THERMUS AQUATICUS: KARAKTERISTIKE, ŽIVOTNI CIKLUS, PRIMJENE - BIOLOGIJA - 2026

Thermus aquaticus je termofilna bakterija, koju je otkrio Thomas Brock 1967. godine, a nalazi se u Phylum Deinococcus-Thermus. To je gram negativan, heterotrofni i aerobni mikroorganizam, koji ima termičku stabilnost kao svojstveno svojstvo.

Dobiva se iz raznih vrućih izvora između 50 ° C i 80 ° C i pH 6,0 do 10,5, u Nacionalnom parku Yellowstone i u Kaliforniji u Sjevernoj Americi. Također je izoliran od umjetnih termalnih staništa.

Thermus aquaticus. Bakterije se talože na 0,22 µm Millipore filtru (razmjera = 1 µm).

Čini izvor enzima otpornih na toplinu, koji preživljavaju različite cikluse denaturacije. U tom su kontekstu proteini i enzimi od posebnog interesa za biotehnološku industriju.

Tako se enzimi koji ga tvore koriste u genetskom inženjerstvu, u lančanoj reakciji polimeraze (PCR) i kao znanstveno i forenzičko istraživanje (Williams i Sharp, 1995).

Opće karakteristike

Yellowstone park gejzir. Thermus aquaticus izoliran je iz gejzera. Izvor: Pixabay

To je gram negativan

Thermus aquaticus, podvrgnut postupcima bojenja po Gramu, poprimi obojenost fuksije. To je zato što je stijenka peptidoglikana izuzetno tanka, tako da čestice boje ne bi ostale zarobljene u njemu.

Stanište

Ova bakterija dizajnirana je da izdrži ekstremno visoke temperature. To podrazumijeva da su njihovo prirodno stanište mjesta na planeti gdje temperature prelaze 50 ° C.

U tom je smislu ova bakterija izolirana iz gejzira, a najčešće su oni iz Nacionalnog parka Yellowstone; iz vrućih izvora širom svijeta, kao i iz umjetnih okruženja s toplom vodom.

Aerobno je

To znači da je Thermus aquaticus bakterija i da se nužno mora nalaziti u okruženjima koja joj osiguravaju dostupnost kisika kako bi mogla provesti svoje metaboličke procese.

Je termofilni

Ovo je jedno od najreprezentativnijih obilježja Thermus aquaticus. Ova bakterija je izolirana iz mjesta gdje su temperature izuzetno visoke.

Thermus aquaticus vrlo je posebna i otporna bakterija, jer na temperaturama visokim od onih koje podupire, proteini kod većine živih bića denaturiraju se i nepovratno prestaju obavljati svoje funkcije.

Ova bakterija ima temperaturu rasta od 40 ° C do 79 ° C, a optimalna temperatura rasta je 70 ° C.

Heterotrofna je

Kao i svaki heterotrofni organizam, ova bakterija zahtijeva organske spojeve prisutne u okolišu da bi se razvio. Glavni izvori organskih tvari su bakterije i alge prisutne u okolini, kao i okolno tlo.

Uspijeva u blago alkalnim sredinama

Optimalni pH u kojem se Thermus aquaticus može razviti bez proteina koji ga čine gube svoju funkciju između 7,5 i 8. Vrijedno je zapamtiti da je 7 na pH skali neutralan. Iznad toga je alkalna, a ispod je kisela.

Proizvodi veliki broj enzima

Thermus aquaticus je mikroorganizam koji je bio vrlo koristan na eksperimentalnoj razini zbog svoje sposobnosti življenja u okruženju s visokim temperaturama.

Pa, kroz brojna ispitivanja utvrđeno je da sintetizira brojne enzime koji, neobično, u drugim mikroorganizmima, na istim temperaturama, denaturiraju i izgube svoju funkciju.

Enzimi sintetizirani u Thermus aquaticus koji su najviše proučavani jesu;

• Aldolasse
• Taq I restrikcijski enzim
• DNK ligaza
• Alkalne fosfataze
• Izocitrat dehidrogenaza
• Amylomaltase

Filogenija i taksonomija

Ovaj mikroorganizam je uokviren prema klasičnom pristupu:

• Kraljevina: Bakterije
• Phylum: Deinococcus-Thermus
• Klasa: Deinokoki
• Redoslijed: Termali
• Obitelj: Thermaceae
• Rod: Thermus
• Vrsta: Thermus aquaticus.

Morfologija

Bakterija Thermus aquaticus pripada skupini bakterija u obliku šipka (bacili). Stanice su veličine otprilike 4 do 10 mikrona. Pod mikroskopom se mogu vidjeti vrlo velike stanice, kao i male stanice. Na staničnoj površini nemaju cilija ili flagela.

Stanica Thermus aquaticus ima membranu koju sačinjavaju tri sloja: unutarnji sloj plazme, vanjski grubi izgled i međufazni sloj.

Jedna od karakterističnih karakteristika ove vrste bakterija je da na njenoj unutarnjoj membrani postoje strukture koje nalikuju šipkama, poznatim kao rotundova tijela.

