THERMUS AQUATICUS: ZNAČILNOSTI, ŽIVLJENJSKI CIKEL, APLIKACIJE - BIOLOGIJA - 2026

Thermus aquaticus je termofilna bakterija, ki jo je odkril Thomas Brock leta 1967 in se nahaja v Phylum Deinococcus-Thermus. Gre za gram-negativni, heterotrofni in aerobni mikroorganizem, ki ima toplotno stabilnost kot lastnost.

Pridobivajo ga iz različnih vročih vrelcev med 50 ° C in 80 ° C ter pH 6,0 do 10,5 v nacionalnem parku Yellowstone in v Kaliforniji v Severni Ameriki. Izolirali so ga tudi iz umetnih toplotnih habitatov.

Thermus aquaticus. Bakterije se odložijo na 0,22 µm Millipore filter (lestvica = 1 μm).

Je vir toplotno odpornih encimov, ki preživijo različne cikle denaturacije. V tem okviru so proteini in encimi posebni interes za biotehnološko industrijo.

Tako se encimi, ki ga sestavljajo, uporabljajo v genskem inženiringu, v verižni reakciji polimeraze (PCR) in kot znanstveno in forenzično raziskovalno orodje (Williams in Sharp, 1995).

Splošne značilnosti

Yellowstone park gejzir. Thermus aquaticus smo izolirali iz gejzirja. Vir: Pixabay

Je gram negativen

Thermus aquaticus, ko je podvržen postopku Grama, obarva fuksijo. To je zato, ker je stena peptidoglikana izredno tanka, tako da delci barvila niso ujeti v njej.

Habitat

Ta bakterija je zasnovana tako, da prenese izjemno visoke temperature. To pomeni, da so njihov naravni habitat kraji na planetu, kjer temperature presegajo 50 ° C.

V tem smislu je bila ta bakterija izolirana iz gejzirjev, najpogostejši pa so tisti iz nacionalnega parka Yellowstone; iz vročih vrelcev po vsem svetu, pa tudi iz umetnih okolij s toplo vodo.

To je aerobno

To pomeni, da je Thermus aquaticus bakterija, mora biti v okolju, ki mu zagotavlja razpoložljivost kisika, da lahko izvaja svoje presnovne procese.

Je termofilno

To je ena izmed najbolj reprezentativnih lastnosti Thermus aquaticus. Ta bakterija je bila izolirana iz krajev, kjer so temperature izjemno visoke.

Thermus aquaticus je zelo posebna in odporna bakterija, saj pri visokih temperaturah, kot so tiste, ki jih podpira, beljakovine pri večini živih bitij denaturirajo in nepovratno prenehajo opravljati svoje funkcije.

Ta bakterija ima rastno temperaturo od 40 ° C do 79 ° C, optimalna rastna temperatura pa je 70 ° C.

Je heterotrofna

Kot vsak heterotrofni organizem tudi ta bakterija potrebuje, da se organske spojine v okolju razvijejo. Glavni viri organske snovi so bakterije in alge, ki so prisotne v okolici, pa tudi okoliška tla.

Dobro uspeva v rahlo alkalnem okolju

Optimalni pH, v katerem se lahko razvije Thermus aquaticus brez beljakovin, ki jih sestavljajo, izgubi svojo funkcijo med 7,5 in 8. Velja si zapomniti, da je 7 na lestvici pH nevtralen. Nad tem je alkalna, spodaj pa kisla.

Proizvaja veliko število encimov

Thermus aquaticus je mikroorganizem, ki je bil na poskusni ravni zelo uporaben zaradi svoje sposobnosti bivanja v okolju z visokimi temperaturami.

No, s številnimi preiskavami je bilo ugotovljeno, da sintetizira številne encime, ki se pri drugih mikroorganizmih pri enakih temperaturah denaturirajo in izgubijo svojo funkcijo.

Enci, ki jih je sintetiziral Thermus aquaticus, so bili najbolj raziskani;

• Aldolasse
• Omejevalni encim Taq I
• Ligaza DNA
• Alkalna fosfataza
• Izocitrat dehidrogenaza
• Amilomaltaza

Filogenija in taksonomija

Ta mikroorganizem je uokvirjen po klasičnem pristopu:

• Kraljevina: Bakterije
• Felij: Deinokok- Thermus
• Razred: Deinokoki
• Vrstni red: Termali
• Družina: Thermaceae
• Rod: Thermus
• Vrsta: Thermus aquaticus.

Morfologija

Bakterija Thermus aquaticus spada v skupino paličastih bakterij (bacilov). Celice so velike približno 4 do 10 mikronov. Pod mikroskopom lahko vidimo zelo velike celice, pa tudi majhne celice. Na celični površini nimajo cilije ali flagele.

Celica Thermus aquaticus ima membrano, ki jo sestavljajo trije sloji: notranji plazemski sloj, zunanji grobi videz in vmesni sloj.

Ena od značilnih značilnosti te vrste bakterij je, da obstajajo strukture, ki so videti kot palice v njeni notranji membrani, ki so znane kot rotund telesa.

