reakcijā (PCR) un kā zinātnisku un kriminālistikas pētījumu instrumentu (Williams and Sharp, 1995).

Vispārīgais raksturojums

Jeloustonas parka geizers. Thermus aquaticus tika izolēts no geizera. Avots: Pixabay

Tas ir gramnegatīvs

Thermus aquaticus, pakļaujot to Gram krāsošanas procesam, iegūst fuksijas krāsu. Tas notiek tāpēc, ka peptidoglikāna siena ir ārkārtīgi plāna, tāpēc krāsvielas daļiņas tajā nav ieslodzītas.

Biotops

Šī baktērija ir paredzēta, lai izturētu īpaši augstu temperatūru. Tas nozīmē, ka viņu dabiskā dzīvotne ir vietas uz planētas, kur temperatūra pārsniedz 50 ° C.

Šajā ziņā šī baktērija ir izolēta no geizeriem, no kuriem visbiežāk sastopami Jeloustonas Nacionālais parks; no karstajiem avotiem visā pasaulē, kā arī no mākslīgas karstā ūdens vides.

Tas ir aerobi

Tas nozīmē, ka Thermus aquaticus ir baktērija, tai jāatrodas vidē, kas tai nodrošina skābekļa pieejamību, lai veiktu vielmaiņas procesus.

Ir termofīls

Šī ir viena no raksturīgākajām Thermus aquaticus īpašībām. Šī baktērija ir izolēta no vietām, kur ir ārkārtīgi augsta temperatūra.

Thermus aquaticus ir ļoti īpaša un izturīga baktērija, jo tik augstā temperatūrā, kādu tā atbalsta, olbaltumvielas lielākajā daļā dzīvo būtņu ir denaturētas un neatgriezeniski pārstāj pildīt savas funkcijas.

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

Tas ir heterotrofisks

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

Tas plaukst nedaudz sārmainā vidē

Optimālais pH līmenis, kurā Thermus aquaticus var attīstīties, nezaudējot savas funkcijas olbaltumvielām, ir no 7,5 līdz 8. Der atcerēties, ka pH skalā 7 ir neitrāli. Virs tā ir sārmains un zem tā - skābs.

Ražo lielu daudzumu enzīmu

Thermus aquaticus ir mikroorganisms, kas ir bijis ļoti noderīgs eksperimentālā līmenī, pateicoties tā spējai dzīvot vidē ar augstu temperatūru.

Nu, veicot daudzus pētījumus, tika noteikts, ka tas sintezē daudzus fermentus, kas, savādi, citos mikroorganismos, tādās pašās temperatūrās, denaturējas un zaudē savu funkciju.

Enzīmi, kurus sintezējis Thermus aquaticus, ir visvairāk izpētīti;

• Aldolasse
• Taq I restrikcijas enzīms
• DNS ligase
• Sārmainā fosfatāze
• Izocitrāta dehidrogenāze
• Amilomaltāze

Filoģenētika un taksonomija

Šis mikroorganisms tiek veidots pēc klasiskās pieejas:

• Valstība: Baktērijas
• Patvērums: Deinococcus- Thermus
• Klase: deinokoki
• Kārtība: Thermales
• Ģimene: Thermaceae
• Ģints: Thermus
• Sugas: Thermus aquaticus.

Morfoloģija

Baktērijas Thermus aquaticus pieder stieņu formas baktēriju (baciļu) grupai. Šūnu izmērs ir aptuveni 4 līdz 10 mikroni. Zem mikroskopa var redzēt ļoti lielas šūnas, kā arī mazas šūnas. Viņiem uz šūnas virsmas nav cilia vai flagella.

Thermus aquaticus šūnai ir membrāna, kuru savukārt veido trīs slāņi: iekšējais plazmas slānis, ārējais aptuvenā izskata un starpslānis.

Viena no šāda veida baktēriju atšķirīgajām īpašībām ir tā, ka tās iekšējā membrānā ir struktūras, kas izskatās kā stieņi, kas pazīstamas kā rotund ķermeņi.

Tāpat šīs baktērijas savu šūnu sieniņās satur ļoti maz peptidoglikāna, un atšķirībā no grampozitīvām baktērijām tas satur lipoproteīnus.

Saskaroties ar dabisko gaismu, baktēriju šūnas var kļūt dzeltenas, rozā vai sarkanas. Tas ir saistīts ar pigmentiem, kas atrodas baktēriju šūnās.

Ģenētisko materiālu veido viena apaļa hromosoma, kurā atrodas DNS. No tā aptuveni 65% veido guanīna un citozīnu nukleotīdi, bet timīna un adenīna nukleotīdi veido 35%.

Dzīves cikls

Kopumā baktērijas, ieskaitot T. aquaticus, vairoties aseksāli, daloties šūnās. Atsevišķa DNS hromosoma sāk replicēties; tas atkārtojas, lai varētu mantot visu ģenētisko informāciju meitas šūnām fermenta, ko sauc par DNS polimerāzi, klātbūtnes dēļ. 20 minūšu laikā jaunā hromosoma ir pabeigta un šūnā ir nostiprinājusies.

