Thermus aquaticus kenmerken, levenscyclus, toepassingen



Thermus aquaticus is een thermofiele bacterie, ontdekt door Thomas Brock in 1967, gevestigd in de Phylum Deinococcus-Thermus. Het is een gram-negatief, heterotroof en aëroob micro-organisme, dat als intrinsieke eigenschap de thermische stabiliteit heeft.

Het wordt verkregen uit een verscheidenheid aan thermische bronnen tussen 50 ° C en 80 ° C, en pH 6,0 tot 10,5, in het Yellowstone National Park en in Californië in Noord-Amerika. Het is ook geïsoleerd van kunstmatige thermische habitats.

Het is een bron van hittebestendige enzymen die de verschillende denaturatiecycli overleven. In deze context zijn eiwitten en enzymen van speciaal belang voor de biotechnologische industrie.

Dit is hoe de enzymen die het samenstellen worden gebruikt in genetische manipulatie, in de polymerasekettingreactie (PCR) en als hulpmiddel voor wetenschappelijk en forensisch onderzoek (Williams and Sharp, 1995).

index

  • 1 Algemene kenmerken
  • 2 Fylogenie en taxonomie
  • 3 Morfologie
  • 4 Levenscyclus
  • 5 Celstructuur en metabolisme
  • 6 Toepassingen
    • 6.1 Amplify fragmenten
    • 6.2 Katalyseer biochemische reacties
    • 6.3 Levensbiotechnologie
    • 6.4 Afbraak van polychloorbifenylverbindingen
  • 7 Referenties

Algemene kenmerken

Het is gram-negatief

de Thermus aquaticus wanneer het wordt onderworpen aan het Gram-kleuringproces verkrijgt het een fuchsia kleur. Dit komt omdat de wand van peptidoglycaan extreem dun is, zodat de kleurstofdeeltjes er niet in opgesloten zitten.

leefgebied

Deze bacterie is ontworpen om extreem hoge temperaturen te weerstaan. Dit houdt in dat zijn natuurlijke habitat op de planeet ligt waar de temperatuur hoger is dan 50 ° C.

In deze zin is deze bacterie geïsoleerd van geisers, de meest voorkomende van het Yellowstone National Park; van hete bronnen over de hele wereld, evenals kunstmatige warmwateromgevingen.

Het is aerobisch

Dit betekent dat de Thermus aquaticus Het is een bacterie die moet zijn in omgevingen die zuurstof beschikbaar stellen om hun metabole processen uit te voeren.

Het is thermofiel

Dit is een van de meest representatieve kenmerken van de Thermus aquaticus. Deze bacterie is geïsoleerd van locaties waar de temperaturen extreem hoog zijn.

de Thermus aquaticus Het is een zeer speciale en resistente bacterie, omdat bij temperaturen die zo hoog zijn als de bacteriën die het ondersteunt, de eiwitten in de meeste levende wezens worden gedenatureerd en hun functies onomkeerbaar niet meer uitvoeren..

Deze bacterie heeft een groeitemperatuur die varieert van 40 ° C tot 79 ° C, met een optimale groeitemperatuur van 70 ° C.

Hij is heterotroof

Zoals elk heterotroof organisme, vereist deze bacterie dat organische verbindingen in de omgeving zich ontwikkelen. De belangrijkste bronnen van organisch materiaal zijn bacteriën en algen in de omgeving, evenals de bodem eromheen.

Het ontwikkelt zich in licht alkalische omgevingen

De optimale pH waarbij de Thermus aquaticus kan ontwikkelen zonder dat de eiwitten die het laten verliezen hun functie is tussen 7,5 en 8. Het is de moeite waard eraan te denken dat op de pH-schaal de 7 neutraal is. Hierboven is alkalisch en onder zuur.

Het produceert veel enzymen

Thermus aquaticus Het is een micro-organisme dat experimenteel zeer nuttig is geweest vanwege zijn vermogen om in een omgeving met hoge temperaturen te leven.

