THERMUS AQUATICUS: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ, ПРИМЕНЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Thermus aquaticus - это термофильная бактерия, обнаруженная Томасом Броком в 1967 году и находящаяся в филюме Deinococcus-Thermus. Это грамотрицательный, гетеротрофный и аэробный микроорганизм, имеющий термостабильность как внутреннее свойство.

Его получают из множества горячих источников с температурой от 50 ° C до 80 ° C и pH от 6,0 до 10,5, в Йеллоустонском национальном парке и в Калифорнии в Северной Америке. Он также был изолирован от искусственных термальных местообитаний.

Thermus aquaticus. Бактерии осаждаются на фильтре Millipore 0,22 мкм (масштаб = 1 мкм).

Он представляет собой источник термостойких ферментов, которые выдерживают различные циклы денатурации. В этом контексте белки и ферменты представляют особый интерес для биотехнологической промышленности.

Таким образом ферменты, из которых он состоит, используются в генной инженерии, в полимеразной цепной реакции (ПЦР), а также в качестве инструмента научных и судебных исследований (Williams and Sharp, 1995).

Общие характеристики

Йеллоустонский парк Гейзер. Thermus aquaticus был выделен из гейзера. Источник: Pixabay

Это грамм отрицательный

Thermus aquaticus при окрашивании по Граму приобретает окраску фуксии. Это связано с тем, что стенка пептидогликана чрезвычайно тонкая, поэтому частицы красителя не задерживаются в ней.

Естественная среда

Эта бактерия разработана, чтобы выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Это означает, что их естественная среда обитания - это места на планете, где температура превышает 50 ° C.

В этом смысле эта бактерия была выделена из гейзеров, наиболее распространенными из которых являются гейзеры Йеллоустонского национального парка; из горячих источников по всему миру, а также из искусственных сред с горячей водой.

Это аэробика

Это означает, что Thermus aquaticus - это бактерия, она должна находиться в окружающей среде, которая обеспечивает ей доступность кислорода для осуществления своих метаболических процессов.

Теплолюбива

Это одна из наиболее характерных черт Thermus aquaticus. Эта бактерия была изолирована из мест с очень высокими температурами.

Thermus aquaticus - очень особенная и устойчивая бактерия, поскольку при таких высоких температурах, которые она поддерживает, белки большинства живых существ денатурируются и необратимо перестают выполнять свои функции.

Эта бактерия имеет температуру роста от 40 ° C до 79 ° C, при этом оптимальная температура роста составляет 70 ° C.

Это гетеротрофный

Как любой гетеротрофный организм, этой бактерии для развития необходимы органические соединения, присутствующие в окружающей среде. Основными источниками органических веществ являются бактерии и водоросли, присутствующие в окружающей среде, а также в окружающей почве.

Хорошо растет в слабощелочной среде.

Оптимальный pH, при котором Thermus aquaticus может развиваться без потери своей функции белков, составляющих его, составляет от 7,5 до 8. Стоит помнить, что 7 по шкале pH нейтрально. Выше она щелочная, а ниже кислая.

Производит большое количество ферментов

Thermus aquaticus - это микроорганизм, который оказался очень полезным на экспериментальном уровне из-за его способности жить в среде с высокими температурами.

Что ж, благодаря многочисленным исследованиям было установлено, что он синтезирует множество ферментов, которые, что любопытно, у других микроорганизмов при тех же температурах денатурируются и теряют свою функцию.

Наиболее изученными ферментами, синтезируемыми Thermus aquaticus, являются:

• Aldolasse
• Фермент рестрикции Taq I
• ДНК-лигаза
• Щелочная фосфатаза
• Изоцитратдегидрогеназа
• Амиломальтаза

Филогения и таксономия

Этот микроорганизм оформлен в рамках классического подхода:

• Царство: бактерии
• Тип: Deinococcus- Thermus.
• Класс: Deinococci
• Заказ: Thermales
• Семья: Thermaceae
• Род: Thermus
• Вид: Thermus aquaticus.

Морфология

Бактерия Thermus aquaticus относится к группе палочковидных бактерий (бацилл). Размер клеток составляет примерно от 4 до 10 микрон. Под микроскопом можно увидеть очень большие клетки, а также маленькие клетки. У них нет ресничек или жгутиков на поверхности клеток.

Ячейка Thermus aquaticus имеет мембрану, которая, в свою очередь, состоит из трех слоев: внутреннего плазменного слоя, внешнего грубоватого и промежуточного слоя.

Одной из отличительных характеристик этого типа бактерий является то, что на его внутренней мембране есть структуры, похожие на стержни, известные как округлые тела.

