Termus aquaticus egenskaper, livssyklus, applikasjoner



Thermus aquaticus er en termofil bakterie, oppdaget av Thomas Brock i 1967, lokalisert i Phylum Deinococcus-Thermus. Det er en gram-negativ, heterotrofisk og aerob mikroorganisme, som har en egen egenskap den termiske stabiliteten.

Det er hentet fra en rekke varme kilder mellom 50 ° C og 80 ° C og pH 6,0 til 10,5, i Yellowstone National Park i California og Nord-Amerika. Det har også blitt isolert fra kunstige termiske habitater.

Det er en kilde til varmebestandige enzymer, som overlever de forskjellige denatureringssyklusene. I denne sammenheng er proteiner og enzymer av spesiell interesse for bioteknologibransjen.

Dette er hvordan enzymer som komponerer det, brukes i genteknologi, i polymerasekjedereaksjonen (PCR), og som et verktøy for vitenskapelig og rettsmedisinsk forskning (Williams and Sharp, 1995).

index

  • 1 Generelle egenskaper
  • 2 Phylogeni og taksonomi
  • 3 Morfologi
  • 4 Livssyklus
  • 5 Cellstruktur og metabolisme
  • 6 applikasjoner
    • 6.1 Forsterk fragmenter
    • 6.2 Katalysere biokjemiske reaksjoner
    • 6.3 Matbioteknologi
    • 6.4 Nedbrytning av polyklorerte bifenylforbindelser
  • 7 referanser

Generelle egenskaper

Det er gram-negativt

den Thermus aquaticus når den blir utsatt for Gram-fargeprosessen, oppnår den en fuchsia-fargestoff. Dette skyldes at veggen av peptidoglykan er ekstremt tynn slik at fargestoffene ikke er fanget i den.

habitat

Denne bakterien er designet for å motstå ekstremt høye temperaturer. Dette innebærer at dets naturlige habitat er steder på planeten der temperaturen overskrider 50 ° C.

I denne forstand har denne bakterien blitt isolert fra geisers, som er den vanligste av Yellowstone National Park; av varme kilder rundt om i verden, samt kunstige varmtvannsmiljøer.

Det er aerobic

Dette betyr at Thermus aquaticus Det er en bakterie er må være i miljøer som gir oksygen tilgjengelighet for å utføre sine metabolske prosesser.

Det er termofilt

Dette er en av de mest representative egenskapene til Thermus aquaticus. Denne bakterien er blitt isolert fra steder hvor temperaturen er ekstremt høy.

den Thermus aquaticus Det er en veldig spesiell og motstandsdyktig bakterie, fordi ved temperaturer som er så høye som de som støtter, denatureres proteinene i de fleste levende ting og slutter å utføre sine funksjoner irreversibelt.

Denne bakterien har en veksttemperatur som varierer fra 40 ° C til 79 ° C, med en optimal veksttemperatur på 70 ° C.

Han er heterotrofisk

Som en hvilken som helst heterotrof organism, krever denne bakterien organiske forbindelser tilstede i miljøet for å utvikle seg. De viktigste kildene til organisk materiale er bakterier og alger tilstede i omgivelsene, så vel som jorda rundt.

Den utvikler seg i litt alkaliske miljøer

Den optimale pH ved hvilken Thermus aquaticus kan utvikle seg uten proteiner som gjør det miste sin funksjon er mellom 7,5 og 8. Det er verdt å huske at på pH-skalaen er 7 nøytral. Over dette er alkalisk og under syre.

Det produserer mange enzymer

Thermus aquaticus Det er en mikroorganisme som har vært svært nyttig eksperimentelt på grunn av sin evne til å leve i miljøer med høye temperaturer.

Vel, gjennom en rekke undersøkelser har det blitt fastslått at det syntetiserer mange enzymer som nysgjerrig i andre mikroorganismer ved samme temperaturer, denaturerer og mister deres funksjon.

De enzymer som syntetiserer Thermus aquaticus Det som har blitt studert mest, er;

  • aldolase
  • Taq I restriksjonsenzym
  • DNA-ligase
  • Alkalisk fosfatase
  • Isocitrat dehydrogenase
  • amylomaltase

Phylogeny og taksonomi

Denne mikroorganismen er innrammet under den klassiske tilnærmingen:

  • Kingdom: Bakterier
  • Phylum: Deinococcus-Thermus
  • Klasse: Deinokokker
  • Bestilling: Termaler
  • Familie: Thermaceae
  • Sjanger: Thermus
  • Art: Thermus aquaticus.

morfologi

Bakterien Thermus aquaticus tilhører gruppen av stavformede bakterier (baciller). Cellene har en omtrentlig størrelse på mellom 4 og 10 mikron. I mikroskopet kan du se veldig store celler, så vel som små celler. Ingen cilia eller flagella på celleoverflaten.

Cellen til Thermus aquaticus Den har en membran som igjen består av tre lag: et indre plasma, en ekstern en med grov utseende og en mellomliggende..

En av de karakteristiske egenskapene ved denne typen bakterier er at i sin indre membran er det strukturer som ser ut som stenger, som er kjent som rungende kropper..

På samme måte inneholder disse bakteriene svært lite peptidoglykan i deres cellevegger og, i motsetning til gram-positive bakterier, inneholder de lipoproteiner.

Når det utsettes for naturlig lys, kan bakteriens celler ta på seg en gul, rosa eller rød farge. Dette skyldes pigmentene som finnes i bakteriecellene.

