หุ้น:
ลักษณะเฉพาะของเทอร์มัสวงจรชีวิตการใช้งาน
Thermus aquaticus เป็นแบคทีเรียอุณหภูมิที่ค้นพบโดยโทมัสบร็อคในปี 1967 ตั้งอยู่ใน Phylum Deinococcus-Thermus มันเป็นจุลินทรีย์แกรมลบ heterotrophic และแอโรบิกซึ่งมีคุณสมบัติที่แท้จริงความมั่นคงความร้อน.
มันได้มาจากแหล่งความร้อนที่หลากหลายระหว่าง 50 ° C และ 80 ° C และ pH 6.0 ถึง 10.5 ในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนและในแคลิฟอร์เนียของอเมริกาเหนือ มันยังถูกแยกออกจากแหล่งอาศัยความร้อนเทียม.
มันเป็นแหล่งของเอนไซม์ทนความร้อนซึ่งอยู่รอดรอบการสูญเสียสภาพที่แตกต่างกัน ในบริบทนี้โปรตีนและเอนไซม์มีความน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ.
นี่คือวิธีที่เอนไซม์ที่ใช้ในวิศวกรรมพันธุวิศวกรรมในปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) และเป็นเครื่องมือสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และนิติวิทยาศาสตร์ (Williams and Sharp, 1995).
ดัชนี
- 1 ลักษณะทั่วไป
- 2 Phylogeny และอนุกรมวิธาน
- 3 สัณฐานวิทยา
- 4 วงจรชีวิต
- 5 โครงสร้างของเซลล์และเมแทบอลิซึม
- 6 แอปพลิเคชัน
- 6.1 ขยายชิ้นส่วน
- 6.2 เร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี
- 6.3 เทคโนโลยีชีวภาพด้านอาหาร
- 6.4 การสลายตัวของสารประกอบ biphenyl polychlorinated
- 7 อ้างอิง
ลักษณะทั่วไป
มันเป็นกรัมลบ
Thermus aquaticus เมื่ออยู่ภายใต้กระบวนการคราบแกรมจะได้รับสีบานเย็น นี่เป็นเพราะผนังของ peptidoglycan นั้นบางมากเพื่อให้อนุภาคสีย้อมไม่ติดอยู่ในนั้น.
ที่อยู่อาศัย
แบคทีเรียนี้ถูกออกแบบมาให้ทนต่ออุณหภูมิที่สูงมาก นี่ก็หมายความว่าที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติของมันคือสถานที่บนโลกที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 50 ° C.
ในแง่นี้แบคทีเรียนี้ถูกแยกออกจากกีย์เซอร์ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่พบมากที่สุดในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน ของน้ำพุร้อนทั่วโลกรวมทั้งสภาพแวดล้อมของน้ำร้อนเทียม.
มันเป็นแอโรบิก
ซึ่งหมายความว่า Thermus aquaticus มันเป็นแบคทีเรียจะต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ให้ออกซิเจนพร้อมที่จะดำเนินการกระบวนการเผาผลาญของพวกเขา.
มันเป็นความร้อน
นี่คือหนึ่งในคุณสมบัติที่เป็นตัวแทนมากที่สุดของ Thermus aquaticus. แบคทีเรียชนิดนี้ถูกแยกออกจากบริเวณที่อุณหภูมิสูงมาก.
Thermus aquaticus มันเป็นแบคทีเรียที่มีความสามารถพิเศษและทนต่อเนื่องจากที่อุณหภูมิสูงที่สุดเท่าที่จะรองรับโปรตีนในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะถูกทำลายและหยุดการทำงานของพวกมันอย่างถาวร.
แบคทีเรียชนิดนี้มีอุณหภูมิการเจริญเติบโตอยู่ในช่วงตั้งแต่ 40 ° C ถึง 79 ° C โดยมีอุณหภูมิการเจริญเติบโตที่เหมาะสมที่ 70 ° C.