Dalīšana turpinās un pēc 25 minūtēm abas hromosomas ir sākušas dublēt. Šūnas centrā un pēc 38 minūtēm parādās dalījums. meitas šūnas dalījumu atdala ar sienu, beidzot aseksuālo dalījumu 45-50 minūtēs. (Dreifus, 2012).

Šūnu struktūra un metabolisms

Tā kā tā ir gramnegatīva baktērija, tai ir ārējā membrāna (lipoproteīnu slānis) un periplazma (ūdens membrāna), kur atrodas peptidoglikāns. Netiek novērota cilia vai flagella.

Šo termofilo organismu lipīdu sastāvam jāpielāgojas temperatūras svārstībām kontekstā, kurā tie attīstās, lai saglabātu šūnu procesu funkcionalitāti, nezaudējot ķīmisko stabilitāti, kas nepieciešama, lai izvairītos no izšķīšanas augstā temperatūrā (Ray et al. 1971).

No otras puses, T. aquaticus ir kļuvis par īstu termostabilu enzīmu avotu. Taq DNS polimerāze ir ferments, kas katalizē substrāta lizēšanu, veidojot divkāršu saiti, tāpēc tas ir saistīts ar lāzes tipa fermentiem (fermentiem, kas katalizē saišu izdalīšanos).

Tā kā tas nāk no termofīlām baktērijām, tas iztur ilgstošas ​​inkubācijas augstā temperatūrā (Lamble, 2009).

Jāatzīmē, ka katram organismam ir DNS polimerāze tā replikācijai, taču tā ķīmiskā sastāva dēļ tas neiztur augstas temperatūras. Tāpēc taq DNS polimerāze ir galvenais enzīms, ko izmanto, lai pastiprinātu cilvēka genoma sekvences, kā arī citu sugu genomus.

Lietojumprogrammas

Pastipriniet fragmentus

Fermenta termiskā stabilitāte ļauj to izmantot paņēmienos, lai amplificētu DNS fragmentus, izmantojot in vitro replikāciju, piemēram, PCR (polimerāzes ķēdes reakcija) (Mas and Colbs, 2001).

Tam nepieciešami sākotnējie un galīgie grunti (īsa nukleotīdu secība, kas nodrošina sākumu DNS sintēzei), DNS polimerāze, dezoksiribonukleotīdu trifosfāts, buferšķīdums un katjoni.

Reakcijas mēģeni ar visiem elementiem ievieto termiskajā cikliskā no 94 līdz 98 grādiem pēc Celsija, lai sadalītu DNS atsevišķās daļās.

Sākas gruntēšanas process un atkārtota uzsilšana notiek no 75 līdz 80 grādiem pēc Celsija. Sāk sintēzi no DNS 5 ′ līdz 3 ′ gala.

Šeit ir svarīgi izmantot termostabilu fermentu. Ja izmantotu kādu citu polimerāzi, tā tiks iznīcināta ārkārtējās temperatūrās, kas vajadzīgas procesa veikšanai.

Kary Mullis un citi Cetus Corporation pētnieki atrada nepieciešamību pievienot fermentu pēc katra DNS termiskās denaturācijas cikla. Ferments tika klonēts, modificēts un ražots lielos daudzumos komerciālai pārdošanai.

Katalizē bioķīmiskās reakcijas

T. T. aquaticus termoaktīvā serīna peptidāzes aqualysin1 lipekļa hidrolīze sākas virs 80 ° C maizes gatavošanā.

Ar to tiek pētīts siltumnoturīga lipekļa relatīvais ieguldījums maizes drupatas tekstūrā (Verbauwhede and Colb, 2017).

Polihlorbifenilu savienojumu noārdīšanās

1. Brock, TD., Iesaldēt H. Thermus aquaticus gen. n. un sp. n., nerimstošs galējais termofils. 1969. J Bacteriol. 98. sēj. (1). 289.-297.
2. Dreifuss Kortess, Džordžs. Mikrobu pasaule. Ekonomiskās kultūras redakcijas fonds. Meksika. 2012. gads.
3. Ferreras P. Eloy R. Biotehnoloģiski nozīmīgu termostabilu enzīmu ekspresija un izpēte Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORA DARBS Madride. 2011. Pieejams vietnē: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R un Rodellar C. Polimerāzes ķēdes reakcijas (PCR) pamatojums. AquaTIC Nr. 15, 2001. gada novembris.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Polihlorbifenilu (PCB) biodegradācija, ko veic mikroorganismi. Acta Universitaria 2005, 15 (maijs-augusts). Pieejams vietnē redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus suga. Biotehnoloģijas rokasgrāmatas. Springer Science Business Media, LLC. deviņpadsmit deviņdesmit pieci.