Det genetiske materialet består av et enkelt sirkulært kromosom der DNA er inneholdt. Av dette ca. 65% består av guanin og cytosin nukleotider hvor nukleotidene adenin og tymin representerer 35%.

Livssyklus

Generelt reproduserer bakterier, inkludert T. aquaticus, aseksuelt ved celledeling. Det eneste DNA-kromosomet begynner å replikere; den replikerer for å kunne arve all genetisk informasjon fra datterceller, på grunn av tilstedeværelsen av enzymet kalt DNA-polymerase. På 20 minutter er det nye kromosomet komplett og festet til et sted i cellen.

Divisjonen fortsetter og om 25 min har de to kromosomene begynt å doble. En divisjon vises i midten av cellen og i 38 min. Dattercellene har divisjonen skilt av en vegg, og slutter den aseksuelle delingen på 45-50 minutter. (Dreifus, 2012).

Cellstruktur og metabolisme

Fordi det er en gramnegativ bakterie, har den et ytre membran (lipoproteinlag) og periplasma (vandig membran), hvor peptidoglykan er lokalisert. Ingen cilia, ingen flagell observeres.

Lipidsammensetningen av disse termofile organismer, må tilpasses til temperatursvingninger i den sammenheng hvor de utvikler seg, for å opprettholde funksjonalitet av cellulære prosesser, uten å miste den kjemiske stabiliteten er nødvendig for å unngå oppløsning ved høye temperaturer (Ray et al . 1971).

På den annen side har T. aquaticus blitt en sann kilde til termostabile enzymer. DNA-polymerase er et enzym Taq-katalysering av et substrat å generere en dobbeltbinding, så dreier det seg om slike enzymer lyaser (enzymer som katalyserer frigjøringen av lenker).

Med tanke på at den kommer fra en termofil bakterie, motstår den langvarig inkubasjon ved høye temperaturer (Lamble, 2009).

Det skal bemerkes at hver organisme har DNA-polymerase for replikasjon, men på grunn av sin kjemiske sammensetning motstår ikke høye temperaturer. Derfor er taq-DNA-polymerase det viktigste enzymet som brukes til å amplifisere sekvenser av det humane genomet, samt genomene av andre arter.

søknader

Forsterk fragmenter

Den termiske stabilitet av enzymet gjør at den kan brukes i metoder for amplifisering av DNA-fragmenter ved replikasjon in vitro, slik som PCR (polymerase chain reaction) (Mas og colbs, 2001).

For dette kreves det første og slutt (kort nukleotidsekvens som gir et startpunkt for DNA-syntese) DNA-polymerase, deoksyribonukleotidtrifosfatene, buffer og primere kationer.

Reaksjonsrøret med alle elementene er plassert i en termisk sikler mellom 94 og 98 grader Celsius, for å dele DNA-en i enkle kjeder.

Start primers ytelse og oppvarming skjer igjen mellom 75-80 grader Celsius. Start syntesen fra 5'-enden til 3'en av DNA'et.

Her er det viktig å bruke termostabilt enzym. Hvis noen annen polymerase ble brukt, ville den bli ødelagt under ekstreme temperaturer som var nødvendige for å utføre prosessen.

Kary Mullis og andre Cetus Corporation, oppdaget utelukkelse av behovet for å tilsette enzymet etter hver syklus av DNA-termisk denaturering. Enzymet ble klonet, modifisert og produsert i store mengder for kommersielt salg.

Katalysere biokjemiske reaksjoner

Studiene av termostabile enzymer har ført til anvendelse på et stort utvalg av industrielle prosesser og har vært et gjennombrudd i molekylærbiologi. Fra det bioteknologiske synspunktet er dets enzymer i stand til å katalysere biokjemiske reaksjoner under ekstreme temperaturforhold.

For eksempel har forskning blitt utviklet for å utvikle en prosess for å håndtere kyllingfjæravfall uten bruk av potensielt smittsomme mikroorganismer..

nedbrytning av en fjær mediert keratinolytic proteaseproduksjon, som innebærer bruk termofile T. aquaticus ikke-patogent (Bhagat, 2012) ble undersøkt.

Matbioteknologi

Hydrolysen av gluten ved den termoaktive serinpeptidase-aqualysin1 av T. aquaticus begynner over 80 ° C i brødfremstilling.

Med dette den relative bidraget av herde gluten til tekstur av brød (Verbauwhede og Colb, 2017) er studert.

Nedbrytning av polyklorerte bifenylforbindelser

Når det gjelder bruksområdet i industriområdet, blir enzymer av Thermus aquaticus som termofile bakterier anvendt i nedbrytningen av polyklorbiphenylforbindelser (PCB).

Disse forbindelsene brukes som kjølemidler i elektrisk utstyr. Toksisiteten er svært bred og dens nedbrytning er svært langsom (Ruíz, 2005).

referanser

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. og sp. n., for å nonsporere ekstrem termofile. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Verden av mikrober. Redaksjonell økonomisk kultur bakgrunn. Mexico. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Uttrykk og studier av termostabile enzymer av bioteknologisk interesse, Autonome Universitetet i Madrid. Doktordisk Madrid. 2011. Tilgjengelig på: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R og Rodellar C. Basis av polymerasekjedereaksjonen (PCR). AquaTIC nr. 15, november 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biologisk nedbrytning av polyklorerte bifenyler (PCB) av mikroorganismer ... Universitetsloven [online] 2005, 15 (mai-august). Tilgjengelig på redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus spesie. Bioteknologi Håndbøker. Springer Science Business Media, LLC. 1995.