THERMUS AQUATICUS: MGA KATANGIAN, SIKLO NG BUHAY, MGA APLIKASYON - BIOLOGY - 2025

Ang Thermus aquaticus ay isang bakterya ng thermophilic, natuklasan ni Thomas Brock noong 1967, na matatagpuan sa Phylum Deinococcus-Thermus. Ito ay isang gramo-negatibo, heterotrophic at aerobic microorganism, na mayroong katatagan ng thermal bilang isang intrinsic na pag-aari.

Nakuha ito mula sa iba't ibang mga mainit na bukal sa pagitan ng 50 ° C at 80 ° C, at pH 6.0 hanggang 10.5, sa Yellowstone National Park at sa California sa North America. Nahiwalay din ito sa mga artipisyal na thermal habitat.

Thermus aquaticus. Ang mga bakterya na naideposito sa isang filter na 0.22 μm Millipore (scale = 1 μm).

Ito ay bumubuo ng isang mapagkukunan ng mga heat resistant enzymes, na nakaligtas sa iba't ibang mga siklo ng denaturation. Sa konteksto na ito, ang mga protina at enzyme ay may espesyal na interes sa industriya ng biotechnology.

Ito ay kung paano ang mga enzymes na bumubuo nito ay ginagamit sa genetic engineering, sa reaksyon ng chain ng polymerase (PCR), at bilang isang pang-agham at forensic na tool sa pananaliksik (Williams at Sharp, 1995).

Pangkalahatang katangian

Yellowstone Park Geyser. Ang Thermus aquaticus ay nahiwalay mula sa isang geyser. Pinagmulan: Pixabay

Ito ay negatibong negatibo

Ang Thermus aquaticus, kapag sumailalim sa proseso ng paglamlam ng Gram, nakakakuha ng kulay na fuchsia. Ito ay dahil ang pader ng peptidoglycan ay sobrang manipis upang ang mga particle ng pangulay ay hindi nakulong sa loob nito.

Habitat

Ang bakterya na ito ay idinisenyo upang mapaglabanan ang napakataas na temperatura. Ito ay nagpapahiwatig na ang kanilang likas na tirahan ay mga lugar sa planeta kung saan ang temperatura ay lumampas sa 50 ° C.

Sa ganitong kahulugan, ang bakterya na ito ay nakahiwalay sa mga geysers, ang pinaka-karaniwang pagiging ng mga Yellowstone National Park; mula sa mga mainit na bukal sa buong mundo, pati na rin mula sa artipisyal na mainit na kapaligiran ng tubig.

Ito ay aerobic

Nangangahulugan ito na ang Thermus aquaticus ay isang bakterya, dapat ito sa mga kapaligiran na nagbibigay ito ng pagkakaroon ng oxygen upang maisagawa ang mga metabolic na proseso.

Ay thermophilic

Ito ay isa sa mga pinaka kinatawan na katangian ng Thermus aquaticus. Ang bakterya na ito ay nakahiwalay sa mga lugar kung saan ang mga temperatura ay napakataas.

Ang Thermus aquaticus ay isang napaka espesyal at lumalaban na bakterya, dahil sa mga temperatura na kasing taas ng mga sinusuportahan nito, ang mga protina sa karamihan sa mga nabubuhay na nilalang ay tinatanggap at hindi mapigilang tumigil upang matupad ang kanilang mga pag-andar.

Ang bakterya na ito ay may temperatura ng paglago na saklaw mula 40 ° C hanggang 79 ° C, na may pinakamabuting kalagayan na paglago ng temperatura na 70 ° C.

Ito ay heterotrophic

Tulad ng anumang heterotrophic organism, ang bacterium na ito ay nangangailangan ng mga organikong compound na naroroon sa kapaligiran upang makabuo. Ang pangunahing mapagkukunan ng organikong bagay ay ang bakterya at algae na naroroon sa paligid, pati na rin ang nakapalibot na lupa.

Tumatagal ito sa bahagyang mga alkalina na kapaligiran

Ang pinakamabuting kalagayan ng pH kung saan maaaring mabuo ang Thermus aquaticus nang walang mga protina na bumubuo sa pagkawala ng kanilang pag-andar ay sa pagitan ng 7.5 at 8. Ito ay nagkakahalaga ng pag-alala na sa pH scale 7 ay neutral. Sa itaas ito ay alkalina at sa ibaba ito ay acidic.