เขาเป็นคนต่างเพศ
แบคทีเรียนี้ต้องการสารประกอบอินทรีย์ในสภาพแวดล้อมเพื่อพัฒนาเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง แหล่งที่มาหลักของอินทรียวัตถุคือแบคทีเรียและสาหร่ายที่มีอยู่ในบริเวณใกล้เคียงรวมถึงดินโดยรอบ.
มันพัฒนาในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างเล็กน้อย
ค่า pH ที่เหมาะสมที่ Thermus aquaticus สามารถพัฒนาได้โดยไม่ต้องมีโปรตีนที่ทำให้ฟังก์ชั่นการสูญเสียอยู่ระหว่าง 7.5 และ 8 มันควรค่าแก่การจดจำว่าในระดับ pH ทั้ง 7 นั้นเป็นกลาง เหนือสิ่งนี้คืออัลคาไลน์และใต้กรด.
มันผลิตเอนไซม์มากมาย
Thermus aquaticus มันเป็นจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์มากทดลองเนื่องจากความสามารถในการอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง.
จากการตรวจสอบจำนวนมากมันได้รับการพิจารณาแล้วว่ามันสังเคราะห์เอนไซม์มากมายที่อยากรู้อยากเห็นในจุลินทรีย์อื่น ๆ ที่อุณหภูมิเดียวกันเหล่านั้นเสื่อมสภาพและสูญเสียการทำงานของพวกเขา.
เอนไซม์ที่สังเคราะห์ Thermus aquaticus สิ่งที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือ;
- aldolase
- Taq ฉัน จำกัด เอนไซม์
- DNA Ligase
- อัลคาไลน์ฟอสฟาเทส
- Isocitrate dehydrogenase
- amylomaltase
สายเลือดและอนุกรมวิธาน
จุลินทรีย์นี้มีกรอบภายใต้วิธีคลาสสิก:
- ราชอาณาจักร: แบคทีเรีย
- ไฟลัม: Deinococcus- Thermus
- ชั้น: Deinococci
- สั่งซื้อ: Thermales
- ตระกูล: Thermaceae
- ประเภท: Thermus
- สปีชี่: Thermus aquaticus.
ลักษณะทางสัณฐานวิทยา
พวกแบคทีเรีย Thermus aquaticus เป็นของกลุ่มของแบคทีเรียรูปแท่ง (bacilli) เซลล์มีขนาดประมาณ 4 ถึง 10 ไมครอน ในกล้องจุลทรรศน์คุณสามารถเห็นเซลล์ที่มีขนาดใหญ่มากเช่นเดียวกับเซลล์ขนาดเล็ก ไม่มี cilia หรือ flagella บนผิวเซลล์.
เซลล์ของ Thermus aquaticus มันมีเมมเบรนที่ประกอบด้วยสามชั้น: พลาสมาภายในภายนอกภายนอกที่มีลักษณะหยาบและตัวกลางหนึ่ง.
หนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นของแบคทีเรียประเภทนี้คือในเยื่อหุ้มเซลล์ภายในมีโครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายกับแท่งซึ่งเป็นที่รู้จักกันในนามร่างกายที่สะท้อนกลับ.
ในทำนองเดียวกันแบคทีเรียเหล่านี้มี peptidoglycan น้อยมากในผนังเซลล์และแตกต่างจากแบคทีเรียแกรมบวกซึ่งมีไลโปโปรตีน.
เมื่อสัมผัสกับแสงธรรมชาติเซลล์ของแบคทีเรียสามารถใช้สีเหลืองสีชมพูหรือสีแดง นี่เป็นเพราะเม็ดสีที่มีอยู่ในเซลล์แบคทีเรีย.
สารพันธุกรรมประกอบด้วยโครโมโซมวงกลมเดียวที่ DNA บรรจุอยู่ ในจำนวนนี้ประมาณ 65% ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ของ Guanine และ Cytosine เนื่องจากนิวคลีโอไทด์ของ Thymine และ Adenine คิดเป็น 35%.