Welnu, door talloze onderzoeken is vastgesteld dat het vele enzymen synthetiseert die, vreemd genoeg, in andere micro-organismen bij dezelfde temperaturen denatureren en hun functie verliezen.

De enzymen die de synthese vormen Thermus aquaticus wat het meest bestudeerd is, zijn;

  • aldolase
  • Taq I restrictie-enzym
  • DNA-ligase
  • Alkalische fosfatase
  • Isocitraat dehydrogenase
  • amylomaltase

Fylogenie en taxonomie

Dit micro-organisme is ingelijst onder de klassieke benadering:

  • Kingdom: Bacteria
  • Phylum: Deinococcus- Thermus
  • Klasse: Deinococci
  • Bestelling: Thermales
  • Familie: Thermaceae
  • Genre: Thermus
  • Soort: Thermus aquaticus.

morfologie

De bacterie Thermus aquaticus behoort tot de groep van staafvormige bacteriën (bacillen). De cellen hebben een geschatte grootte van tussen 4 en 10 micron. In de microscoop zie je zeer grote cellen, evenals kleine cellen. Geen cilia of flagella op het celoppervlak.

De cel van Thermus aquaticus Het heeft een membraan dat op zijn beurt is samengesteld uit drie lagen: een intern plasma, een extern plasma met een ruw uiterlijk en een tussenliggend..

Een van de onderscheidende kenmerken van dit type bacteriën is dat er in het inwendige membraan structuren zijn die op staafjes lijken, die bekend staan ​​als klinkende lichamen..

Op dezelfde manier bevatten deze bacteriën heel weinig peptidoglycaan in hun celwanden en bevatten ze, in tegenstelling tot gram-positieve bacteriën, lipoproteïnen.

Bij blootstelling aan natuurlijk licht kunnen de cellen van de bacterie een gele, roze of rode kleur aannemen. Dit komt door de pigmenten die zich in de bacteriecellen bevinden.

Het genetische materiaal bestaat uit een enkelvoudig cirkelvormig chromosoom waarin het DNA zich bevindt. Hiervan bestaat ongeveer 65% uit nucleotiden van Guanine en Cytosine, namelijk dat de nucleotiden van Thymine en Adenine 35% vertegenwoordigen.

Levenscyclus

In het algemeen reproduceren bacteriën, waaronder T. aquaticus, zich ongeslachtelijk door celdeling. Het enige DNA-chromosoom begint te repliceren; het repliceert om alle genetische informatie van dochtercellen te erven, vanwege de aanwezigheid van het enzym DNA-polymerase. Na 20 minuten is het nieuwe chromosoom compleet en op een plek in de cel gefixeerd.

De verdeling gaat door en op 25 min beginnen de twee chromosomen te verdubbelen. Een verdeling verschijnt in het midden van de cel en op 38 minuten. de dochtercellen hebben de divisie gescheiden door een muur, waardoor de aseksuele verdeling op 45-50 minuten eindigt. (Dreifus, 2012).

Celstructuur en metabolisme

Omdat het een gram-negatieve bacterie is, heeft het een buitenmembraan (lipoproteïne laag) en periplasma (waterig membraan), waar peptidoglycan zich bevindt. Geen trilhaartjes, geen flagella worden waargenomen.

De lipidesamenstelling van deze thermofiele organismen worden aangepast aan temperatuurschommelingen van de context waarin ze zich ontwikkelen, om de functionaliteit van cellulaire processen te behouden, zonder dat de chemische stabiliteit die nodig is om het oplossen bij hoge temperaturen (Ray et al voorkomen . 1971).

Bovendien is T. aquaticus een ware bron van thermostabiele enzymen. DNA polymerase, Taq een enzym dat lyse van een substraat genereren van een dubbele binding, dus betrekking op dergelijke enzymen lyasen (enzymen die de vrijgave van verbindingen katalyseren).

Aangezien het afkomstig is van een thermofiele bacterie, is het bestand tegen langdurige incubaties bij hoge temperaturen (Lamble, 2009).