Gumagawa ng isang malaking bilang ng mga enzymes

Ang Thermus aquaticus ay isang microorganism na naging kapaki-pakinabang sa isang pang-eksperimentong antas dahil sa kakayahang mamuhay sa mga kapaligiran na may mataas na temperatura.

Sa gayon, sa pamamagitan ng maraming mga pagsisiyasat napagpasyahan na synthesize nito ang maraming mga enzyme na, na kakaiba, sa iba pang mga microorganism, sa parehong temperatura, ay naging denatured at mawala ang kanilang pag-andar.

Ang mga enzymes na synthesized ni Thermus aquaticus na pinaka-pinag-aralan ay;

• Aldolasse
• Taq na paghihigpit ng enzyme
• DNA ligase
• Alkaline phosphatase
• Isocitrate dehydrogenase
• Amylomaltase

Phylogeny at taxonomy

Ang microorganism na ito ay naka-frame sa ilalim ng klasikal na diskarte:

• Kaharian: Bakterya
• Phylum: Deinococcus- Thermus
• Klase: Deinococci
• Order: Thermales
• Pamilya: Thermaceae
• Genus: Thermus
• Mga species: Thermus aquaticus.

Morpolohiya

Ang bakterya na Thermus aquaticus ay kabilang sa pangkat ng mga bakteryang hugis-baras (bacilli). Ang mga cell ay tinatayang laki ng 4 hanggang 10 microns. Napakalaki ng mga cell ay makikita sa ilalim ng mikroskopyo, pati na rin ang maliit na mga cell. Wala silang mga cilia o flagella sa cell ibabaw.

Ang Thermus aquaticus cell ay may lamad na kung saan ay binubuo ng tatlong layer: isang panloob na layer ng plasma, isang panlabas na magaspang na hitsura at isang intermediate layer.

Ang isa sa mga nakikilala na katangian ng ganitong uri ng bakterya ay ang mga istruktura na mukhang mga tungkod sa panloob na lamad nito, na kilala bilang mga rotund na katawan.

Gayundin, ang mga bakteryang ito ay naglalaman ng napakaliit na peptidoglycan sa kanilang cell wall at, hindi tulad ng mga bakteryang positibo sa gramo, naglalaman ito ng lipoproteins.

Kapag nakalantad sa natural na ilaw, ang mga cell ng bakterya ay maaaring maging dilaw, rosas, o pula. Ito ay dahil sa mga pigment na nakapaloob sa mga selula ng bakterya.

Ang materyal na genetic ay binubuo ng isang solong pabilog na kromosom kung saan nakapaloob ang DNA. Sa mga ito, humigit-kumulang 65% ay binubuo ng Guanine at Cytosine nucleotides, na may mga Thyot at Adenine nucleotides na kumakatawan sa 35%.

Lifecycle

Sa pangkalahatan, ang bakterya, kabilang ang T. aquaticus, ay muling nagparami sa pamamagitan ng cell division. Ang nag-iisang DNA kromosom ay nagsisimula upang magtiklop; tumutukoy ito upang makapagmamana ng lahat ng impormasyon sa genetic sa mga anak na babae ng mga cell, dahil sa pagkakaroon ng enzyme na tinatawag na DNA polymerase. Sa loob ng 20 minuto ang kumpletong chromosome ay kumpleto at naayos na sa lugar.

Ang dibisyon ay nagpapatuloy at pagkatapos ng 25 min, ang dalawang kromosom ay nagsimulang mag-duplicate. Lumilitaw ang isang dibisyon sa gitna ng cell at sa 38 min. ipinakita ng mga babaeng cell cells ang dibisyon na pinaghiwalay ng isang dingding, na nagtatapos sa asexual division sa 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Ang istraktura ng cell at metabolismo

Dahil ito ay isang bakteryang negatibong bakterya, mayroon itong panlabas na lamad (lipoprotein layer) at periplasm (may tubig na lamad), kung saan matatagpuan ang peptidoglycan. Walang mga cilia o flagella ang sinusunod.

Ang komposisyon ng mga lipid ng mga organisasyong thermophilic na ito ay dapat umangkop sa pagbabagu-bago sa temperatura ng konteksto kung saan sila bubuo, upang mapanatili ang pag-andar ng mga proseso ng cellular, nang hindi nawawala ang katatagan ng kemikal na kinakailangan upang maiwasan ang paglusaw sa mataas na temperatura (Ray et al. 1971).

