Ciri-ciri akuatik Thermus, kitaran hidup, aplikasi



Thermus aquaticus adalah bakteria termofilik, ditemui oleh Thomas Brock pada tahun 1967, terletak di Phylum Deinococcus-Thermus. Ia adalah mikroorganisma gram-negatif, heterotropik dan aerobik, yang mempunyai sifat intrinsik kestabilan terma.

Ia diperolehi daripada pelbagai sumber haba antara 50 ° C dan 80 ° C, dan pH 6.0 hingga 10.5, di Taman Negara Yellowstone dan di California Amerika Utara. Ia juga telah diasingkan daripada habitat terma tiruan.

Ia adalah sumber enzim tahan haba, yang bertahan dalam kitaran denaturasi yang berlainan. Dalam konteks ini, protein dan enzim mempunyai minat khusus untuk industri bioteknologi.

Inilah bagaimana enzim yang mengarangnya digunakan dalam kejuruteraan genetik, dalam tindak balas rantai polimer (PCR), dan sebagai alat penyelidikan saintifik dan forensik (Williams and Sharp, 1995).

Indeks

  • 1 Ciri umum
  • 2 Phylogeny dan taksonomi
  • 3 Morfologi
  • 4 Siklus hidup
  • 5 Struktur sel dan metabolisme
  • 6 Aplikasi
    • 6.1 Mengubah serpihan
    • 6.2 Berikan tindak balas biokimia
    • 6.3 Bioteknologi makanan
    • 6.4 Degradasi sebatian bifenil polychlorinated
  • 7 Rujukan

Ciri umum

Ia adalah gram negatif

The Thermus aquaticus apabila tertakluk kepada proses noda Gram ia memperoleh warna fuchsia. Ini kerana dinding peptidoglycan sangat tipis sehingga zarah pewarna tidak terperangkap di dalamnya.

Habitat

Bakterium ini direka untuk menahan suhu yang sangat tinggi. Ini menunjukkan bahawa habitat semula jadi adalah tempat di planet di mana suhu melebihi 50 ° C.

Dalam pengertian ini, bakteria ini telah diasingkan daripada geysers, menjadi yang paling biasa di Taman Negara Yellowstone; mata air panas di seluruh dunia, serta persekitaran air panas tiruan.

Ia adalah aerobik

Ini bermakna bahawa Thermus aquaticus Ia adalah bakteria yang mesti berada dalam persekitaran yang menyediakan ketersediaan oksigen untuk menjalankan proses metabolik mereka.

Ia adalah termophilic

Ini adalah salah satu ciri yang paling mewakili Thermus aquaticus. Bakterium ini telah diasingkan dari tapak di mana suhu sangat tinggi.

The Thermus aquaticus Ia adalah bakteria yang sangat istimewa dan tahan, kerana pada suhu yang tinggi seperti yang disokong olehnya, protein dalam kebanyakan makhluk hidup adalah denatured dan berhenti melakukan fungsi mereka tidak dapat dipulihkan.

Bakterium ini mempunyai suhu pertumbuhan yang berkisar dari 40 ° C hingga 79 ° C, dengan suhu pertumbuhan optimum 70 ° C.

Dia adalah heterotrophik

Seperti mana-mana organisma heterotrophik, bakterium ini memerlukan sebatian organik yang ada di alam sekitar untuk berkembang. Sumber utama bahan organik ialah bakteria dan alga yang ada di sekitar, serta tanah di sekelilingnya.

Ia berkembang dalam persekitaran yang sedikit alkali

PH optimum di mana Thermus aquaticus boleh berkembang tanpa protein yang membuatnya kehilangan fungsinya antara 7.5 dan 8. Perlu diingat bahawa pada skala pH 7 adalah neutral. Di atas ini adalah alkali dan di bawah asid.

Ia menghasilkan banyak enzim

Thermus aquaticus Ia adalah mikroorganisma yang sangat berguna secara eksperimen kerana keupayaannya hidup dalam persekitaran dengan suhu tinggi.

