THERMUS AQUATICUS: JELLEMZŐK, ÉLETCIKLUS, ALKALMAZÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

A Thermus aquaticus egy termofil baktérium, amelyet Thomas Brock 1967-ben fedezett fel, a Phylum Deinococcus-Thermus-ban található. Gramnegatív, heterotróf és aerob mikroorganizmus, amelynek termikus stabilitása belső tulajdonsága.

Különböző, 50–80 ° C és 6,0–10,5 pH közötti forró forrásokból nyerik, a Yellowstone Nemzeti Parkban és Észak-Amerikában Kaliforniában. A mesterséges termikus élőhelyektől is elkülönítették.

Thermus aquaticus. A baktériumok 0,22 μm-es Millipore-szűrőn helyezkedtek el (skála = 1 μm).

Hőálló enzimek forrása, amelyek túlélik a különböző denaturációs ciklusokat. Ebben az összefüggésben a fehérjék és enzimek különös érdeklődést mutatnak a biotechnológiai ipar számára.

Így használják az azt alkotó enzimeket a géntechnikában, a polimeráz láncreakcióban (PCR), valamint tudományos és törvényszéki vizsgálati eszközként (Williams és Sharp, 1995).

Általános tulajdonságok

Yellowstone Park gejzír. A Thermus aquaticust izolálták egy gejzírből. Forrás: Pixabay

Gram-negatív

A Thermus aquaticus, amikor Gram-festési eljárásnak vetik alá, fukszia elszíneződést kap. Ennek oka az, hogy a peptidoglikán fala rendkívül vékony, így a festékrészecskék nem csapdába bele.

Habitat

Ezt a baktériumot úgy tervezték, hogy ellenálljon a rendkívül magas hőmérsékleteknek. Ez azt sugallja, hogy természetes élőhelyük a bolygó olyan helyein található, ahol a hőmérséklet meghaladja az 50 ° C-ot.

Ebben az értelemben ezt a baktériumot izolálták a gejzírekből, a leggyakoribb a Yellowstone Nemzeti Parkba; a forró forrásokból a világ minden tájáról, valamint a mesterséges melegvíz környezetből.

Ez aerob

Ez azt jelenti, hogy a Thermus aquaticus baktérium, és szükségszerűen olyan környezetben kell lennie, amely oxigénellátást biztosít az anyagcseréjéhez az anyagcseréje során.

Termofil

Ez a Thermus aquaticus egyik legreprezentatívabb tulajdonsága. Ezt a baktériumot olyan helyektől izolálják, ahol a hőmérséklet rendkívül magas.

A Thermus aquaticus egy nagyon különleges és rezisztens baktérium, mivel olyan magas hőmérsékleten is, amelyre támaszkodik, a legtöbb élőlény fehérje denaturálódik, és visszafordíthatatlanul elmulasztja ellátni funkcióját.

Ennek a baktériumnak a növekedési hőmérséklete 40 ° C és 79 ° C között van, az optimális növekedési hőmérséklet 70 ° C.

Heterotróf

Mint minden heterotróf szervezet, ez a baktérium a környezetben jelenlévő szerves vegyületeket igényel a fejlődéshez. A fő szerves anyagforrások a baktériumok és algák, amelyek a környezetben, valamint a környező talajban vannak.

Enyhén lúgos környezetben virágzik

Az az optimális pH, amelyben a Thermus aquaticus kifejlődhet anélkül, hogy a fehérjét alkotó fehérje funkciója elvesztené, 7,5 és 8 között van. Érdemes megjegyezni, hogy a pH skálán 7 semleges. Ezen felül lúgos, mögötte savas.

Számos enzimet termel

A Thermus aquaticus egy mikroorganizmus, amely kísérleti szinten nagyon hasznos volt, mivel magas hőmérsékletű környezetben képes élni.

Nos, számos vizsgálattal megállapítottuk, hogy számos enzimet szintetizál, amelyek kíváncsi módon más mikroorganizmusokban ugyanolyan hőmérsékleten denaturálódnak és elveszítik funkciójukat.

A Thermus aquaticus által szintetizált enzimek közül a legtöbbet vizsgálták;

• Aldolasse
• Taq I restrikciós enzim
• DNS-ligáz
• Alkalikus foszfatáz
• Izocitrát dehidrogenáz
• Amylomaltase

Filogenia és taxonómia

Ezt a mikroorganizmust a klasszikus megközelítés keretezi:

• Királyság: baktériumok
• Menedékjog: Deinococcus- Thermus
• Osztály: Deinococci
• Rendezés: Thermales
• Család: Thermaceae
• Nem: Thermus
• Faj: Thermus aquaticus.

Morfológia

A Thermus aquaticus baktériumok a rúd alakú baktériumok (bacillák) csoportjába tartoznak. A sejtek mérete körülbelül 4-10 mikron. A mikroszkóp alatt nagyon nagy sejtek és kis sejtek is láthatók. A sejt felületén nincs cilia vagy flagella.

A Thermus aquaticus sejtnek membránja van, amely viszont három rétegből áll: egy belső plazmarétegből, egy külső durva megjelenésű és egy közbenső rétegből.

Az ilyen típusú baktériumok egyik megkülönböztető tulajdonsága, hogy vannak olyan szerkezetek, amelyek rúdnak tűnnek a belső membránján, úgynevezett rotund testnek.

Hasonlóképpen, ezek a baktériumok nagyon kevés peptidoglikánt tartalmaznak sejtfalukban, és a gram-pozitív baktériumokkal ellentétben lipoproteineket tartalmaznak.

