THERMUS AQUATICUS: ÖZELLIKLER, YAŞAM DÖNGÜSÜ, UYGULAMALAR - BIYOLOJI - 2025

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

Yellowstone Milli Parkı'nda ve Kuzey Amerika'da Kaliforniya'da, 50 ° C ile 80 ° C arasındaki ve pH 6.0 ile 10.5 arasındaki çeşitli kaplıcalardan elde edilir. Ayrıca yapay termal habitatlardan izole edilmiştir.

Thermus aquaticus. 0,22 μm Millipore filtre üzerinde biriken bakteriler (ölçek = 1 μm).

Farklı denatürasyon döngülerinde hayatta kalan, ısıya dayanıklı bir enzim kaynağı oluşturur. Bu bağlamda, proteinler ve enzimler biyoteknoloji endüstrisinin özel ilgi alanıdır.

Bu, onu oluşturan enzimlerin genetik mühendisliğinde, polimeraz zincir reaksiyonunda (PCR) ve bilimsel ve adli bir araştırma aracı olarak nasıl kullanıldığını gösterir (Williams ve Sharp, 1995).

Genel özellikleri

Yellowstone Park Şofben. Thermus aquaticus bir gayzerden izole edildi. Kaynak: Pixabay

Gram negatif

Thermus aquaticus, Gram boyama işlemine tabi tutulduğunda fuşya bir renk alır. Bunun nedeni, peptidoglikan duvarının son derece ince olması ve böylece boya partiküllerinin içinde sıkışmamasıdır.

Yetişme ortamı

Bu bakteri, son derece yüksek sıcaklıklara dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, doğal yaşam alanlarının gezegende sıcaklıkların 50 ° C'yi aştığı yerler olduğu anlamına gelir.

Bu anlamda, bu bakteri gayzerlerden izole edilmiştir, en yaygın olanı Yellowstone Milli Parkı'ndakilerdir; Dünyadaki kaplıcalardan ve yapay sıcak su ortamlarından.

Aerobik

Bu, Thermus aquaticus'un bir bakteri olduğu anlamına gelir, metabolik süreçlerini gerçekleştirebilmesi için oksijen bulunabilirliğini sağlayan ortamlarda olması gerekir.

Termofilik mi

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

Thermus aquaticus çok özel ve dirençli bir bakteridir, çünkü desteklediği kadar yüksek sıcaklıklarda çoğu canlıdaki proteinler denatüre olur ve geri dönüşü olmayan bir şekilde işlevlerini yerine getirmeyi bırakır.

Bu bakteri, 40 ° C ile 79 ° C arasında değişen bir büyüme sıcaklığına sahiptir ve optimum büyüme sıcaklığı 70 ° C'dir.

Heterotrofiktir

Herhangi bir heterotrofik organizma gibi, bu bakteri de gelişmek için çevrede bulunan organik bileşiklere ihtiyaç duyar. Organik maddenin ana kaynakları, çevredeki toprakta olduğu kadar çevrede bulunan bakteri ve alglerdir.

Hafif alkali ortamlarda büyür

Thermus aquaticus'un işlevini kaybetmeden içinde gelişebileceği optimum pH 7,5 ile 8 arasındadır. PH ölçeğinde 7'nin nötr olduğunu hatırlamakta fayda var. Bunun üstünde alkali ve altında asidiktir.

Çok sayıda enzim üretir

Thermus aquaticus, yüksek sıcaklıklara sahip ortamlarda yaşama kabiliyeti nedeniyle deneysel düzeyde oldukça faydalı olmuş bir mikroorganizmadır.

Pek çok araştırma sonucunda, merakla diğer mikroorganizmalarda aynı sıcaklıklarda denatüre hale gelen ve işlevlerini yitiren çok sayıda enzimi sentezlediği tespit edilmiştir.

Thermus aquaticus tarafından sentezlenen ve en çok çalışılan enzimler;

• Aldolasse
• Taq I kısıtlama enzimi
• DNA ligaz
• Alkalin fosfataz
• İzositrat dehidrojenaz
• Amilomaltaz

Filogeni ve taksonomi

Bu mikroorganizma, klasik yaklaşım çerçevesinde oluşturulmuştur:

• Krallık: Bakteriler
• Filum: Deinococcus- Thermus
• Sınıf: Deinococci
• Sipariş: Thermales
• Aile: Thermaceae
• Cins: Thermus
• Türler: Thermus aquaticus.

morfoloji

Thermus aquaticus bakterisi, çubuk şeklindeki bakteri (basil) grubuna aittir. Hücreler yaklaşık 4 ila 10 mikron boyutundadır. Mikroskop altında çok büyük hücrelerin yanı sıra küçük hücreler de görülebilir. Hücre yüzeyinde kirpikler veya flagella yoktur.

Thermus aquaticus hücresi, sırasıyla üç katmandan oluşan bir zara sahiptir: bir iç plazma katmanı, bir dış pürüzlü görünüm ve bir ara katman.

Bu tür bakterilerin ayırt edici özelliklerinden biri, rotund cisimler olarak bilinen iç zarında çubuk gibi görünen yapıların olmasıdır.

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

Doğal ışığa maruz kaldığında bakteri hücreleri sarı, pembe veya kırmızıya dönebilir. Bu, bakteri hücrelerinde bulunan pigmentlerden kaynaklanmaktadır.