Isto tako, ove bakterije sadrže vrlo malo peptidoglikana u staničnoj stijenci i, za razliku od gram-pozitivnih bakterija, sadrži lipoproteine.

Kada su izloženi prirodnom svjetlu, stanice bakterija mogu postati žute, ružičaste ili crvene boje. To je zbog pigmenata koji se nalaze u bakterijskim stanicama.

Genetski materijal sastoji se od jednog kružnog kromosoma u kojem se nalazi DNK. Od toga, otprilike 65% čine nukleotidi gvanina i citozina, a nukleotidi timina i adenina predstavljaju 35%.

Životni ciklus

Općenito, bakterije, uključujući T. aquaticus, razmnožavaju se aseksualno dijeljenjem stanica. Pojedinačni DNK kromosom počinje se ponavljati; on se ponavlja da bi mogao naslijediti sve genetske informacije kćerinskim stanicama, zbog prisutnosti enzima koji se zove DNK polimeraza. Za 20 minuta novi kromosom je gotov i fiksirao se na mjestu u stanici.

Podjela se nastavlja i nakon 25 minuta, dva kromosoma su se počela umnožavati. U središtu ćelije će se pojaviti dioba i nakon 38 minuta. stanice kćeri dijele odvojene zidom, a završava aseksualna podjela nakon 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Stanična struktura i metabolizam

Budući da je gram-negativna bakterija, ima vanjsku membranu (sloj lipoproteina) i periplazmu (vodena membrana), gdje se nalazi peptidoglikan. Ne opažaju se cilija ili flagele.

Sastav lipida ovih termofilnih organizama mora se prilagoditi fluktuaciji temperature u kontekstu u kojem se razvijaju, kako bi održao funkcionalnost staničnih procesa, bez gubitka kemijske stabilnosti potrebne za izbjegavanje otapanja na visokim temperaturama (Ray et al. 1971).

S druge strane, T. aquaticus je postao pravi izvor termostabilnih enzima. Taq DNA polimeraza je enzim koji katalizira lizu supstrata stvaranjem dvostruke veze, pa je povezan s enzimima liza tipa (enzimi koji kataliziraju otpuštanje veza).

Budući da dolazi od termofilne bakterije, odupire se dugim inkubacijama pri visokim temperaturama (Lamble, 2009).

Treba napomenuti da svaki organizam ima DNK polimerazu za svoju replikaciju, ali zbog kemijskog sastava ne podnosi visoke temperature. Zato je taq DNA polimeraza glavni enzim koji se koristi za pojačavanje sljedova ljudskog genoma, kao i genoma drugih vrsta.

Prijave

Pojačajte fragmente

Termička stabilnost enzima omogućava njegovu primjenu u tehnikama za pojačavanje fragmenata DNK in vitro replikacijom, poput PCR-a (lančana reakcija polimeraze) (Mas and Colbs, 2001).

Za to su potrebni početni i završni primeri (kratki nukleotidni niz koji pruža početnu točku za sintezu DNK), DNA polimeraza, deoksiribonukleotid trifosfat, puferska otopina i kationi.

Reakcijska cijev sa svim elementima se stavi u termički ciklus između 94 i 98 stupnjeva Celzija, da se DNA podijeli u pojedinačne lance.

Djelovanje prajmera započinje i ponovno zagrijavanje se odvija između 75-80 Celzijevih stupnjeva. Inicira sintezu od 5 ′ do 3 ′ kraja DNK.

Ovdje je važna uporaba termostabilnog enzima. Ako se koristi bilo koja druga polimeraza, ona bi se uništila tijekom ekstremnih temperatura potrebnih za provođenje postupka.

Kary Mullis i drugi istraživači iz korporacije Cetus otkrili su isključenje potrebe za dodavanjem enzima nakon svakog ciklusa toplinske denaturacije DNA. Enzim je kloniran, modificiran i proizveden u velikim količinama radi komercijalne prodaje.

Katalizirajte biokemijske reakcije

Hidroliza glutena pomoću termoaktivne serinske peptidaze akvalizin1 iz T. aquaticus, započinje iznad 80 ° C u pravljenju kruha.

Pritom se proučava relativni doprinos toplinski stabilnog glutena teksturi krušne mrvice (Verbauwhede i Colb, 2017).

Degradacija polikloriranih bifenilnih spojeva

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. br. i sp. n., nesporulirajući ekstremni termofil. 1969. J Bakteriol. Svezak 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Svijet mikroba. Urednički fond za ekonomsku kulturu. Meksiko. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Izraz i proučavanje termostabilnih enzima od biotehnološkog interesa Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORSKA TEZA Madrid. 2011. Dostupno na: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R i Rodellar C. Obrazloženje lančane reakcije polimeraze (PCR). AquaTIC n ° 15, studeni 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradacija polikloriranih bifenila (PCB) mikroorganizmima.. Acta Universitaria 2005, 15 (svibanj-kolovoz). Dostupno na redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus vrsta. Priručnici o biotenologiji. Springer Science Business Media, LLC. devetnaest devedeset pet.