Oleh itu, melalui banyak siasatan telah ditentukan bahawa ia mensintesis pelbagai enzim yang, ingin tahu, dalam mikroorganisme lain, pada suhu yang sama, denatur dan kehilangan fungsi mereka.

Enzim yang mensintesiskan Thermus aquaticus Apa yang telah dipelajari paling banyak adalah;

  • Aldolase
  • Taq I enzim sekatan
  • DNA Ligase
  • Fosfatase alkali
  • Isocitrate dehydrogenase
  • Amilomaltase

Phylogeny dan taksonomi

Mikroorganisma ini dibingkai dengan pendekatan klasik:

  • Kerajaan: Bakteria
  • Phylum: Deinococcus- Thermus
  • Kelas: Deinococci
  • Pesanan: Thermales
  • Keluarga: Thermaceae
  • Genre: Thermus
  • Spesies: Thermus aquaticus.

Morfologi

Bakteria Thermus aquaticus tergolong dalam kumpulan bakteria berbentuk batang (bacilli). Sel-sel mempunyai kira-kira 4 hingga 10 mikron. Dalam mikroskop, anda dapat melihat sel-sel yang sangat besar, serta sel kecil. Tiada silia atau flagella di permukaan sel.

Sel Thermus aquaticus Ia mempunyai membran yang pada gilirannya terdiri daripada tiga lapisan: plasma dalaman, yang luar dengan penampilan kasar dan satu pertengahan..

Salah satu ciri yang membezakan bakteria jenis ini adalah bahawa dalam membran dalamannya ada struktur yang kelihatan seperti batang, yang dikenal sebagai badan gemetar..

Dengan cara yang sama, bakteria ini mengandungi sedikit peptidoglycan dalam dinding sel dan, tidak seperti bakteria gram-positif, ia mengandungi lipoprotein.

Apabila terdedah kepada cahaya semula jadi, sel-sel bakteria boleh mengambil warna kuning, merah jambu atau merah. Ini disebabkan oleh pigmen yang terkandung dalam sel-sel bakteria.

Bahan genetik terdiri daripada satu kromosom bulat di mana DNA terkandung. Daripada jumlah ini, kira-kira 65% terdiri daripada nukleotida Guanine dan Cytosine, kerana nukleotida Thymine dan Adenine mewakili 35%.

Kitaran hidup

Secara umumnya, bakteria, termasuk T. aquaticus, menghasilkan semula aseksual oleh pembahagian sel. Satu-satunya kromosom DNA mula ditiru; ia mereplikasi untuk dapat mewarisi semua maklumat genetik dari sel anak perempuan, kerana adanya enzim yang dipanggil DNA polymerase. Pada 20 minit kromosom baru selesai dan ditetapkan di tapak di dalam sel.

Bahagian ini berterusan dan pada 25 minit, kedua-dua kromosom telah mula berganda. Satu bahagian muncul di tengah sel dan pada 38 min. sel-sel anak perempuan mempunyai bahagian yang dipisahkan oleh dinding, mengakhiri bahagian aseksual pada 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Struktur sel dan metabolisme

Kerana ia adalah bakteria gram negatif, ia mempunyai membran luar (lapisan lipoprotein) dan periplasm (membran berair), di mana terdapat peptidoglycan. Tiada silia, tiada flagella diperhatikan.

Komposisi lipid daripada organisma thermophilic, mesti disesuaikan dengan turun naik suhu konteks di mana mereka membangunkan, mengekalkan fungsi proses selular, tanpa kehilangan kestabilan kimia yang diperlukan untuk mengelakkan pembubaran pada suhu yang tinggi (Ray et al 1971).

Sebaliknya, T. aquaticus telah menjadi sumber sebenar enzim termostable. polymerase DNA, Taq merupakan enzim pemangkin lysis daripada substrat menjana ikatan kembar, jadi ia berkaitan dengan enzim seperti lyases (enzim yang menjadi pemangkin kepada pembebasan pautan).