Genetik materyal, DNA'nın bulunduğu tek bir dairesel kromozomdan oluşur. Bunun yaklaşık% 65'i Guanine ve Cytosine nükleotidlerinden oluşur ve Timin ve Adenin nükleotidleri% 35'ini temsil eder.

Yaşam döngüsü

Genel olarak, T. aquaticus dahil olmak üzere bakteriler, hücre bölünmesiyle eşeysiz olarak çoğalır. Tek DNA kromozomu çoğalmaya başlar; DNA polimeraz adı verilen enzimin varlığından dolayı tüm genetik bilgiyi yavru hücrelere aktarabilmek için kopyalanır. 20 dakika içinde yeni kromozom tamamlanır ve hücrede yerinde sabitlenir.

Bölünme devam ediyor ve 25 dakika sonra iki kromozom kopyalanmaya başladı. Hücrenin merkezinde ve 38. dakikada bir bölünme belirir. yavru hücreler, 45-50 dakikada aseksüel bölünmeyi sona erdiren bir duvarla ayrılmış bölünmeyi sunar. (Dreifus, 2012).

Hücre yapısı ve metabolizması

Gram negatif bir bakteri olduğu için, peptidoglikanın bulunduğu yerde bir dış zar (lipoprotein tabakası) ve periplazmaya (sulu zar) sahiptir. Kirpikler veya kamçı gözlenmez.

Bu termofilik organizmaların lipidlerinin bileşimi, yüksek sıcaklıklarda çözünmeyi önlemek için gerekli kimyasal kararlılığı kaybetmeden hücresel işlemlerin işlevselliğini korumak için geliştikleri bağlamın sıcaklıklarındaki dalgalanmalara uyum sağlamalıdır (Ray et al. 1971).

Öte yandan, T. aquaticus gerçek bir termostabil enzim kaynağı haline gelmiştir. Taq DNA polimeraz, bir çift bağ oluşturarak bir substratın parçalanmasını katalize eden bir enzimdir, bu nedenle liyaz tipi enzimlerle (bağların salınmasını katalize eden enzimler) ilişkilidir.

Termofilik bir bakteriden geldiği için yüksek sıcaklıklarda uzun inkübasyonlara direnir (Lamble, 2009).

Her organizmanın replikasyonu için DNA polimeraza sahip olduğu, ancak kimyasal bileşimi nedeniyle yüksek sıcaklıklara direnmediği unutulmamalıdır. Bu nedenle taq DNA polimeraz, insan genomunun dizilerini ve diğer türlerin genomlarını çoğaltmak için kullanılan ana enzimdir.

Uygulamalar

Parçaları çoğaltın

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

Bu, ilk ve son primerler (DNA sentezi için bir başlangıç ​​noktası sağlayan kısa nükleotid dizisi), DNA polimeraz, deoksiribonükleotid trifosfat, tampon solüsyonu ve katyonları gerektirir.

Tüm elementleri içeren reaksiyon tüpü, DNA'yı tek sarmallara bölmek için 94 ila 98 santigrat derece arasında bir termal döngüleyiciye yerleştirilir.

Primerlerin performansı başlar ve tekrar ısıtma 75-80 derece arasında gerçekleşir. DNA'nın 5 ila 3 ′ ucundan sentezi başlatır.

İşte termostabil enzimi kullanmanın önemi. Başka herhangi bir polimeraz kullanılırsa, işlemi gerçekleştirmek için gerekli olan aşırı sıcaklıklar sırasında yok edilirdi.

Kary Mullis ve Cetus Corporation'daki diğer araştırmacılar, DNA'nın her termal denatürasyon döngüsünden sonra enzim ekleme ihtiyacının dışlandığını buldular. Enzim klonlandı, değiştirildi ve ticari satış için büyük miktarlarda üretildi.

Biyokimyasal reaksiyonları katalize edin

T. aquaticus'tan termoaktif serin peptidaz aqualysin1 tarafından glutenin hidrolizi, ekmek yapımında 80 ° C'nin üzerinde başlar.

Bununla, ısıya dayanıklı glütenin ekmek kırıntısının dokusuna göreceli katkısı incelenmiştir (Verbauwhede ve Colb, 2017).

Poliklorlu bifenil bileşiklerinin bozunması

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. ve sp. n., spor yapmayan aşırı termofil. 1969. J Bacteriol. Cilt 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Mikrop dünyası. Ekonomi kültürü için Yazı Fonu. Meksika. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Biyoteknolojik önemi olan termostabil enzimlerin ifadesi ve incelenmesi Universidad Autónoma de Madrid. DOKTORA TEZİ Madrid. 2011. Şu adresten ulaşılabilir: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R ve Rodellar C. Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR) için Gerekçe. AquaTIC nº 15, Kasım 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Mikroorganizmalar tarafından Poliklorlu Bifenillerin (PCB'ler) Biyolojik Bozulması .. Açta Universitaria 2005, 15 (Mayıs-Ağustos). Redalyc.org adresinde mevcuttur.
6. Sharp R, William R. Thermus türü. Biyoteknoloji El Kitapları. Springer Science Business Media, LLC. bindokuzyüz doksan beş.