Prav tako te bakterije vsebujejo zelo malo peptidoglikana v svoji celični steni in za razliko od gram pozitivnih bakterij vsebujejo lipoproteine.

Če so izpostavljene naravni svetlobi, lahko celice bakterije postanejo rumene, rožnate ali rdeče. To je posledica pigmentov, ki jih vsebujejo bakterijske celice.

Genetski material je sestavljen iz enega samega krožnega kromosoma, v katerem je DNK. Od tega približno 65% tvorijo nukleotidi gvanin in citozin, nukleotidi timina in adenina pa predstavljajo 35%.

Življenski krog

Na splošno se bakterije, vključno s T. aquaticus, razmnožujejo aseksualno z delitvijo celic. Enoten kromosom DNA se začne razmnoževati; podvaja se, da lahko zaradi dednosti encima, imenovanih DNK polimeraza, podeduje vse genetske informacije po hčerinskih celicah. V 20 minutah je nov kromosom končan in se v celici pritrdil.

Delitev se nadaljuje in po 25 min sta se dva kromosoma začela podvajati. V središču celice in 38 minut se pojavi delitev. hčerinske celice predstavljajo delitev, ločeno s steno, ki konča aseksualno delitev pri 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Celična zgradba in metabolizem

Ker gre za gram-negativno bakterijo, ima zunanjo membrano (lipoproteinska plast) in periplazmo (vodna membrana), kjer se nahaja peptidoglikan. Čilijev ali flagella niso opazili.

Sestava lipidov teh termofilnih organizmov se mora prilagajati nihanjem temperature v kontekstu, v katerem se razvijejo, da bi ohranila funkcionalnost celičnih procesov, ne da bi pri tem izgubila kemično stabilnost, potrebno za izogibanje raztapljanju pri visokih temperaturah (Ray et al. 1971).

Po drugi strani je T. aquaticus postal resničen vir termostabilnih encimov. Taq DNA polimeraza je encim, ki katalizira lizo substrata z ustvarjanjem dvojne vezi, zato je povezan z encimi tipa liaza (encimi, ki katalizirajo sproščanje vezi).

Ker prihaja iz termofilne bakterije, se upira dolgim ​​inkubacijam pri visokih temperaturah (Lamble, 2009).

Treba je opozoriti, da ima vsak organizem DNK polimerazo za njegovo razmnoževanje, vendar se zaradi svoje kemijske sestave ne upira visokim temperaturam. Zato je taq DNA polimeraza glavni encim, ki se uporablja za pomnoževanje zaporedij človeškega genoma, pa tudi genomov drugih vrst.

Prijave

Okrepite fragmente

Toplotna stabilnost encima omogoča njegovo uporabo v tehnikah za pomnoževanje fragmentov DNK s pomočjo in vitro replikacije, kot je PCR (verižna reakcija polimeraze) (Mas in Colbs, 2001).

Za to so potrebni začetni in končni prajmerji (kratko nukleotidno zaporedje, ki zagotavlja izhodišče za sintezo DNK), DNA polimeraza, deoksiribonukleotidi trifosfat, puferska raztopina in kationi.

Reakcijsko cev z vsemi elementi postavimo v termični cikel med 94 in 98 stopinj Celzija, da se DNK razdeli na posamezne niti.

Delovanje prajmov se začne in segrevanje ponovno pojavi med 75-80 stopinj Celzija. Začne sintezo od 5 ′ do 3 ′ konca DNK.

Tu je pomembna uporaba termostabilnega encima. Če bi uporabili katero koli drugo polimerazo, bi se ta uničila med ekstremnimi temperaturami, ki so potrebne za izvedbo postopka.

Kary Mullis in drugi raziskovalci iz korporacije Cetus so ugotovili izključitev potrebe po dodajanju encima po vsakem ciklu toplotne denaturacije DNK. Encim je bil kloniran, spremenjen in proizveden v velikih količinah za komercialno prodajo.

Katalizirajte biokemijske reakcije

Hidroliza glutena s termoaktivno serinsko peptidazo akvalizin1 iz T. aquaticus se pri proizvodnji kruha začne nad 80 ° C.

S tem je proučen relativni prispevek toplotno stabilnega glutena k teksturi krušne drobtine (Verbauwhede in Colb, 2017).

Razgradnja polikloriranih bifenilnih spojin

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n in sp. n., nesporulirajoč skrajni termofil. 1969. J Bakteriol. Zvezek 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Svet mikrobov. Uredniški sklad za ekonomsko kulturo. Mehika. 2012
3. Ferreras P. Eloy R. Izražanje in preučevanje termostabilnih encimov, ki so v biotehnološkem interesu Universidad Autónoma de Madrid. ZDRAVSTVENA TEZA Madrid. 2011. Dostopno na: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R in Rodellar C. Utemeljitev verižne reakcije s polimerazo (PCR). AquaTIC n ° 15, november 2001
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradacija polikloriranih bifenila (PCB) z mikroorganizmi. Acta Universitaria 2005, 15 (maj-avgust). Na voljo na redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus vrsta. Priročniki za biotenologijo. Springer Science Business Media, LLC. devetnajst devetdeset pet.