THERMUS AQUATICUS: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ, ЗАСТОСУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Thermus aquaticus - це теплолюбна бактерія, відкрита Томасом Броком у 1967 році, розташована в Phylum Deinococcus-Thermus. Це грамнегативний, гетеротрофний та аеробний мікроорганізм, який має термічну стійкість як властиву властивості.

Його отримують з різноманітних гарячих джерел від 50 ° C до 80 ° C, pH від 6,0 до 10,5, в Національному парку Йеллоустоун та в Каліфорнії в Північній Америці. Він також був виділений зі штучних термальних місць існування.

Thermus aquaticus. Бактерії осідають на фільтрі Міліпора 0,22 мкм (масштаб = 1 мкм).

Він є джерелом жаростійких ферментів, які переживають різні цикли денатурації. У цьому контексті білки та ферменти представляють особливий інтерес для галузі біотехнології.

Ось так ферменти, що входять до його складу, використовуються в генній інженерії, в ланцюговій реакції полімерази (ПЛР) та як інструмент науково-криміналістичного дослідження (Williams and Sharp, 1995).

Загальна характеристика

Йеллоустонський парк-гейзер. Thermus aquaticus був виділений з гейзера. Джерело: Pixabay

Це грамнегативно

Thermus aquaticus, піддаючись процесу фарбування по Граму, набуває забарвлення фуксії. Це тому, що стінка пептидоглікана надзвичайно тонка, щоб частинки барвника не потрапили в неї.

Хабітат

Ця бактерія створена для витримки надзвичайно високих температур. Це означає, що їх природним середовищем існування є місця на планеті, де температура перевищує 50 ° С.

У цьому сенсі ця бактерія була виділена з гейзерів, найпоширенішими є національні парку Єллоустоун; з гарячих джерел по всьому світу, а також із штучних середовищ гарячої води.

Це аеробне

Це означає, що Thermus aquaticus - це бактерія, і вона обов'язково повинна перебувати в середовищі, що забезпечує їй доступність кисню, щоб здійснювати свої метаболічні процеси.

Теплофільний

Це одна з найбільш репрезентативних характеристик Thermus aquaticus. Ця бактерія була виділена з місць, де температура надзвичайно висока.

Thermus aquaticus - це дуже особлива і стійка бактерія, оскільки при високій температурі, ніж ті, які вона підтримує, білки у більшості живих істот денатуровані і безповоротно перестають виконувати свої функції.

Ця бактерія має температуру росту від 40 ° C до 79 ° C, оптимальною температурою росту є 70 ° C.

Він гетеротрофний

Як і будь-який гетеротрофний організм, цій бактерії потрібні органічні сполуки, присутні в навколишньому середовищі, щоб розвиватися. Основними джерелами органічної речовини є бактерії та водорості, присутні в навколишньому середовищі, а також навколишній грунт.

Він процвітає в слабощелочной середовищі

Оптимальний рН, при якому Thermus aquaticus може розвиватися без білків, що входять до його складу, втрачаючи свою функцію, становить від 7,5 до 8. Варто пам’ятати, що 7 за шкалою pH нейтральні. Над цим він лужний, а нижче кислий.

Виробляє велику кількість ферментів

Thermus aquaticus - це мікроорганізм, який був дуже корисним на експериментальному рівні завдяки своїй здатності жити в середовищі з високими температурами.

Ну, завдяки численним дослідженням було встановлено, що він синтезує численні ферменти, які, що цікаво, в інших мікроорганізмах при тих же температурах денатуровані і втрачають свою функцію.

Найбільше вивчені ферменти, синтезовані Thermus aquaticus;

• Альдолассе
• Фермент рестрикції Taq I
• ДНК-лігаза
• Лужна фосфатаза
• Ізоцитратдегідрогеназа
• Аміломальтаза

Філогенія та систематика

Цей мікроорганізм обрамлений за класичним підходом:

• Царство: Бактерії
• Тип: Дейнокок - Термус
• Клас: Дейнококи
• Порядок: Термали
• Сімейство: Thermaceae
• Рід: Термус
• Порода: Thermus aquaticus.

Морфологія

Бактерія Thermus aquaticus відноситься до групи паличкоподібних бактерій (бацил). Клітини мають розмір приблизно від 4 до 10 мкм. Під мікроскопом можна побачити дуже великі клітини, а також дрібні клітини. Вони не мають війок або джгутиків на поверхні клітин.

Клітина Thermus aquaticus має мембрану, яка в свою чергу складається з трьох шарів: внутрішнього плазмового шару, зовнішнього шорсткого вигляду та проміжного шару.

Однією з відмінних характеристик цього типу бактерій є те, що у його внутрішній мембрані є структури, схожі на стрижні, які відомі як тільця ротонда.

Так само ці бактерії містять дуже мало пептидоглікану у своїй клітинній стінці, і на відміну від грампозитивних бактерій, вони містять ліпопротеїни.