วงจรชีวิต
โดยทั่วไปแล้วแบคทีเรียรวมถึง T. aquaticus จะทำซ้ำได้โดยการแบ่งเซลล์ โครโมโซม DNA เพียงชนิดเดียวเริ่มที่จะทำซ้ำ มันจำลองเพื่อให้สามารถสืบทอดข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดจากเซลล์ลูกสาวเนื่องจากมีเอนไซม์ที่เรียกว่า DNA polymerase ในเวลา 20 นาทีโครโมโซมใหม่จะสมบูรณ์และได้รับการแก้ไขที่ไซต์ในเซลล์.
การแบ่งยังคงดำเนินต่อไปและในเวลา 25 นาทีโครโมโซมทั้งสองได้เริ่มเป็นสองเท่า ส่วนที่ปรากฏในใจกลางของเซลล์และที่ 38 นาที เซลล์ลูกสาวมีการแบ่งโดยผนังกั้น, สิ้นสุดการแบ่งเพศที่ 45-50 นาที. (Dreifus, 2012).
โครงสร้างของเซลล์และเมแทบอลิซึม
เนื่องจากเป็นแบคทีเรียแกรมลบจึงมีเยื่อหุ้มชั้นนอก (ชั้นไลโปโปรตีน) และเยื่อหุ้มเซลล์ (น้ำเยื่อ) ซึ่งเป็นที่ตั้งของ peptidoglycan ไม่มี cilia ไม่มี flagella สังเกต.
องค์ประกอบของไขมันของสิ่งมีชีวิตที่ร้อนเหล่านี้จะต้องปรับให้เข้ากับความผันผวนของอุณหภูมิของบริบทที่พวกมันพัฒนาเพื่อรักษาการทำงานของกระบวนการเซลล์โดยไม่สูญเสียความเสถียรทางเคมีที่จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวที่อุณหภูมิสูง . 1971).
ในทางกลับกัน T. aquaticus ได้กลายเป็นแหล่งที่แท้จริงของเอนไซม์ที่ทนความร้อนได้ taq DNA polymerase เป็นเอนไซม์ที่เร่งการสลายของสารตั้งต้นที่สร้างพันธะคู่ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับเอนไซม์ประเภท lyase (เอนไซม์ที่กระตุ้นการปลดปล่อยพันธะ).
เมื่อพิจารณาว่ามาจากแบคทีเรียทนความร้อนมันทนต่อการฟักตัวนานที่อุณหภูมิสูง (Lamble, 2009).
ควรสังเกตว่าสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมี DNA polymerase สำหรับการจำลองแบบ แต่เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีของมันไม่ทนต่ออุณหภูมิสูง นั่นคือเหตุผลที่ taq DNA polymerase เป็นเอนไซม์หลักที่ใช้ในการขยายลำดับของจีโนมมนุษย์เช่นเดียวกับจีโนมของสายพันธุ์อื่น.
การใช้งาน
ขยายชิ้นส่วน
ความคงตัวทางความร้อนของเอนไซม์ช่วยให้สามารถใช้เทคนิคในการขยายชิ้นส่วนดีเอ็นเอผ่านการจำลองแบบในหลอดทดลองเช่น PCR (ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส) (Mas and Colbs, 2001).
ในการนี้ไพรเมอร์เริ่มต้นและขั้นสุดท้าย (ลำดับนิวคลีโอไทด์สั้นที่ให้จุดเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ), DNA polymerase, Deoxyribonucleotides triphosphate, บัฟเฟอร์และไพเพอร์.
หลอดปฏิกิริยาที่มีองค์ประกอบทั้งหมดจะถูกวางไว้ในนักปั่นความร้อนระหว่าง 94 และ 98 องศาเซลเซียสเพื่อแบ่ง DNA ออกเป็นโซ่อย่างง่าย.
เริ่มการทำงานของไพรเมอร์และการอุ่นจะเกิดขึ้นอีกครั้งระหว่าง 75-80 องศาเซลเซียส เริ่มการสังเคราะห์จาก 5 'ถึง 3' ของ DNA.
