- Generella egenskaper
- Det är grammegativt
- Livsmiljö
- Det är aerobt
- Är termofil
- Det är heterotrofiskt
- Det trivs i svagt alkaliska miljöer
- Tillverkar ett stort antal enzymer
- Filogeni och taxonomi
- Morfologi
- Livscykel
- Cellstruktur och metabolism
- tillämpningar
- Förstärka fragment
- Katalysera biokemiska reaktioner
- Nedbrytning av polyklorerade bifenylföreningar
Thermus aquaticus är en termofil bakterie, upptäckt av Thomas Brock 1967, belägen i Phylum Deinococcus-Thermus. Det är en gramnegativ, heterotrofisk och aerob mikroorganism, som har termisk stabilitet som en egenskap.
Det erhålls från en mängd olika varma källor mellan 50 ° C och 80 ° C och pH 6,0 till 10,5, i Yellowstone National Park och i Kalifornien i Nordamerika. Det har också isolerats från konstgjorda termiska livsmiljöer.
Thermus aquaticus. Bakterier avsatta på ett 0,22 μm Millipore-filter (skala = 1 μm).
Det utgör en källa till värmebeständiga enzymer som överlever deatureringens olika cykler. I detta sammanhang är proteiner och enzymer av särskilt intresse för bioteknikindustrin.
Så här används enzymerna som komponerar det i genteknik, i polymeraskedjereaktionen (PCR) och som ett vetenskapligt och rättsmedicinskt undersökningsverktyg (Williams och Sharp, 1995).
Generella egenskaper
Yellowstone Park Geyser. Thermus aquaticus isolerades från en geyser. Källa: Pixabay
Det är grammegativt
När den utsätts för Gram-färgningsprocessen får Thermus aquaticus en fuchsiafärgning. Detta beror på att peptidoglykanväggen är extremt tunn så att färgpartiklarna inte fångas i den.
Livsmiljö
Denna bakterie är utformad för att motstå extremt höga temperaturer. Detta innebär att deras naturliga livsmiljö är platser på planeten där temperaturen överstiger 50 ° C.
I denna mening har denna bakterie isolerats från gejsrar, den vanligaste är de i Yellowstone National Park; från heta källor runt om i världen, liksom från konstgjorda varmvattenmiljöer.
Det är aerobt
Detta innebär att Thermus aquaticus är en bakterie och nödvändigtvis måste finnas i miljöer som ger den syretillgänglighet för att genomföra sina metaboliska processer.
Är termofil
Detta är en av de mest representativa egenskaperna hos Thermus aquaticus. Denna bakterie har isolerats från platser där temperaturen är extremt hög.
Thermus aquaticus är en mycket speciell och resistent bakterie, eftersom proteinerna i de flesta levande varelser denatureras vid de temperaturer som är så höga som de stöder, och de upphör irreversibelt att fullgöra sina funktioner.
Denna bakterie har en tillväxttemperatur som sträcker sig från 40 ° C till 79 ° C, med den optimala tillväxttemperaturen är 70 ° C.
Det är heterotrofiskt
Liksom alla heterotrofiska organismer kräver denna bakterie organiska föreningar närvarande i miljön för att utvecklas. De viktigaste källorna till organiskt material är bakterier och alger som finns i omgivningen, liksom den omgivande jorden.
Det trivs i svagt alkaliska miljöer
Det optimala pH-värdet där Thermus aquaticus kan utvecklas utan att proteinerna som innehåller det tappar sin funktion är mellan 7,5 och 8. Det är värt att komma ihåg att 7 på pH-skalan är neutral. Ovanför detta är det alkaliskt och under det surt.
Tillverkar ett stort antal enzymer
Thermus aquaticus är en mikroorganism som har varit mycket användbar på experimentell nivå på grund av dess förmåga att leva i miljöer med höga temperaturer.
Tja, genom många undersökningar har det fastställts att det syntetiserar många enzymer som konstigt, i andra mikroorganismer, vid samma temperaturer, blir denaturerade och förlorar sin funktion.
De enzymer som syntetiserats av Thermus aquaticus som har studerats mest är;
- Aldolasse
- Taq I-restriktionsenzym
- DNA-ligas
- Alkaliskt fosfatas
- Isocitratdehydrogenas
- Amylomaltase
Filogeni och taxonomi
Denna mikroorganism är inramad enligt den klassiska metoden:
- Rike: Bakterier
- Filum: Deinococcus- Thermus
- Klass: Deinococci
- Beställning: Thermales
- Familj: Thermaceae
- Släkt: Thermus
- Arter: Thermus aquaticus.
Morfologi
Bakterierna Thermus aquaticus tillhör gruppen av stavformade bakterier (baciller). Cellerna är ungefär 4 till 10 mikron i storlek. Mycket stora celler kan ses under mikroskopet såväl som små celler. De har inte cilia eller flagella på cellytan.
Thermus aquaticus-cellen har ett membran som i sin tur består av tre lager: ett inre plasmaskikt, ett yttre grovt utseende och ett mellanliggande skikt.
En av de utmärkande kännetecknen för denna typ av bakterier är att det finns strukturer som ser ut som stavar i dess inre membran, som kallas rotundkroppar.
