Thermus aquaticus: özellikleri, yaşam döngüsü, uygulamalar

Thermus aquaticus, 1967 yılında Phylum Deinococcus-Thermus'ta bulunan Thomas Brock tarafından keşfedilen bir termofilik bakteridir. İçsel bir özellik olarak termal stabiliteye sahip olan gram negatif, heterotrofik ve aerobik bir mikroorganizmadır.

Yellowstone Ulusal Parkı'nda ve Kuzey Amerika'nın Kaliforniya eyaletinde, 50 ° C ila 80 ° C ve pH 6.0 ila 10.5 arasındaki çeşitli termal kaynaklardan elde edilir. Ayrıca yapay termal yaşam alanlarından izole edilmiştir.

Farklı denatürasyon döngülerinde hayatta kalan ısıya dayanıklı enzimlerin kaynağıdır. Bu bağlamda, proteinler ve enzimler biyoteknoloji endüstrisi için özel ilgi çekmektedir.

Bu, onu oluşturan enzimlerin genetik mühendisliğinde, polimeraz zincir reaksiyonunda (PCR) ve bilimsel ve adli araştırmalarda bir araç olarak kullanılma şeklidir (Williams ve Sharp, 1995).

Genel özellikler

Gram negatif

Thermus aquaticus, Gram boyama işlemine tabi tutulduğunda, bir fuşya rengi elde eder. Bunun nedeni, peptidoglikan çeperinin son derece ince olmasıdır, böylece boya parçacıkları içinde sıkışmaz.

doğal ortam

Bu bakteri son derece yüksek sıcaklıklara dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, doğal ortamının, sıcaklıkların 50 ° C'yi aştığı gezegendeki bölgeler olduğunu gösterir.

Bu anlamda, bu bakteri Yellowstone Ulusal Parkı'nın en yaygın olanları olan gayzerlerden izole edilmiştir; dünyanın dört bir yanındaki sıcak su kaynaklarının yanı sıra suni sıcak su ortamları.

Bu aerobik

Bu, Thermus aquaticus'un bir bakteri olduğu, metabolik işlemlerini yürütmek için oksijenin bulunmasını sağlayan ortamlarda olması gerektiği anlamına gelir.

Termofilik

Bu, Thermus aquaticus'un en temsili özelliklerinden biridir. Bu bakteri, sıcaklıkların aşırı yüksek olduğu bölgelerden izole edilmiştir.

Thermus aquaticus çok özel ve dirençli bir bakteridir, çünkü desteklediği kadar yüksek sıcaklıklarda, çoğu canlıdaki proteinler denatüre edilir ve fonksiyonlarını geri dönüşsüz bir şekilde yerine getiremez.

Bu bakteri, optimum 70 ° C büyüme sıcaklığına sahip, 40 ° C ila 79 ° C arasında değişen bir büyüme sıcaklığına sahiptir.

O heterotrofik

Herhangi bir heterotrofik organizma gibi, bu bakteri de ortamda bulunması için organik bileşikler gerektirir. Temel organik madde kaynakları, çevredeki toprakta olduğu gibi çevrede bulunan bakteri ve alglerdir.

Hafif alkali ortamlarda gelişir

Thermus aquaticus'un işlevini yitiren proteinler olmadan gelişebildiği optimum pH, 7.5 ile 8 arasındadır. PH ölçeğinde 7'nin nötr olduğunu hatırlamakta fayda vardır. Bunun üstünde alkali ve asidin altında.

Çok fazla enzim üretir

Thermus aquaticus, yüksek sıcaklıktaki ortamlarda yaşama kabiliyeti nedeniyle deneysel olarak çok faydalı bir mikroorganizmadır.

Pek çok araştırmada, merakla, diğer mikroorganizmalarda, aynı sıcaklıklarda, denatüre olan ve işlevlerini yitiren çok sayıda enzimi sentezlediği tespit edilmiştir.

En çok çalışılan Thermus aquaticus tarafından sentezlenen enzimler;

  • aldolaz
  • Taq I kısıtlama enzimi
  • DNA Ligaz
  • Alkalen fosfataz
  • İzositrat dehidrojenaz
  • amylomaltase

Filogeni ve taksonomisi

Bu mikroorganizma klasik yaklaşım çerçevesinde çerçevelenmiştir:

  • Krallık: Bakteriler
  • Phylum: Deinococcus - Thermus
  • Sınıf: Deinococci
  • Sipariş: Termaller
  • Aile: Thermaceae
  • Tür: Thermus
  • Tür: Thermus aquaticus.

morfoloji

Thermus aquaticus bakteri, çubuk şeklindeki bakteri grubuna aittir. Hücreler yaklaşık 4 ila 10 mikron arasındadır. Mikroskopta küçük hücrelerin yanı sıra çok büyük hücreleri de görebilirsiniz. Hücre yüzeyinde kirpikler veya flagella göstermezler.

Thermus aquaticus'un hücresi sırayla üç katmanla bütünleştirilen bir zara sahiptir: bir iç plazma, dış görünüşe sahip kaba bir dış görünüş ve bir ara ürün.

Bu tip bakterilerin ayırt edici özelliklerinden biri, iç zarında, çürük cisimler olarak bilinen çubuklara benzeyen yapılar olmasıdır.

Aynı şekilde, bu bakteriler hücre duvarlarında çok az peptidoglikan içerir ve gram-pozitif bakterilerin aksine, lipoproteinler içerirler.

Doğal ışığa maruz kaldığında, bakteri hücreleri sarı, pembe veya kırmızı bir renk alabilir. Bu, bakteri hücrelerinde bulunan pigmentlerden kaynaklanmaktadır.

