THERMUS AQUATICUS: EGENSKAPER, LIVSSYKLUS, BRUKSOMRÅDER - BIOLOGI - 2026

Thermus aquaticus er en termofil bakterie, oppdaget av Thomas Brock i 1967, lokalisert i Phylum Deinococcus-Thermus. Det er en gramnegativ, heterotrofisk og aerob mikroorganisme, som har termisk stabilitet som en egenskap.

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

Thermus aquaticus. Bakterier avsatt på et 0,22 μm Millipore-filter (skala = 1 μm).

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

Slik brukes enzymene som komponerer det i genteknologi, i polymerasekjedereaksjonen (PCR), og som et vitenskapelig og rettsmedisinske undersøkelsesverktøy (Williams og Sharp, 1995).

Generelle egenskaper

Yellowstone Park Geyser. Thermus aquaticus ble isolert fra en geysir. Kilde: Pixabay

Det er gramnegativt

Når den utsettes for Gram-fargeprosessen, får Thermus aquaticus en fuchsia-farge. Dette fordi peptidoglykanveggen er ekstremt tynn, slik at fargestoffpartiklene ikke blir fanget i den.

habitat

Denne bakterien er designet for å tåle ekstremt høye temperaturer. Dette innebærer at deres naturlige habitat er steder på planeten der temperaturene overstiger 50 ° C.

På denne måten har denne bakterien blitt isolert fra geysirer, den vanligste er de i Yellowstone nasjonalpark; fra varme kilder rundt om i verden, så vel som fra kunstige varmtvannsmiljøer.

Det er aerobt

Dette betyr at Thermus aquaticus er en bakterie, den må være i miljøer som gir den oksygentilgjengelighet for å kunne utføre metabolske prosesser.

Er termofil

Dette er en av de mest representative egenskapene til Thermus aquaticus. Denne bakterien har blitt isolert fra steder der temperaturene er ekstremt høye.

Thermus aquaticus er en veldig spesiell og motstandsdyktig bakterie, siden proteiner i de fleste levende vesener ved de temperaturer som er så høye som de støtter, denatureres og opphører irreversibelt å oppfylle sine funksjoner.

Denne bakterien har en veksttemperatur som varierer fra 40 ° C til 79 ° C, og den optimale veksttemperaturen er 70 ° C.

Det er heterotrofisk

Som enhver heterotrof organisme, krever denne bakterien organiske forbindelser til stede i miljøet for å utvikle seg. De viktigste kildene til organisk materiale er bakterier og alger som er til stede i omgivelsene, så vel som den omkringliggende jorda.

Den trives i litt alkaliske miljøer

Den optimale pH-verdien der Thermus aquaticus kan utvikle seg uten at proteinene som inneholder den mister sin funksjon er mellom 7,5 og 8. Det er verdt å huske at på pH-skalaen 7 er nøytral. Over dette er det alkalisk og under det surt.

Produserer et stort antall enzymer

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

Vel, gjennom en rekke undersøkelser er det blitt bestemt at det syntetiserer en rekke enzymer som underlig, i andre mikroorganismer, ved de samme temperaturene, blir denaturert og mister sin funksjon.

Enzymer som er syntetisert av Thermus aquaticus som er mest studert, er;

• Aldolasse
• Taq I-restriksjonsenzym
• DNA-ligase
• Alkalisk fosfatase
• Isocitrat dehydrogenase
• Amylomaltase

Filogeni og taksonomi

Denne mikroorganismen er innrammet under den klassiske tilnærmingen:

• Rike: Bakterier
• Filum: Deinococcus- Thermus
• Klasse: Deinococci
• Ordre: Thermales
• Familie: Thermaceae
• Slekt: Thermus
• Arter: Thermus aquaticus.

morfologi

Bakteriene Thermus aquaticus tilhører gruppen av stavformede bakterier (baciller). Celler er omtrent 4 til 10 mikrometer i størrelse. Svært store celler kan sees under mikroskopet, så vel som små celler. De har ikke cilia eller flagella på celleoverflaten.

Thermus aquaticus-cellen har en membran som igjen består av tre lag: et internt plasmalag, et eksternt grovt utseende og et mellomlag.

Et av de kjennetegnende egenskapene til denne typen bakterier er at det er strukturer som ser ut som stenger i den indre membranen, som er kjent som svingete kropper.

På samme måte inneholder disse bakteriene veldig lite peptidoglykan i celleveggen, og i motsetning til gram-positive bakterier inneholder den lipoproteiner.

Når de utsettes for naturlig lys, kan bakteriens celler bli gule, rosa eller røde. Dette skyldes pigmentene som er inneholdt i bakteriecellene.

