THERMUS AQUATICUS: CARACTERISTICI, CICLUL DE VIAȚĂ, APLICAȚII - BIOLOGIE - 2025

Thermus aquaticus este o bacterie termofilă, descoperită de Thomas Brock în 1967, situată în Phylum Deinococcus-Thermus. Este un microorganism gram-negativ, heterotrof și aerob, care are stabilitatea termică ca proprietate intrinsecă.

Este obținut dintr-o varietate de izvoare termale cuprinse între 50 ° C și 80 ° C, și pH 6,0 până la 10,5, în Parcul Național Yellowstone și în California, în America de Nord. De asemenea, a fost izolată de habitatele termice artificiale.

Thermus aquaticus. Bacterii depuse pe un filtru Millipore de 0,22 μm (scara = 1 μm).

Constituie o sursă de enzime rezistente la căldură, care supraviețuiesc diferitelor cicluri de denaturare. În acest context, proteinele și enzimele prezintă un interes special pentru industria biotehnologiei.

Astfel se utilizează enzimele care o compun sunt utilizate în inginerie genetică, în reacția în lanț a polimerazei (PCR) și ca instrument de cercetare științifică și criminalistică (Williams și Sharp, 1995).

Caracteristici generale

Gheizerul parcului Yellowstone. Thermus aquaticus a fost izolat dintr-un gheiser. Sursa: Pixabay

Este gram negativ

Thermus aquaticus, atunci când este supus procesului de colorare Gram, dobândește o colorare fucsia. Acest lucru se datorează faptului că peretele peptidoglican este extrem de subțire, astfel încât particulele de colorant nu sunt prinse în el.

habitat

Această bacterie este proiectată să reziste la temperaturi extrem de ridicate. Acest lucru implică faptul că habitatul lor natural este locuri de pe planetă unde temperaturile depășesc 50 ° C.

În acest sens, această bacterie a fost izolată de gheizere, cele mai frecvente fiind cele din Parcul Național Yellowstone; din izvoarele calde din întreaga lume, precum și din mediile cu apă caldă artificială.

Este aerobic

Acest lucru înseamnă că Thermus aquaticus este o bacterie, trebuie să se afle în medii care să îi ofere disponibilitate de oxigen pentru a-și desfășura procesele metabolice.

Este termofilă

Aceasta este una dintre cele mai reprezentative caracteristici ale Thermus aquaticus. Această bacterie a fost izolată de locurile unde temperaturile sunt extrem de ridicate.

Thermus aquaticus este o bacterie foarte specială și rezistentă, deoarece la temperaturi la fel de ridicate ca cele pe care le susține, proteinele din majoritatea ființelor vii sunt denaturate și încetează ireversibil să își îndeplinească funcțiile.

Această bacterie are o temperatură de creștere care variază de la 40 ° C la 79 ° C, temperatura optimă de creștere fiind de 70 ° C.

Este heterotrofă

Ca orice organism heterotrof, această bacterie necesită compuși organici prezenți în mediu pentru a se dezvolta. Principalele surse de materie organică sunt bacteriile și algele prezente în împrejurimi, precum și solul din jur.

Prospera în medii ușor alcaline

PH-ul optim în care se poate dezvolta Thermus aquaticus fără ca proteinele care îl compun să-și piardă funcția este între 7,5 și 8. Merită să ne amintim că 7 pe scala de pH este neutru. Deasupra acestuia este alcalin și sub acesta acid.

Produce un număr mare de enzime

Thermus aquaticus este un microorganism care a fost foarte util la nivel experimental datorită capacității sale de a trăi în medii cu temperaturi ridicate.

Ei bine, prin numeroase investigații s-a stabilit că sintetizează numeroase enzime care, în mod curios, în alte microorganisme, la aceleași temperaturi, se denaturează și își pierd funcția.

Enzimele sintetizate de Thermus aquaticus care au fost cele mai studiate sunt;

• Aldolasse
• Enzima de restricție Taq I
• ADN-ligază
• Fosfataza alcalină
• Izocitrat dehidrogenază
• Amylomaltase

Filogenie și taxonomie

Acest microorganism este încadrat în abordarea clasică:

• Regat: Bacterii
• Phylum: Deinococcus- Thermus
• Clasa: Deinococi
• Comanda: termale
• Familia: Thermaceae
• Gen: Thermus
• Specie: Thermus aquaticus.

Morfologie

Bacteria Thermus aquaticus aparține grupului de bacterii în formă de tijă (bacili). Celulele au dimensiunea de aproximativ 4-10 microni. Celule foarte mari pot fi văzute la microscop, precum și celule mici. Nu au cili sau flageli pe suprafața celulei.

Celula Thermus aquaticus are o membrană care, la rândul său, este alcătuită din trei straturi: un strat intern de plasmă, un aspect exterior aspru și un strat intermediar.

Una dintre caracteristicile distinctive ale acestui tip de bacterii este că există structuri care arată ca niște tije în membrana sa interioară, care sunt cunoscute sub numele de corpuri rotunde.