Sa kabilang banda, ang T. aquaticus ay naging isang tunay na mapagkukunan ng mga thermostable enzymes. Ang Taq DNA polymerase ay isang enzyme na nagpapagana sa lysis ng isang substrate sa pamamagitan ng pagbuo ng isang dobleng bono, kaya ito ay may kaugnayan sa mga lyase-type na mga enzyme (mga enzyme na nagpapagana sa pagpapalabas ng mga bono).

Dahil nagmula ito sa isang bakterya ng thermophilic, lumalaban ito sa matagal na pagpapaputok sa mataas na temperatura (Lamble, 2009).

Dapat pansinin na ang bawat organismo ay may DNA polymerase para sa pagtitiklop nito, ngunit dahil sa komposisyon ng kemikal na ito ay hindi lumalaban sa mataas na temperatura. Iyon ang dahilan kung bakit ang taq DNA polymerase ay ang pangunahing enzyme na ginamit upang palakasin ang mga pagkakasunud-sunod ng genome ng tao, pati na rin ang mga genome ng iba pang mga species.

Aplikasyon

Baguhin ang mga fragment

Ang thermal katatagan ng enzyme ay nagbibigay-daan upang magamit ito sa mga pamamaraan upang palakihin ang mga fragment ng DNA sa pamamagitan ng pagtitiklop ng vitro, tulad ng PCR (reaksyon ng chain ng polymerase) (Mas and Colbs, 2001).

Nangangailangan ito ng paunang at panghuling primers (maikling pagkakasunud-sunod ng nucleotide na nagbibigay ng isang panimulang punto para sa synthesis ng DNA), DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphate, solusyon sa buffer at cations.

Ang reaksyon ng tubo kasama ang lahat ng mga elemento ay inilalagay sa isang thermal cycler sa pagitan ng 94 at 98 degrees Celsius, upang hatiin ang DNA sa iisang strand.

Nagsisimula ang pagganap ng mga panimulang aklat at muling pag-init ay nangyayari muli sa pagitan ng 75-80 degree Celsius. Nagsisimula synthesis mula sa 5 ′ hanggang 3 ′ dulo ng DNA.

Narito ang kahalagahan ng paggamit ng pinakamahuhusay na enzyme. Kung ginamit ang anumang iba pang polymerase, masisira ito sa panahon ng matinding temperatura na kinakailangan upang maisagawa ang proseso.

Natagpuan ni Kary Mullis at iba pang mga mananaliksik sa Cetus Corporation ang pagbubukod ng pangangailangan na magdagdag ng enzyme pagkatapos ng bawat pag-ikot ng thermal denaturation ng DNA. Ang enzyme ay na-clone, binago, at ginawa sa maraming dami para sa komersyal na pagbebenta.

Pag-catalyze reaksyon ng biochemical

Ang hydrolysis ng gluten ng thermoactive serine peptidase aqualysin1 mula sa T. aquaticus, ay nagsisimula sa itaas ng 80 ° C sa paggawa ng tinapay.

Gamit nito, ang kamag-anak na kontribusyon ng heat-stabil gluten sa texture ng tinapay crumb ay pinag-aralan (Verbauwhede at Colb, 2017).

Ang pagkasira ng polychlorinated biphenyl compound

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. at sp. n., isang nonsporulate na matinding thermophile. 1969. J Bacteriol. Tomo 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Ang mundo ng mga mikrobyo. Editoryal na Pondo para sa kulturang pang-ekonomiya. Mexico. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Pagpapahayag at pag-aaral ng mga pinakamabilis na enzyme ng interes sa biotechnological na Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORAL NA THESIS Madrid. 2011. Magagamit sa: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R at Rodellar C. Rationale para sa Reaksyon ng Chain ng Polymerase (PCR). AquaTIC nº 15, Nobyembre 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradation ng Polychlorinated Biphenyls (PCBs) ni Microorganism .. Acta Universitaria 2005, 15 (Mayo-Agosto). Magagamit sa redalyc.org.
6. Biglang R, William R. Thermus specie. Mga Handbook ng Biothecnology. Springer Science Business Media, LLC. labing siyam na siyamnapu't lima.