นี่คือความสำคัญของการใช้เอนไซม์ที่ทนความร้อนได้ ถ้ามีการใช้พอลิเมอเรสอื่น ๆ มันจะถูกทำลายในช่วงอุณหภูมิที่สูงมากซึ่งจำเป็นต่อการดำเนินการ.
Kary Mullis และนักวิจัยคนอื่น ๆ ที่ Cetus Corporation ค้นพบการยกเว้นความจำเป็นในการเพิ่มเอนไซม์หลังจากการสูญเสียความร้อนในแต่ละรอบของ DNA เอนไซม์ถูกโคลนดัดแปลงและผลิตในปริมาณมากเพื่อการค้า.
เร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี
การศึกษาเอนไซม์ทนร้อนนำไปสู่การประยุกต์ใช้กับกระบวนการอุตสาหกรรมที่หลากหลายและได้รับการพัฒนาด้านชีววิทยาโมเลกุล จากมุมมองของเทคโนโลยีชีวภาพเอนไซม์สามารถกระตุ้นปฏิกิริยาทางชีวเคมีภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง.
ตัวอย่างเช่นการวิจัยได้รับการพัฒนาเพื่อพัฒนากระบวนการจัดการของเสียขนไก่โดยไม่ใช้จุลินทรีย์ที่อาจติดเชื้อ.
เราตรวจสอบการย่อยสลายทางชีวภาพของปากกาไก่ที่เป็นสื่อกลางโดยการผลิต keratinolytic protease ซึ่งแสดงถึงการใช้งานของ thermophilic non-pathogenic T. aquaticus (Bhagat, 2012).
เทคโนโลยีชีวภาพด้านอาหาร
การย่อยสลายของกลูเตนโดย thermoactive serine peptidase aqualysin1 ของ T. aquaticus เริ่มต้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 80 °ซในการทำขนมปัง.
ด้วยเหตุนี้การศึกษาความสัมพันธ์ของกลูเตนที่ทนความร้อนต่อพื้นผิวของเศษขนมปังได้ถูกศึกษา (Verbauwhede and Colb, 2017).
การสลายตัวของสารประกอบ biphenyl polychlorinated
เกี่ยวกับการใช้ประโยชน์ในด้านอุตสาหกรรมเอนไซม์ของ Thermus aquaticus เป็นแบคทีเรียที่ใช้ในการย่อยสลายของสารประกอบ biphenyls (PCBs).
สารประกอบเหล่านี้ใช้เป็นสารทำความเย็นในอุปกรณ์ไฟฟ้า ความเป็นพิษในวงกว้างมากและการย่อยสลายช้ามาก (Ruíz, 2005).
การอ้างอิง
- Brock, TD., freeze H. Thermus aquaticus gen. n และ sp. n. เพื่อไม่ให้ความร้อนสูงมาก 1969. J Bacteriol เล่มที่ 98 (1) 289-297.
- Dreifus Cortes, George โลกแห่งจุลินทรีย์ ภูมิหลังวัฒนธรรมทางเศรษฐกิจเชิงบรรณาธิการ เม็กซิโก 2012.
- Ferreras P. Eloy R. การแสดงออกและการศึกษาเอนไซม์ทนร้อนที่น่าสนใจทางเทคโนโลยีชีวภาพมหาวิทยาลัยอิสระแห่งมาดริด วิทยานิพนธ์หมอมาดริด 2011 จำหน่ายที่: repositorio.uam.es.
- Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R และ Rodellar C. พื้นฐานของปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) AquaTIC หมายเลข 15 พฤศจิกายน 2544.
- Ruiz-Aguilar, Graciela M. L. , การย่อยสลายทางชีวภาพของ Polychlorinated Biphenyls (PCBs) โดยจุลินทรีย์ ... พระราชบัญญัติมหาวิทยาลัย [ออนไลน์] 2005, 15 (พฤษภาคม - สิงหาคม) มีจำหน่ายที่ redalyc.org.
- ชาร์ปอาร์, William R. Thermus รายละเอียด คู่มือเทคโนโลยีชีวภาพ สื่อธุรกิจของ Springer Science, LLC 1995.