De asemenea, aceste bacterii conțin foarte puțin peptidoglican în peretele lor celular și, spre deosebire de bacteriile gram-pozitive, conține lipoproteine.

Atunci când sunt expuse la lumina naturală, celulele bacteriilor pot deveni galbene, roz sau roșii. Acest lucru se datorează pigmenților care sunt conținuți în celulele bacteriene.

Materialul genetic este format dintr-un singur cromozom circular în care este conținut ADN. Din aceasta, aproximativ 65% este format din nucleotide de guanină și citozină, nucleotidele de timină și adenină reprezentând 35%.

Ciclu de viață

În general, bacteriile, inclusiv T. aquaticus, se reproduc asexual prin diviziunea celulară. Cromozomul ADN unic începe să se reproducă; se reproduce pentru a putea moșteni toate informațiile genetice celulelor fiice, datorită prezenței enzimei numită ADN polimerază. În 20 de minute, noul cromozom este complet și are loc în celulă.

Diviziunea continuă și după 25 de minute, cei doi cromozomi au început să se dubleze. O diviziune apare în centrul celulei și la 38 de minute. celulele fiice prezintă diviziunea separată de un perete, încheind diviziunea asexuală la 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Structura și metabolismul celular

Deoarece este o bacterie gram-negativă, are o membrană exterioară (strat de lipoproteine) și periplasm (membrană apoasă), unde se află peptidoglicanul. Nu se observă cilia sau flagelele.

Compoziția lipidelor acestor organisme termofile trebuie să se adapteze la fluctuațiile temperaturii contextului în care acestea se dezvoltă, pentru a menține funcționalitatea proceselor celulare, fără a pierde stabilitatea chimică necesară pentru a evita dizolvarea la temperaturi ridicate (Ray et al. 1971).

Pe de altă parte, T. aquaticus a devenit o adevărată sursă de enzime termostabile. ADN polimeraza Taq este o enzimă care catalizează liza unui substrat prin generarea unei legături duble, deci este legată de enzime de tip liza (enzime care catalizează eliberarea de legături).

Deoarece provine dintr-o bacterie termofilă, rezistă la incubații lungi la temperaturi ridicate (Lamble, 2009).

Trebuie remarcat faptul că fiecare organism are ADN polimerază pentru replicarea sa, dar datorită compoziției sale chimice nu rezistă la temperaturi ridicate. De aceea, taq ADN polimeraza este principala enzimă folosită pentru a amplifica secvențele genomului uman, precum și genomele altor specii.

Aplicații

Amplifica fragmentele

Stabilitatea termică a enzimei îi permite să fie utilizată în tehnici de amplificare a fragmentelor de ADN prin replicarea in vitro, cum ar fi PCR (reacția în lanț a polimerazei) (Mas and Colbs, 2001).

Acest lucru necesită primeri inițiali și finali (secvență scurtă de nucleotide care oferă un punct de plecare pentru sinteza ADN-ului), ADN-polimerază, dezoxiribonucleotide trifosfat, soluție tampon și cationi.

Tubul de reacție cu toate elementele este plasat într-un cicler termic între 94 și 98 de grade Celsius, pentru a împărți ADN-ul în catene unice.

Performanța primerilor începe și reîncălzirea apare din nou între 75-80 grade Celsius. Inițiază sinteza de la capătul 5 ′ la 3 ′ al ADN-ului.

Iată importanța utilizării enzimei termostabile. Dacă s-ar folosi orice altă polimerază, aceasta ar fi distrusă în timpul temperaturilor extreme necesare pentru a realiza procesul.

Kary Mullis și alți cercetători de la Cetus Corporation au descoperit excluderea nevoii de a adăuga enzimă după fiecare ciclu de denaturare termică a ADN-ului. Enzima a fost clonată, modificată și produsă în cantități mari pentru vânzarea comercială.

Catalizați reacțiile biochimice

Hidroliza glutenului de serin peptidaza termoactivă aqualysin1 de la T. aquaticus începe peste 80 ° C în producerea pâinii.

Prin aceasta, se studiază contribuția relativă a glutenului termic la textura firimii de pâine (Verbauwhede și Colb, 2017).

Degradarea compușilor policlorurați bifenil

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. și sp. n., un termofil extrem de nepoluant. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Lumea microbilor. Fond editorial pentru cultura economică. Mexic. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Expresia și studiul enzimelor termostabile de interes biotehnologic Universidad Autónoma de Madrid. TEZĂ DOCTORALă Madrid. 2011. Disponibil la: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R și Rodellar C. Justificare pentru reacția în lanț a polimerazei (PCR). AquaTIC nr. 15, noiembrie 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradarea poliflorurilor bifenilelor (PCB) de microorganisme .. Acta Universitaria 2005, 15 (mai-august). Disponibil pe redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. Manuale de biotecnologie. Springer Science Business Media, LLC. o mie noua sute nouazeci si cinci.