THERMUS AQUATICUS: מאפיינים, מחזור חיים, יישומים - ביולוגיה - 2025

Thermus aquaticus הוא חיידק תרמופילי, שהתגלה על ידי תומאס ברוק בשנת 1967, ממוקם בפילוק Deinococcus-Thermus. זהו מיקרואורגניזם גרמי שלילי, הטרוטרופי ואירובי, שיש לו יציבות תרמית כמאפיין מהותי.

הוא מתקבל ממגוון מעיינות חמים שבין 50 ° C ל- 80 מעלות צלזיוס, ו- pH 6.0 עד 10.5, בפארק הלאומי ילוסטון ובקליפורניה בצפון אמריקה. זה גם היה מבודד מבתי גידול תרמיים מלאכותיים.

Thermus aquaticus. חיידקים שהופקדו על מסנן מיליפורי 0.22 מיקרומטר (סולם = 1 מיקרומטר).

זה מהווה מקור לאנזימים עמידים בחום, ששורדים את מחזורי denaturering השונים. בהקשר זה, חלבונים ואנזימים מעניינים במיוחד את ענף הביוטכנולוגיה.

כך משתמשים באנזימים המרכיבים אותו בהנדסה גנטית, בתגובת שרשרת פולימראז (PCR), וככלי מחקר מדעי ופורנזי (Williams and Sharp, 1995).

מאפיינים כלליים

גייזר בפארק ילוסטון. Thermus aquaticus היה מבודד מגייזר. מקור: Pixabay

זה גרם שלילי

Thermus aquaticus, כאשר הוא נתון לתהליך מכתים גראם, מקבל צבע פוקסיה. הסיבה לכך היא שהקיר הפפטידוגליקני דק במיוחד כך שחלקיקי הצבע לא נכלאים בו.

בית גידול

חיידק זה נועד לעמוד בטמפרטורות גבוהות במיוחד. משמעות הדבר היא כי בית הגידול הטבעי שלהם הוא מקומות בכוכב הלכת בהם הטמפרטורות עוברות 50 מעלות צלזיוס.

במובן זה, חיידק זה היה מבודד מגייזרים, והנפוץ ביותר הוא אלה של הפארק הלאומי ילוסטון; ממעיינות חמים ברחבי העולם, כמו גם מסביבות מים חמים מלאכותיים.

זה אירובי

משמעות הדבר היא כי Thermus aquaticus הוא חיידק, עליו להיות בסביבות שמספקות לו זמינות חמצן על מנת לבצע את התהליכים המטבוליים שלו.

הוא תרמופיל

זהו אחד המאפיינים המייצגים ביותר של Thermus aquaticus. חיידק זה מבודד ממקומות בהם הטמפרטורות גבוהות במיוחד.

Thermus aquaticus הוא חיידק מיוחד מאוד ועמיד, מכיוון שבטמפרטורות גבוהות כמו אלו שהוא תומך בו, החלבונים ברוב היצורים החיים מופרכים ומפסיקים למלא את תפקידם באופן בלתי הפיך.

לחיידק זה טמפרטורת צמיחה שנעה בין 40 מעלות צלזיוס ל- 79 מעלות צלזיוס, כאשר טמפרטורת הגידול האופטימלית היא 70 מעלות צלזיוס.

זה הטרוטרופי

כמו כל אורגניזם הטרוטרופי, חיידק זה זקוק לתרכובות אורגניות הקיימות בסביבה כדי להתפתח. המקורות העיקריים לחומר אורגני הם חיידקים ואצות המצויים בסביבה, כמו גם האדמה שמסביב.

הוא משגשג בסביבות מעט אלקליות

ה- pH האופטימלי בו Thermus aquaticus יכול להתפתח מבלי שהחלבונים המרכיבים אותו מאבדים את תפקודם הוא בין 7.5 ל -8. כדאי לזכור ש -7 בסולם pH הם ניטרליים. מעל זה הוא אלקליין ומתחתיו חומצי.