Точно так же эти бактерии содержат очень мало пептидогликана в своей клеточной стенке и, в отличие от грамположительных бактерий, содержат липопротеины.

Под воздействием естественного света клетки бактерий могут стать желтыми, розовыми или красными. Это связано с пигментами, которые содержатся в бактериальных клетках.

Генетический материал состоит из одной кольцевой хромосомы, в которой содержится ДНК. Из них приблизительно 65% составляют нуклеотиды гуанина и цитозина, причем нуклеотиды тимина и аденина составляют 35%.

Жизненный цикл

Как правило, бактерии, включая T. aquaticus, размножаются бесполым путем путем деления клеток. Отдельная хромосома ДНК начинает реплицироваться; он реплицируется, чтобы унаследовать всю генетическую информацию дочерним клеткам благодаря присутствию фермента, называемого ДНК-полимеразой. В течение 20 минут новая хромосома завершается и закрепляется в клетке.

Деление продолжается, и через 25 минут две хромосомы начали дублироваться. Деление появляется в центре клетки и на 38 мин. дочерние клетки представляют собой деление, разделенное стенкой, заканчивая бесполое деление через 45-50 мин. (Дрейфус, 2012).

Структура клетки и метаболизм

Поскольку это грамотрицательная бактерия, у нее есть внешняя мембрана (липопротеиновый слой) и периплазма (водная мембрана), где находится пептидогликан. Реснички и жгутики не наблюдаются.

Состав липидов этих термофильных организмов должен адаптироваться к колебаниям температуры среды, в которой они развиваются, чтобы поддерживать функциональность 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 путем образования двойной связи, поэтому он связан с ферментами лиазного типа (ферментами, которые катализируют освобождение связей).

Поскольку он происходит от термофильных бактерий, он выдерживает длительную инкубацию при высоких температурах (Lamble, 2009).

Следует отметить, что у каждого организма есть ДНК-полимераза для репликации, но из-за своего химического состава он не выдерживает высоких температур. Вот почему ДНК-полимераза taq является основным ферментом, используемым для амплификации последовательностей генома человека, а также геномов других видов.

Приложения

Усилить фрагменты

Термическая стабильность 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, обеспечивающая отправную точку для синтеза ДНК), ДНК-полимераза, дезоксирибонуклеотидтрифосфат, буферный раствор и катионы.

Реакционная пробирка со всеми элементами помещается в термоциклер при температуре от 94 до 98 градусов Цельсия, чтобы разделить ДНК на отдельные нити.

Начинается действие праймеров, и снова происходит повторный нагрев между 75-80 градусами Цельсия. Инициирует синтез от 5 'к 3' концу ДНК.

Вот в чем важность использования термостабильного фермента. Если бы использовалась какая-либо другая полимераза, она была бы разрушена при экстремальных температурах, необходимых для осуществления процесса.

Кэри Муллис и другие исследователи из Cetus Corporation обнаружили, что необходимость добавления фермента после каждого цикла термической денатурации ДНК исключена. Фермент был клонирован, модифицирован и произведен в больших количествах для коммерческой продажи.

Катализируйте биохимические реакции

Гидролиз глютена термоактивной серинпептидазой aqualysin1 из T. aquaticus начинается при выпечке хлеба при температуре выше 80 ° C.

При этом изучается относительный вклад термостойкой клейковины в текстуру хлебной крошки (Verbauwhede and Colb, 2017).

Разложение полихлорированных бифенильных соединений

1. Брок, Т. Д., Заморозить H. Thermus aquaticus gen. п. и sp. п., неспорообразующий крайний термофил. 1969. J. Bacteriol. Том 98 (1). 289-297.
2. Дрейфус Кортес, Джордж. Мир микробов. Редакционный фонд экономической культуры. Мексика. 2012 г.
3. Феррерас П. Элой Р. Экспрессия и исследование термостабильных ферментов, представляющих биотехнологический интерес, Universidad Autónoma de Madrid. ДОКТОРАЛЬНЫЙ ТЕЗИС Мадрид. 2011. Доступно по адресу: repositorio.uam.es.
4. Мас Э., Поза Дж., Цириса Дж., Сарагоса П., Оста Р. и Роделлар С. Обоснование полимеразной цепной реакции (ПЦР). AquaTIC № 15, ноябрь 2001 г.
5. Руис-Агилар, Грасиела М.Л., Биоразложение полихлорированных дифенилов (ПХБ) микроорганизмами .. Acta Universitaria 2005, 15 (май-август). Доступно на redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. Справочники по биотехнологии. Springer Science Business Media, LLC. тысяча девятьсот девяносто пятый год.