При впливі природного світла клітини бактерій можуть жовтіти, рожеві або червоні. Це пов’язано з пігментами, які містяться в клітинах бактерій.

Генетичний матеріал складається з єдиної кругової хромосоми, в якій міститься ДНК. З них приблизно 65% складають нуклеотиди гуаніна та цитозину, при цьому нуклеотиди тиміну та аденіну становлять 35%.

Життєвий цикл

Взагалі бактерії, включаючи T. aquaticus, розмножуються безстатевим шляхом діленням клітин. Єдина хромосома ДНК починає реплікувати; він копіюється, щоб мати можливість успадкувати всю генетичну інформацію дочірнім клітинам, завдяки наявності ферменту, який називається ДНК-полімеразою. Протягом 20 хвилин нова хромосома закінчена і закріпилася на місці в клітині.

Поділ триває і через 25 хв дві хромосоми почали дублюватися. Поділ з’являється в центрі клітини і через 38 хв. дочірні клітини представляють поділ, розділений стінкою, закінчуючи безстатевим поділом через 45-50 хв. (Дрейфус, 2012).

Будова клітин і обмін речовин

Оскільки це грамнегативна бактерія, вона має зовнішню мембрану (шар ліпопротеїну) та периплазму (водна мембрана), де знаходиться пептидоглікан. Ні війок, ні джгутиків не спостерігається.

Склад ліпідів цих термофільних організмів повинен адаптуватися до коливань температури контексту, де вони розвиваються, підтримувати функціональність клітинних процесів, не втрачаючи хімічної стійкості, необхідної для уникнення розчинення при високій температурі (Ray et al. 1971).

З іншого боку, T. aquaticus став справжнім джерелом термостабільних ферментів. Taq ДНК-полімераза - це фермент, який каталізує лізис субстрату, утворюючи подвійну зв’язок, тому він пов'язаний з ферментами типу ліази (ферментами, що каталізують вивільнення зв’язків).

Оскільки він походить від термофільних бактерій, він чинить опір довгим інкубаціям при високих температурах (Lamble, 2009).

Слід зазначити, що кожен організм має ДНК-полімеразу для її реплікації, але завдяки своєму хімічному складу він не чинить опір високим температурам. Ось чому так-ДНК-полімераза є основним ферментом, який використовується для ампліфікації послідовностей геному людини, а також геномів інших видів.

Програми

Ампліфікуйте фрагменти

Термічна стабільність ферменту дозволяє використовувати його в техніках ампліфікації фрагментів ДНК за допомогою in vitro реплікації, таких як ПЛР (ланцюгова реакція полімерази) (Mas and Colbs, 2001).

Для цього потрібні початкові та кінцеві праймери (коротка нуклеотидна послідовність, яка забезпечує вихідну точку синтезу ДНК), ДНК-полімераза, дезоксирибонуклеотиди трифосфат, буферний розчин та катіони.

Реакційну пробірку з усіма елементами поміщають у термічний циклер між 94 і 98 градусами Цельсія, щоб розділити ДНК на окремі ланцюги.

Продуктивність праймерів починається, і повторне нагрівання відбувається знову між 75-80 градусами Цельсія. Ініціює синтез від 5 'до 3' кінця ДНК.

Тут важливе значення має термостабільний фермент. Якби була використана будь-яка інша полімераза, вона була б знищена під час екстремальних температур, необхідних для проведення процесу.

Карі Мулліс та інші дослідники корпорації Cetus виявили виключення необхідності додавання ферменту після кожного циклу термічної денатурації ДНК. Фермент клонували, модифікували та виробляли у великих кількостях для комерційного продажу.

Каталізуйте біохімічні реакції

Гідроліз клейковини термоактивною сериновою пептидазою аквалізін1 від T. aquaticus, починається вище 80 ° С у виробництві хліба.

З цим вивчається відносний внесок термостійкого клейковини в текстуру хлібної крихти (Verbauwhede and Colb, 2017).

Деградація поліхлорованих біфенільних сполук

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. н. і сп. п., неспортуючий крайній термофіл. 1969. Дж. Бактеріол. Т. 98 (1). 289-297.
2. Дрейфус Кортес, Джордж. Світ мікробів. Редакційний фонд економічної культури. Мексика. 2012 рік.
3. Ferreras P. Eloy R. Експресія та вивчення термостабільних ферментів, що представляють інтерес для біотехнологічного Universidad Autónoma de Madrid. ДОКТОРАЛЬНІ ТЕЗИ Мадрид. 2011. Доступно за адресою: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Saragoza P, Osta R і Rodellar C. Обґрунтування ланцюгової реакції полімерази (PCR). AquaTIC nº 15, листопад 2001 року.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Біодеструкція поліхлорованих біфенілів (PCB) мікроорганізмами. Acta Universitaria 2005, 15 (травень-серпень). Доступний на redalyc.org.
6. Sharp R, рід Вільям Р. Термус. Довідники з біотехнології. Springer Science Business Media, LLC. дев'ятнадцять дев'яносто п'ять.