מייצר מספר גדול של אנזימים

Thermus aquaticus הוא מיקרואורגניזם שהיה שימושי מאוד ברמה ניסיונית בשל יכולתו לחיות בסביבות עם טמפרטורות גבוהות.

ובכן, באמצעות חקירות רבות נקבע כי היא מסנתזת אנזימים רבים, שבאופן מוזר, במיקרואורגניזמים אחרים, באותן טמפרטורות, הופכים לטיהור מאבד ומאבדים את תפקודם.

האנזימים המסונתזים על ידי Thermus aquaticus שנחקרו ביותר הם;

• אלדולאס
• אנזים הגבלת טאק I
• DNA ligase
• אלקליין פוספטז
• איזוציטרט דהידרוגנז
• עמילומלטאז

פילוגניות וטקסונומיה

מיקרואורגניזם זה ממוסגר תחת הגישה הקלאסית:

• ממלכה: חיידקים
• פילום: Deinococcus- תרמוס
• כיתה: דיאינוקוקים
• סדר: Thermales
• משפחה: Thermaceae
• מין: תרמוס
• מינים: Thermus aquaticus.

מוֹרפוֹלוֹגִיָה

החיידק Thermus aquaticus שייך לקבוצת החיידקים בצורת מוט (bacilli). תאי גודל 4 עד 10 מיקרון. ניתן לראות תאים גדולים מאוד מתחת למיקרוסקופ, כמו גם תאים קטנים. אין להם ציציות או דגלים על פני התא.

לתא Thermus aquaticus יש קרום שבתורו מורכב משלוש שכבות: שכבת פלזמה פנימית, מראה חיצוני מחוספס ושכבת ביניים.

אחד המאפיינים המבדילים של סוג זה של חיידקים הוא שישנם מבנים שנראים כמו מוטות בקרום הפנימי שלו, הידועים כגופים מסתובבים.

באופן דומה, חיידקים אלו מכילים מעט מאוד פפטידוגליקני בדופן התא שלהם, ובניגוד לחיידקים חיוביים לגרם, הם מכילים ליפופרוטאינים.

כאשר הם נחשפים לאור טבעי, תאי החיידק יכולים להפוך לצהוב, ורוד או אדום. זה נובע מהפיגמנטים הכלולים בתאי החיידק.

החומר הגנטי מורכב מכרומוזום מעגלי יחיד בו מכיל DNA. מתוכם, כ 65% - מורכבים מגרעינים של גואנין וציטוזין, כאשר נוקליאוטידים מתימין ואדנין מהווים 35%.

מעגל החיים

באופן כללי, חיידקים, כולל T. aquaticus, מתרבים באופן לא-מיני לפי חלוקת תאים. כרומוזום ה- DNA הבודד מתחיל לשכפל; זה משכפל להיות מסוגל לרשת את כל המידע הגנטי לתאי הבת, בגלל נוכחות האנזים המכונה DNA פולימראז. תוך 20 דקות הכרומוזום החדש הושלם ונמצא במקום בתא.

החלוקה נמשכת ואחרי 25 דקות, שני הכרומוזומים החלו להשתכפל. חלוקה מופיעה במרכז התא ובמרחק של 38 דקות. תאי הבת מציגים את החלוקה המופרדת בקיר, ומסיימת את החלוקה הא-מינית תוך 45-50 דקות. (דרייפוס, 2012).

מבנה התא ומטבוליזם

מכיוון שמדובר בחיידק שלילי גרם, יש לו קרום חיצוני (שכבת ליפופרוטאין) ופריפלזמה (ממברנה מימית), שם נמצא הפפטידוגליקן. לא נצפו ציציות או דגלים.

הרכב הליפידים של אורגניזמים תרמופיליים אלו חייב להסתגל לתנודות בטמפרטורת ההקשר בו הם מתפתחים, כדי לשמור על פונקציונליות התהליכים הסלולריים, מבלי לאבד את היציבות הכימית הנחוצה כדי למנוע פירוק בטמפרטורות גבוהות (Ray et al. 1971).