Opgemerkt moet worden dat elk organisme DNA-polymerase heeft voor replicatie, maar door zijn chemische samenstelling niet bestand is tegen hoge temperaturen. Dat is de reden waarom taq DNA-polymerase het belangrijkste enzym is dat wordt gebruikt om sequenties van het menselijk genoom te amplificeren, evenals de genomen van andere soorten.

toepassingen

Versterk fragmenten

De thermische stabiliteit van het enzym mogelijk maakt om te worden gebruikt in technieken voor het amplificeren van DNA-fragmenten door replicatie in vitro, zoals PCR (polymerase kettingreactie) (Mas en colbs, 2001).

Hiervoor is vereist begin- en eindwaarden (korte nucleotidesequentie die een uitgangspunt verschaft voor DNA-synthese) DNA polymerase, deoxyribonucleotide trifosfaten, primers buffer en kationen.

De reageerbuis met alle elementen wordt geplaatst in een thermische cycler tussen 94 en 98 graden Celsius, om het DNA in eenvoudige ketens te verdelen.

Start de uitvoering van de primers en het opnieuw verwarmen vindt opnieuw plaats tussen 75-80 graden Celsius. Start de synthese van het 5'-uiteinde naar de 3 'van het DNA.

Hier is het belang van het gebruik van het thermostabiele enzym. Als een ander polymerase werd gebruikt, zou het worden vernietigd tijdens de extreme temperaturen die nodig zijn om het proces uit te voeren.

Kary Mullis en andere onderzoekers van Cetus Corporation ontdekten de uitsluiting van de noodzaak om enzym toe te voegen na elke cyclus van thermische denaturatie van DNA. Het enzym werd gekloneerd, gemodificeerd en in grote hoeveelheden geproduceerd voor commerciële verkoop.

Katalyseer biochemische reacties

De studies van thermostabiele enzymen hebben geleid tot de toepassing van een groot aantal industriële processen en zijn een doorbraak geweest in de moleculaire biologie. Vanuit biotechnologisch oogpunt zijn de enzymen in staat om biochemische reacties te katalyseren onder extreme temperatuuromstandigheden.

Er is bijvoorbeeld onderzoek ontwikkeld om een ​​proces te ontwikkelen om kippenveerafval te beheren zonder het gebruik van potentieel infectieuze micro-organismen..

biodegradatie van kip veren gemedieerde keratinolytic proteaseproductie, die het gebruik thermofiele T. aquaticus pathogene (Bhagat, 2012) omvat onderzocht.

Biotechnologie voor voeding

De hydrolyse van gluten door het thermoactieve serine peptidase aqualysin1 van T. aquaticus, begint boven 80 ° C bij het maken van brood.

Hiermee wordt de relatieve bijdrage van de thermostabiele gluten aan de textuur van de broodkruimel bestudeerd (Verbauwhede en Colb, 2017).

Afbraak van polychloorbifenylverbindingen

Met betrekking tot het nut op industrieel gebied worden de enzymen van Thermus aquaticus als thermofiele bacteriën toegepast bij de afbraak van polychloorbifenylverbindingen (PCB's).

Deze verbindingen worden gebruikt als koelmiddelen in elektrische apparatuur. De toxiciteit is erg breed en de afbraak ervan is erg traag (Ruíz, 2005).

referenties

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. en sp. n., tot niet-verontreinigende extreme thermofiele. 1969. J Bacteriol. Vol 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. De wereld van microben. Redactie Economische cultuurachtergrond. Mexico. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Expressie en studie van thermostabiele enzymen van biotechnologisch belang Autonome Universiteit van Madrid. DOCTORALE THESIS Madrid. 2011. Beschikbaar bij: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R en Rodellar C. Basis van de polymerasekettingreactie (PCR). AquaTIC No. 15, november 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M.L., Biodegradatie van polychloorbifenylen (PCB's) door micro-organismen ... University Act [online] 2005, 15 (mei-augustus). Beschikbaar op redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus-soort. Handboeken voor biotechnologie. Springer Science Business Media, LLC. 1995.