Természetes fénynek való kitettség esetén a baktériumok sejtjei sárga, rózsaszínű vagy piros színűvé válhatnak. Ennek oka a baktériumsejtekben található pigmentek.

A genetikai anyag egyetlen kör alakú kromoszómából áll, amelyben a DNS található. Ennek kb. 65% -át guanin és citozin nukleotidok alkotják, a timin és adenin nukleotidok pedig 35% -ot tesznek ki.

Életciklus

Általában a baktériumok, beleértve a T. aquaticust is, szaporodnak aszexuálisan sejtosztódás útján. Az egyetlen DNS-kromoszóma replikálni kezd; replikálódik annak érdekében, hogy az összes genetikai információt örökítse a lánysejteknek, a DNS-polimeráznak nevezett enzim jelenléte miatt. 20 percen belül az új kromoszóma teljes, és rögzül a helyén a sejtben.

Az osztódás folytatódik, és 25 perc elteltével a két kromoszóma megismétlődik. Egy osztódás jelenik meg a cella közepén és 38 perc múlva. a leánysejtek az osztódást egy fallal elválasztják, és az azszexuális megosztás 45-50 percnél véget ér. (Dreifus, 2012).

Sejtszerkezet és anyagcsere

Mivel ez egy gram-negatív baktérium, külső membránnal (lipoprotein réteg) és periplazmával (vizes membránnal) rendelkezik, ahol a peptidoglikán található. Nincsenek cilia vagy flagella.

Ezen termofil organizmusok lipideinek összetételének alkalmazkodniuk kell a fejlődő környezet hőmérséklete ingadozásához, a sejtfolyamatok működésének fenntartása érdekében, anélkül, hogy elveszítik a magas hőmérsékleten történő oldódás elkerüléséhez szükséges kémiai stabilitást (Ray et al. 1971).

Másrészt a T. aquaticus a hőstabil enzimek valódi forrássá vált. A Taq DNS polimeráz egy olyan enzim, amely egy szubsztrát lízisét kettős kötés létrehozásával katalizálja, tehát kapcsolatban áll a láz-típusú enzimekkel (enzimek, amelyek katalizálják a kötések felszabadulását).

Mivel termofil baktériumokból származik, magas hőmérsékleten ellenáll a hosszú inkubációnak (Lamble, 2009).

Meg kell jegyezni, hogy minden organizmus replikációjához DNS-polimeráz tartozik, de kémiai összetétele miatt nem ellenáll a magas hőmérsékletig. Ezért a taq DNS-polimeráz a fő enzim, amelyet az emberi genom szekvenciáinak, valamint más fajok genomjainak amplifikálására használnak.

Alkalmazások

Erősítse meg a fragmentumokat

Az enzim termikus stabilitása lehetővé teszi annak felhasználását olyan technikákban, amelyek a DNS-fragmenseket amplifikálják in vitro replikációval, például PCR-vel (polimeráz láncreakció) (Mas és Colbs, 2001).

Ehhez szükség van kezdeti és végső primerekre (rövid nukleotidszekvencia, amely kiindulási pontot biztosít a DNS-szintézishez), DNS-polimeráz, dezoxiribonukleotid-trifoszfát, pufferoldat és kationok.

Az összes elemet tartalmazó reakciócsövet egy 94–98 Celsius fok közötti hőmérsékleti ciklusba helyezzük, hogy a DNS-t egy szálra osztjuk.

Megkezdődik az alapozók teljesítménye, és az újramelegítés megismétlődik 75-80 Celsius fok között. A szintézist megkezdi a DNS 5 ′ és 3 ′ végéből.

Itt van a hőstabil enzim alkalmazásának fontossága. Bármely más polimeráz felhasználása esetén a folyamat lefolytatásához szükséges szélsőséges hőmérsékleten elpusztul.

Kary Mullis és más, a Cetus Corporation kutatói úgy találták, hogy kizárják az enzim hozzáadásának szükségességét a DNS hődenaturaciójának minden ciklusa után. Az enzimet klónoztuk, módosítottuk és nagy mennyiségben előállítottuk kereskedelmi forgalomba hozatalra.

Katalizáljuk a biokémiai reakciókat

A glutén hidrolízise a T. aquaticusból származó termoaktív szerinpeptidáz aqualysin1 által 80 ° C felett kezdődik a kenyérsütés során.

Ezzel megvizsgálják a hőstabil glutén relatív hozzájárulását a kenyérdarab textúrájához (Verbauwhede és Colb, 2017).

Poliklórozott bifenilvegyületek lebontása

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. és sp. n., egy nem-porkuláló extrém termofil. 1969. J Bacteriol. 98. kötet (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. A mikrobák világa. Szerkesztői Alap a gazdasági kultúra számára. Mexikó. 2012-ben.
3. Ferreras P. Eloy R. Biotechnológiai jelentőségű hőstabil enzimek expressziója és tanulmányozása. Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORI ÉRTEKEZÉS Madrid. 2011. elérhető: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R és Rodellar C. A polimeráz láncreakció (PCR) indokai. AquaTIC nº 15, 2001. november.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Poliklórozott bifenilek (PCB-k) biológiai lebontása mikroorganizmusok által. Acta Universitaria 2005, 15 (május-augusztus). Elérhető a redalyc.org oldalon.
6. Sharp R, William R. Thermus faj. Biotechnológiai kézikönyvek. Springer Science Business Media, LLC. ezerkilencszázkilencvenöt.