מצד שני, T. aquaticus הפך למקור אמיתי לאנזימים תרמוסטיים. פולימראז DNA של טאק הוא אנזים המזרז את תמוגה של מצע על ידי יצירת קשר כפול, ולכן הוא קשור לאנזימים מסוג lyase (אנזימים המזרזים את שחרור הקשרים).

מכיוון שהוא מגיע מחיידק תרמופילי, הוא מתנגד לדגירה ארוכה בטמפרטורות גבוהות (Lamble, 2009).

יש לציין כי לכל אורגניזם יש פולימראז DNA לצורך שכפולו, אך בשל הרכבו הכימי הוא אינו עומד בטמפרטורות גבוהות. לכן טאק פולימראז DNA הוא האנזים העיקרי המשמש להגברת רצפי הגנום האנושי, כמו גם גנום של מינים אחרים.

יישומים

הגבר שברי

היציבות התרמית של האנזים מאפשרת להשתמש בו בטכניקות להגברה של שברי DNA באמצעות שכפול חוץ גופני, כמו PCR (תגובת שרשרת פולימראז) (Mas and Colbs, 2001).

זה דורש פריימרים ראשוניים וסופיים (רצף נוקליאוטידים קצר המספק נקודת מוצא לסינתזה של DNA), פולימראז DNA, דיוקסיריבונוקלאוטיד טריפוספט, תמיסת חיץ וקטיונים.

צינור התגובה עם כל היסודות מונח במחזור טרמי בין 94 ל 98 מעלות צלזיוס, כדי לחלק את ה- DNA לחוטים יחידים.

הביצועים של הפריימרים מתחילים והחימום מחדש מתרחש שוב בין 75-80 מעלות צלזיוס. יוזם סינתזה מקצה ה- 5 עד 3 ′ של ה- DNA.

הנה חשיבות השימוש באנזים התרמוסטטי. אם נעשה שימוש בפולימראז אחר כלשהו, ​​הוא ייהרס בטמפרטורות הקיצוניות הדרושות לביצוע התהליך.

קארי מוליס וחוקרים אחרים בחברת Cetus Corporation מצאו את הדרת הצורך להוסיף אנזים לאחר כל מחזור של denaturation תרמי של DNA. האנזים שיבוט, שונה והופק בכמויות גדולות למכירה מסחרית.

מקטל תגובות ביוכימיות

הידרוליזה של גלוטן על ידי ה- thermoactive serine peptidase aqualysin1 מ- T. aquaticus, מתחילה מעל 80 מעלות צלזיוס בייצור לחם.

בכך נלמדת התרומה היחסית של גלוטן יציב חום למרקם של פירור הלחם (Verbauwhede and Colb, 2017).

השפלה של תרכובות דו-כליליות רב-כלוריות

1. ברוק, TD., הקפיא H. Thermus aquaticus gen. n. ו- sp. n., תרמופיל קיצוני שאינו מפרק. 1969. J Bacteriol. כרך 98 (1). 289-297.
2. דרייפוס קורטס, ג'ורג '. עולם המיקרובים. קרן עריכה לתרבות כלכלית. מקסיקו. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. ביטוי ומחקר של אנזימים תרמוסטיים בעלי עניין ביוטכנולוגי Universidad Autónoma de Madrid. תיזה דוקטורית מדריד. 2011. ניתן להשיג ב: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R ו- Rodellar C. הרציונל לתגובת שרשרת הפולימראז (PCR). AquaTIC nº 15, נובמבר 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, השפלה ביולוגית של ביפניל רב-כלורתי (PCBs) על ידי מיקרואורגניזמים. Acta Universitaria 2005, 15 (מאי-אוגוסט). ניתן להשיג באתר redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. ספרי ביו-רפואה. ספרינגר מדע עסקי מדיה, LLC. אלף תשע מאות תשעים וחמש.