Genetik materyal, DNA'nın bulunduğu tek bir dairesel kromozomdan oluşur. Bunlardan yaklaşık% 65'i, Guanin ve Sitozin'in nükleotitlerinden oluşur; Thymine ve Adenine'nin nükleotitleri% 35'i temsil eder.

Yaşam döngüsü

Genel olarak, T. aquaticus dahil bakteriler, hücre bölünmesi ile eşeysiz olarak ürerler. Tek DNA kromozomu çoğalmaya başlar; DNA polimeraz adı verilen enzimin varlığından dolayı, tüm genetik bilgiyi yeni hücrelerden miras alabilmesi için çoğalır. 20 dakika sonra yeni kromozom, hücrede bir alanda tamamlanır ve sabitlenir.

Bölünme devam eder ve 25 dakika sonra iki kromozom ikiye katlanır. Hücrenin merkezinde ve 38 dakikada bir bölünme görülür. Kızı hücreleri, bölmeyle bir duvarla ayrılarak aseksüel bölünmeyi 45-50 dakikada sonlandırır. (Dreifus, 2012).

Hücre yapısı ve metabolizması

Gram-negatif bir bakteri olduğundan, peptidoglikanın bulunduğu bir dış zara (lipoprotein tabakası) ve periplazmaya (sulu zara) sahiptir. Kirpikler gözlemlenmedi, ne de flagella.

Bu termofilik organizmaların lipidlerinin bileşimi, yüksek sıcaklıklarda çözünmeyi önlemek için gerekli kimyasal stabiliteyi kaybetmeden hücresel işlemlerin işlevselliğini korumak için geliştirdikleri bağlamdaki sıcaklık dalgalanmalarına uyum sağlamalıdır (Ray ve ark. . 1971).

Öte yandan, T. aquaticus gerçek bir termostabil enzim kaynağı haline gelmiştir. Taq DNA polimeraz, bir çift bağ üreten bir substratın lizisini katalize eden bir enzimdir, bu nedenle liyaz tipindeki enzimler (bağların salınmasını katalize eden enzimler) ile ilgilidir.

Termofilik bir bakteriden geldiğine göre, yüksek sıcaklıklarda uzun süreli inkübasyona dayanır (Lamble, 2009).

Her organizmanın replikasyon için DNA polimeraz olduğu, ancak kimyasal bileşimi nedeniyle yüksek sıcaklıklara dayanmadığı belirtilmelidir. Bu nedenle taq DNA polimeraz, insan genomunun sekanslarını ve diğer türlerin genomlarını büyütmek için kullanılan ana enzimdir.

uygulamaları

Çoğaltma parçaları

Enzimin termal stabilitesi, DNA fragmanlarını PCR (polimeraz zincir reaksiyonu) gibi in vitro replikasyon yoluyla büyütme tekniklerinde kullanılmasına izin verir (Mas ve Colbs, 2001).

Bunun için ilk ve son primerler (DNA sentezi için bir başlangıç ​​noktası sağlayan kısa nükleotit sekansı), DNA polimeraz, deoksiribonükleotitler trifosfat, tampon ve katyonlar gereklidir.

Tüm elementlerin bulunduğu reaksiyon tüpü, DNA'yı basit zincirlere bölmek için 94 ila 98 santigrat derece arasındaki bir termal döngüleyiciye yerleştirilir.

Primerlerin performansını başlatın ve yeniden ısıtma işlemi 75-80 santigrat derece arasında tekrar gerçekleşir. DNA'nın 5 'ucundan 3' sentezine başlayın.

İşte termostabil enzimi kullanmanın önemi. Başka bir polimeraz kullanılmışsa, işlemi gerçekleştirmek için gereken aşırı sıcaklıklar sırasında tahrip olacaktır.

Kary Mullis ve Cetus Corporation'daki diğer araştırmacılar, DNA'nın her termal denatürasyon döngüsünden sonra enzim ekleme ihtiyacının dışlandığını keşfetti. Enzim klonlanmış, değiştirilmiş ve ticari satış için büyük miktarlarda üretilmiştir.

Kataliz biyokimyasal reaksiyonlar

Termostabil enzimlerin çalışmaları, çok çeşitli endüstriyel işlemlerin uygulanmasına neden olmuş ve moleküler biyolojide bir buluş olmuştur. Biyoteknolojik bakış açısından, enzimleri aşırı sıcaklık koşulları altında biyokimyasal reaksiyonları katalize edebilir.

Örneğin, potansiyel olarak bulaşıcı mikroorganizmaların kullanımı olmadan tavuk tüyü atığını yönetmek için bir işlem geliştirmek için araştırmalar geliştirilmiştir.

Termofilik patojenik olmayan T. aquaticus'un kullanımı anlamına gelen keratinolitik proteaz üretiminin aracılık ettiği tavuk tüyünün biyobozunmasını araştırdık (Bhagat, 2012).

Gıda biyoteknolojisi

Glutenin, T. aquaticus'un termoaktif serin peptidaz aqualysin1 ile hidrolizi, ekmek yapımında 80 ° C'nin üzerinde başlar.

Bununla termostabil glütenin ekmek kırıntısı yapısına göreceli katkısı incelenmiştir (Verbauwhede ve Colb, 2017).

Poliklorlanmış bifenil bileşiklerinin bozunması

Endüstriyel alandaki faydaya gelince, Thermus aquaticus'un termofilik bakteri olarak enzimleri, poliklorlanmış bifeniller bileşiklerinin (PCB'lerin) parçalanmasında uygulanır.

Bu bileşikler elektrikli ekipmanlarda soğutucu olarak kullanılır. Toksisite çok geniştir ve yıkımı çok yavaştır (Ruiz, 2005).