Характеристики Thermus aquaticus, жизненный цикл, применение



Thermus aquaticus является теплолюбивой бактерией, обнаруженной Томасом Броком в 1967 году и расположенной в Phylum Deinococcus-Thermus. Это грамотрицательный, гетеротрофный и аэробный микроорганизм, который обладает внутренним свойством термостабильности..

Его получают из различных термальных источников при температуре от 50 до 80 ° С и рН от 6,0 до 10,5 в Йеллоустонском национальном парке и в Калифорнии в Северной Америке. Это было также изолировано от искусственных тепловых сред обитания.

Это источник термостойких ферментов, которые переживают различные циклы денатурации. В этом контексте белки и ферменты представляют особый интерес для биотехнологической промышленности..

Именно так ферменты, которые его составляют, используются в генной инженерии, в полимеразной цепной реакции (ПЦР) и в качестве инструмента для научных и судебных исследований (Williams and Sharp, 1995)..

индекс

  • 1 Общая характеристика
  • 2 Филогения и таксономия
  • 3 Морфология
  • 4 Жизненный цикл
  • 5 Клеточная структура и обмен веществ
  • 6 приложений
    • 6.1 Усилить фрагменты
    • 6.2 Катализировать биохимические реакции
    • 6.3 Пищевая биотехнология
    • 6.4. Разложение полихлорированных бифенильных соединений.
  • 7 ссылок

Общие характеристики

Грамотрицательный

Thermus aquaticus при воздействии процесса окрашивания по Граму он приобретает окраску фуксии. Это связано с тем, что стенка пептидогликана очень тонкая, поэтому частицы красителя не попадают в нее.

среда обитания

Эта бактерия разработана, чтобы противостоять чрезвычайно высоким температурам. Это означает, что его естественной средой обитания являются места на планете, где температура превышает 50 ° C.

В этом смысле, эта бактерия была изолирована от гейзеров, являясь наиболее распространенными бактериями в Йеллоустонском национальном парке; горячих источников по всему миру, а также искусственной горячей воды.

Это аэробика

Это означает, что Thermus aquaticus Это бактерия должна находиться в средах, которые обеспечивают кислородную доступность для осуществления их метаболических процессов..

Теплолюбив

Это одна из наиболее представительных характеристик Thermus aquaticus. Эта бактерия была выделена из мест, где температура чрезвычайно высока.

Thermus aquaticus Это очень особенная и устойчивая бактерия, потому что при таких высоких температурах, которые она поддерживает, белки в большинстве живых организмов денатурируют и перестают выполнять свои функции безвозвратно.

Эта бактерия имеет температуру роста от 40 до 79 ° С, оптимальная температура роста - 70 ° С..

Он гетеротрофен

Как и любой гетеротрофный организм, эта бактерия требует органических соединений, присутствующих в окружающей среде для развития. Основными источниками органического вещества являются бактерии и водоросли, присутствующие в окружающей среде, а также почва вокруг.

Развивается в слабощелочной среде

Оптимальный рН, при котором Thermus aquaticus может развиваться без белков, которые заставляют его терять свою функцию, между 7,5 и 8. Стоит помнить, что по шкале рН 7 является нейтральным. Выше это щелочной и ниже кислоты.

Он производит много ферментов

Thermus aquaticus Это микроорганизм, который был очень полезен в эксперименте из-за его способности жить в условиях высокой температуры.

Ну, благодаря многочисленным исследованиям было установлено, что он синтезирует многочисленные ферменты, которые, что любопытно, в других микроорганизмах, при тех же температурах, денатурируют и теряют свою функцию.

Ферменты, которые синтезируют Thermus aquaticus что изучено больше всего;

  • альдолаз
  • Taq I рестриктаз
  • ДНК-лигаза
  • Щелочная фосфатаза
  • Изоцитратдегидрогеназа
  • amylomaltase

Филогения и таксономия

Этот микроорганизм создан по классическому подходу:

  • Королевство: Бактерии
  • Тип: Дейнококк-Термус
  • Класс: Дейнококки
  • Заказ: Термы
  • Семья: Thermaceae
  • Жанр: Термус
  • Виды: Thermus aquaticus.

морфология

Бактерия Thermus aquaticus принадлежит к группе палочковидных бактерий (бацилл). Ячейки имеют приблизительный размер от 4 до 10 микрон. В микроскоп вы можете увидеть очень большие клетки, а также маленькие клетки. Нет ресничек или жгутиков на поверхности клетки.

Ячейка Thermus aquaticus Он имеет мембрану, которая в свою очередь состоит из трех слоев: внутренней плазмы, внешней с грубым внешним видом и промежуточной..

Одной из отличительных характеристик этого типа бактерий является то, что в его внутренней мембране имеются структуры, похожие на палочки, которые известны как громкие тела..

Таким же образом, эти бактерии содержат очень мало пептидогликана в своих клеточных стенках и, в отличие от грамположительных бактерий, они содержат липопротеины.

При воздействии естественного света клетки бактерий могут приобретать желтый, розовый или красный цвет. Это связано с пигментами, содержащимися в бактериальных клетках.

Генетический материал состоит из одной круглой хромосомы, в которой содержится ДНК. Из этого примерно 65% состоит из нуклеотидов гуанина и цитозина, поскольку нуклеотиды тимина и аденина составляют 35%.