Arvematerialet består av et enkelt sirkulært kromosom der DNA er inneholdt. Av dette består omtrent 65% av Guanine og Cytosine nukleotider, med Thymine og Adenine nukleotider som representerer 35%.

Livssyklus

Generelt reproduserer bakterier, inkludert T. aquaticus, useksuelt ved celledeling. Enkelt-DNA-kromosomet begynner å replikere; den kopieres for å kunne arve all genetisk informasjon til dattercellene, på grunn av tilstedeværelsen av enzymet kalt DNA-polymerase. I løpet av 20 minutter er det nye kromosomet komplett og har festet på plass i cellen.

Delingen fortsetter, og etter 25 minutter har de to kromosomene begynt å duplisere seg. En divisjon vises i midten av cellen og på 38 minutter. dattercellene presenterer divisjonen adskilt av en vegg, og avslutter den aseksuelle inndelingen på 45-50 minutter. (Dreifus, 2012).

Cellestruktur og metabolisme

Fordi det er en gramnegativ bakterie, har den en ytre membran (lipoproteinlag) og periplasme (vandig membran), der peptidoglycan befinner seg. Ingen cilia eller flagella er observert.

Sammensetningen av lipidene til disse termofile organismer må tilpasse seg svingninger i temperaturen i konteksten der de utvikler seg, for å opprettholde funksjonaliteten til de cellulære prosessene, uten å miste den kjemiske stabiliteten som er nødvendig for å unngå oppløsning ved høye temperaturer (Ray et al. 1971).

På den annen side har T. aquaticus blitt en ekte kilde til termostabile enzymer. Taq DNA-polymerase er et enzym som katalyserer lysering av et substrat ved å generere en dobbeltbinding, så det er relatert til lyase-enzymer (enzymer som katalyserer frigjøring av bindinger).

Siden den kommer fra en termofile bakterier, motstår den lange inkubasjoner ved høye temperaturer (Lamble, 2009).

Det skal bemerkes at hver organisme har DNA-polymerase for sin replikasjon, men på grunn av sin kjemiske sammensetning motstår den ikke høye temperaturer. Det er grunnen til at taq DNA-polymerase er det viktigste enzymet som brukes til å forsterke sekvenser av det humane genomet, så vel som genomer fra andre arter.

applikasjoner

Forsterk fragmenter

Den termiske stabiliteten til enzymet gjør det mulig å bruke det i teknikker for å amplifisere DNA-fragmenter gjennom in vitro-replikasjon, slik som PCR (polymerasekjedereaksjon) (Mas og Colbs, 2001).

Dette krever innledende og endelige primere (kort nukleotidsekvens som gir et utgangspunkt for DNA-syntese), DNA-polymerase, deoksyribonukleotider trifosfat, bufferløsning og kationer.

Reaksjonsrøret med alle elementene plasseres i en termisk syklator mellom 94 og 98 grader celsius, for å dele DNAet i enkeltstrenger.

Oppføringen til grunningene begynner og oppvarming skjer igjen mellom 75-80 grader celsius. Initierer syntese fra 5 ′ til 3 ′ slutten av DNA.

Her er viktigheten av å bruke det termostabile enzymet. Hvis noen annen polymerase ble brukt, ville den bli ødelagt under de ekstreme temperaturer som er nødvendige for å utføre prosessen.

Kary Mullis og andre forskere ved Cetus Corporation fant utelukkelsen av behovet for å tilsette enzym etter hver syklus med termisk denaturering av DNA. Enzymet ble klonet, modifisert og produsert i store mengder for kommersielt salg.

Katalysere biokjemiske reaksjoner

Hydrolysen av gluten av den termoaktive serin peptidase aqualysin1 fra T. aquaticus, begynner over 80 ° C i brødfremstilling.

Med dette studeres det relative bidraget fra varmestabil gluten til strukturen til brødkrummen (Verbauwhede og Colb, 2017).

Nedbrytning av polyklorerte bifenylforbindelser

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. og sp. n., en usporulerende ekstrem termofil. 1969. J Bacteriol. Bind 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. En verden av mikrober. Redaksjonelt fond for økonomisk kultur. Mexico. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Uttrykk og studie av termostabile enzymer av bioteknologisk interesse Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORAL TESES Madrid. 2011. Tilgjengelig på: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R og Rodellar C. Begrunnelse for Polymerase Chain Reaction (PCR). AquaTIC nº 15, november 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Bionedbrytning av polyklorerte bifenyler (PCB) av mikroorganismer .. Acta Universitaria 2005, 15 (Mai-August). Tilgjengelig på redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. Håndbøker for bioteknologi. Springer Science Business Media, LLC. nitten nitti fem.