På samma sätt innehåller dessa bakterier väldigt lite peptidoglykan i cellväggen, och till skillnad från grampositiva bakterier innehåller de lipoproteiner.
När de utsätts för naturligt ljus kan bakteriernas celler bli gul, rosa eller röd. Detta beror på pigmenten som finns i bakteriecellerna.
Det genetiska materialet består av en enda cirkulär kromosom i vilken DNA finns. Av detta utgörs cirka 65% av guanin- och cytosin-nukleotider, med tymin- och adenin-nukleotider som representerar 35%.
Livscykel
I allmänhet reproducerar bakterier, inklusive T. aquaticus, oexuellt genom celldelning. Den enda DNA-kromosomen börjar replikeras; den replikeras för att kunna ärva all genetisk information till dottercellerna på grund av närvaron av enzymet som kallas DNA-polymeras. Inom 20 minuter är den nya kromosomen komplett och har fixerats på plats i cellen.
Uppdelningen fortsätter och efter 25 minuter har de två kromosomerna börjat dupliceras. En uppdelning visas i mitten av cellen och på 38 min. dottercellerna presenterar uppdelningen separerad med en vägg och slutar den asexuella uppdelningen på 45-50 min. (Dreifus, 2012).
Cellstruktur och metabolism
Eftersom det är en gramnegativ bakterie, har den ett yttre membran (lipoproteinlager) och periplasm (vattenhaltigt membran), där peptidoglykan finns. Ingen cilia eller flagella observeras.
Sammansättningen av lipiderna hos dessa termofila organismer måste anpassa sig till fluktuationer i temperaturen i sammanhanget där de utvecklas, för att bibehålla funktionaliteten för de cellulära processerna, utan att förlora den kemiska stabiliteten som är nödvändig för att undvika upplösning vid höga temperaturer (Ray et al. 1971).
Å andra sidan har T. aquaticus blivit en riktig källa för termostabila enzymer. Taq DNA-polymeras är ett enzym som katalyserar lyseringen av ett substrat som alstrar en dubbelbindning, så det är relaterat till lyas-enzymer (enzymer som katalyserar frisättningen av bindningar).
Eftersom den kommer från en termofil bakterie, motstår den långa inkubationer vid höga temperaturer (Lamble, 2009).
Det bör noteras att varje organism har DNA-polymeras för sin replikering, men på grund av dess kemiska sammansättning motstår den inte höga temperaturer. Det är därför taq DNA-polymeras är det huvudsakliga enzymet som används för att förstärka sekvenser av det mänskliga genomet, såväl som genom av andra arter.
tillämpningar
Förstärka fragment
Den termiska stabiliteten hos enzymet tillåter det att användas i tekniker för att amplifiera DNA-fragment genom in vitro-replikation, såsom PCR (polymeraskedjereaktion) (Mas och Colbs, 2001).
Detta kräver initiala och slutliga primrar (kort nukleotidsekvens som ger en utgångspunkt för DNA-syntes), DNA-polymeras, deoxiribonukleotidtrifosfat, buffertlösning och katjoner.
Reaktionsröret med alla elementen placeras i en termisk cykler mellan 94 och 98 grader Celsius för att dela upp DNA i enstaka strängar.
Primers prestanda börjar och uppvärmningen sker igen mellan 75-80 grader Celsius. Initierar syntes från 5'- till 3'-änden av DNA.
Här är vikten av att använda det termostabila enzymet. Om något annat polymeras användes, skulle det förstöras under de extrema temperaturer som är nödvändiga för att genomföra processen.
Kary Mullis och andra forskare vid Cetus Corporation fann uteslutningen av behovet av att tillsätta enzym efter varje cykel med termisk denaturering av DNA. Enzymet klonades, modifierades och producerades i stora mängder för kommersiell försäljning.
Katalysera biokemiska reaktioner
Hydrolysen av gluten med den termoaktiva serinpeptidas aqualysin1 från T. aquaticus börjar över 80 ° C i brödtillverkning.
Med detta studeras det relativa bidraget från värmestabil gluten till brödsmulans struktur (Verbauwhede och Colb, 2017).
Nedbrytning av polyklorerade bifenylföreningar
- Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. och sp. n., en icke-portrerande extrem termofil. 1969. J Bacteriol. Vol 98 (1). 289-297.
- Dreifus Cortes, George. Världen av mikrober. Redaktionsfond för ekonomisk kultur. Mexico. 2012.
- Ferreras P. Eloy R. Uttryck och studie av termostabila enzymer av bioteknologiskt intresse Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORALTESIS Madrid. 2011. Finns på: repositorio.uam.es.
- Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R och Rodellar C. Motivering för polymeraskedjereaktionen (PCR). AquaTIC nr 15, november 2001.
- Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Bionedbrytning av polyklorerade bifenyler (PCB) av mikroorganismer. Acta Universitaria 2005, 15 (maj-augusti). Finns på redalyc.org.
- Sharp R, William R. Thermus specie. Bioteknologiska handböcker. Springer Science Business Media, LLC. nittonhundranittiofem.