Жизненный цикл

В целом, бактерии, включая T. aquaticus, размножаются бесполым путем деления клеток. Единственная ДНК-хромосома начинает реплицироваться; он реплицируется, чтобы иметь возможность наследовать всю генетическую информацию от дочерних клеток, благодаря присутствию фермента, называемого ДНК-полимеразой. Через 20 минут новая хромосома завершается и фиксируется на участке в клетке.

Деление продолжается, и через 25 минут две хромосомы начали удваиваться. Деление появляется в центре ячейки и в 38 мин. дочерние клетки имеют деление, разделенное стенкой, заканчивающееся бесполым делением через 45-50 мин. (Дрейфус, 2012).

Клеточная структура и обмен веществ

Поскольку это грамотрицательная бактерия, она имеет внешнюю мембрану (липопротеиновый слой) и периплазму (водную мембрану), где расположен пептидогликан. Никаких ресничек, жгутиков не наблюдается.

Состав липидов этих теплолюбивых организмов должен адаптироваться к колебаниям температуры окружающей среды, в которой они развиваются, для поддержания функциональности клеточных процессов без потери химической стабильности, необходимой для предотвращения растворения при высоких температурах (Ray et al. . 1971).

С другой стороны, T. aquaticus стал настоящим источником термостабильных ферментов. ДНК-полимераза taq - это фермент, который катализирует лизис субстрата, генерирующего двойную связь, поэтому он связан с ферментами типа лиазы (ферментами, которые катализируют высвобождение связей)..

Учитывая, что он происходит от термофильной бактерии, он устойчив к длительным инкубациям при высоких температурах (Lamble, 2009).

Следует отметить, что каждый организм имеет ДНК-полимеразу для репликации, но благодаря своему химическому составу не противостоит высоким температурам. Вот почему ДНК-полимераза ТАК является основным ферментом, используемым для амплификации последовательностей генома человека, а также геномов других видов..

приложений

Усилить фрагменты

Термостабильность фермента позволяет использовать его в методах амплификации фрагментов ДНК посредством репликации in vitro, таких как ПЦР (полимеразная цепная реакция) (Mas and Colbs, 2001)..

Для этого требуются начальный и конечный праймеры (короткая нуклеотидная последовательность, которая служит отправной точкой для синтеза ДНК), ДНК-полимераза, дезоксирибонуклеотиды, трифосфат, буфер и катионы..

Реакционную трубку со всеми элементами помещают в термоциклер между 94 и 98 градусами Цельсия, чтобы разделить ДНК на простые цепи.

Начинают работу грунтовки, и повторный нагрев происходит снова между 75-80 градусами Цельсия. Начните синтез с 5 'конца до 3' ДНК.

Здесь важно использовать термостабильный фермент. Если бы использовалась любая другая полимераза, она была бы разрушена при экстремальных температурах, необходимых для проведения процесса.

Кэри Маллис и другие исследователи из Cetus Corporation обнаружили исключение необходимости добавлять фермент после каждого цикла термической денатурации ДНК. Фермент был клонирован, модифицирован и произведен в больших количествах для коммерческой продажи..

Катализировать биохимические реакции

Исследования термостабильных ферментов привели к применению в огромном диапазоне промышленных процессов и стали прорывом в молекулярной биологии. С биотехнологической точки зрения его ферменты способны катализировать биохимические реакции в экстремальных температурных условиях..

Например, было разработано исследование для разработки процесса управления отходами куриных перьев без использования потенциально инфекционных микроорганизмов..

Мы исследовали биодеградацию куриных перьев, опосредованную продукцией кератинолитической протеазы, что предполагает использование термофильных непатогенных T. aquaticus (Bhagat, 2012)..

Пищевая биотехнология

Гидролиз глютена термоактивной сериновой пептидазой aqualysin1 T. aquaticus начинается при температуре выше 80 ° C в хлебопечении.

При этом изучается относительный вклад термостабильного глютена в текстуру крошки хлеба (Verbauwhede and Colb, 2017).

Разложение полихлорированных бифенильных соединений

Что касается полезности в промышленности, то ферменты Thermus aquaticus в качестве термофильных бактерий применяются для разложения полихлорированных бифенильных соединений (ПХД)..

Эти соединения используются в качестве хладагентов в электрооборудовании. Токсичность очень велика, и ее разложение происходит очень медленно (Ruíz, 2005).

ссылки

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. п. и зр. п., к неэкспорирующему экстремальному термофилу. 1969. J Bacteriol. Том 98 (1). 289-297.
  2. Дрейфус Кортес, Джордж. Мир микробов. Редакция Экономическая культура фон. Мексика. 2012.
  3. Феррерас П., Элой Р. Экспрессия и изучение термостабильных ферментов биотехнологического интереса Автономного университета Мадрида. ДОКТОРАЛЬНАЯ ТЕЗА Мадрид. 2011. Доступно по адресу: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R и Rodellar C. Основа полимеразной цепной реакции (ПЦР). АкваТИК № 15, ноябрь 2001 г..
  5. Руиз-Агилар, Грасиела М. Л., Биодеградация полихлорированных дифенилов (ПХД) под действием микроорганизмов ... Закон об университетах [онлайн] 2005, 15 (май-август). Доступно на сайте redalyc.org.
  6. Sharp R, Уильям Р. Thermus, вид. Биотехнологические справочники. Springer Science Business Media, ООО. 1995.