Memandangkan ia berasal dari bakteria termofilik, ia menolak inkubasi yang berpanjangan pada suhu tinggi (Lamble, 2009).

Perlu diingatkan bahawa setiap organisma mempunyai polimerase DNA untuk replikasi, tetapi kerana komposisi kimianya tidak menahan suhu tinggi. Itulah sebabnya taq DNA polymerase adalah enzim utama yang digunakan untuk menguatkan urutan genom manusia, serta genom spesies lain.

Permohonan

Mengubah serpihan

Kestabilan haba enzim membolehkan ia digunakan dalam teknik untuk menguatkan serpihan DNA melalui replikasi in vitro, seperti PCR (reaksi rantai polimerase) (Mas dan Colbs, 2001).

Untuk ini, ia memerlukan awal dan akhir (urutan pendek nukleotida yang menyediakan titik permulaan untuk sintesis DNA) polymerase DNA, triphosphates deoxyribonucleotide, penampan dan primers kation.

Tiub tindak balas dengan semua unsur diletakkan di dalam siklik haba antara 94 dan 98 darjah Celcius, untuk membahagikan DNA ke dalam rantaian mudah.

Mulakan prestasi primer dan pemanasan semula berlaku sekali lagi antara 75-80 darjah Celsius. Mulakan sintesis dari 5 'akhir ke 3' DNA.

Inilah pentingnya penggunaan enzim termostable. Jika ada polimerase lain yang digunakan, ia akan dimusnahkan semasa suhu melampau yang diperlukan untuk menjalankan proses tersebut.

Kary Mullis dan penyelidik lain di Cetus Corporation mendapati pengecualian keperluan untuk menambah enzim selepas setiap kitaran denaturasi haba DNA. Enzim ini diklon, diubahsuai, dan dihasilkan dalam kuantiti yang besar untuk penjualan komersial.

Catalyze reaksi biokimia

Kajian enzim termostable telah membawa kepada aplikasi untuk pelbagai proses industri dan telah menjadi penemuan dalam biologi molekul. Dari sudut pandangan bioteknologi, enzimnya dapat memangkin tindak balas biokimia di bawah keadaan suhu yang melampau.

Sebagai contoh, penyelidikan telah dibangunkan untuk membangunkan satu proses untuk menguruskan sisa bulu ayam tanpa penggunaan mikroorganisma yang berpotensi menular..

biodegradasi bulu ayam pengantara pengeluaran protease keratinolytic, yang melibatkan penggunaan thermophilic T. aquaticus nonpathogenic (Bhagat, 2012) telah disiasat.

Bioteknologi makanan

Hidrolisis gluten oleh peptidase aqualysin1 thermoactive dari T. aquaticus, bermula di atas 80 ° C dalam membuat roti.

Dengan ini, sumbangan relatif gluten termostable kepada tekstur roti serbuk dikaji (Verbauwhede dan Colb, 2017).

Degradasi sebatian bifenil polychlorinated

Mengenai utiliti di bidang perindustrian, enzim dari Thermus aquaticus sebagai bakteria termophilic digunakan dalam kemerosotan senyawa bifenil polychlorinated (PCBs).

Sebatian ini digunakan sebagai penyejuk dalam peralatan elektrik. Ketoksikan sangat luas dan penurunannya sangat perlahan (Ruíz, 2005).

Rujukan

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. dan sp. n., untuk tidak menonjolkan thermophile yang melampau. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Dunia mikrob. Latar belakang budaya Ekonomi Editorial. Mexico 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Ungkapan dan kajian enzim termostabil kepentingan bioteknologi Universiti Autonomi Madrid. DOCTORAL THESIS Madrid. 2011. Boleh didapati di: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R dan Rodellar C. Asas Reaksi Berantai Polimerase (PCR). AquaTIC No. 15, November 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradasi Biphenyls Polychlorinated (PCBs) oleh Mikroorganisma ... Akta Universiti [dalam talian] 2005, 15 (Mei-Ogos). Boleh didapati di redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus specie. Buku Panduan Bioteknologi. Springer Science Business Media, LLC. 1995.