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Caratteristiche di Thermus aquaticus, ciclo di vita, applicazioni
Thermus aquaticus è un batterio termofilo, scoperto da Thomas Brock nel 1967, situato nel Phylum Deinococcus-Thermus. È un microrganismo gram-negativo, eterotrofico e aerobico che possiede la stabilità termica come proprietà intrinseca.
È ottenuto da una varietà di sorgenti termiche tra 50 ° C e 80 ° C e da 6,0 a 10,5 pH, nel Parco Nazionale di Yellowstone e nel Nord America. È stato anche isolato da habitat termali artificiali.
È una fonte di enzimi resistenti al calore, che sopravvivono ai diversi cicli di denaturazione. In questo contesto, le proteine e gli enzimi sono di particolare interesse per l'industria biotecnologica.
Questo è il modo in cui gli enzimi che lo compongono vengono utilizzati nell'ingegneria genetica, nella reazione a catena della polimerasi (PCR) e come strumento per la ricerca scientifica e forense (Williams e Sharp, 1995).
indice
- 1 Filogenesi e tassonomia
- 2 morfologia
- 3 Ciclo di vita
- 4 Struttura cellulare e metabolismo
- 5 applicazioni
- 5.1 Amplifica i frammenti
- 5.2 Catalizza le reazioni biochimiche
- 5.3 Biotecnologie alimentari
- 5.4 Degradazione dei composti bifenilici policlorurati
- 6 riferimenti
Filogenesi e tassonomia
Questo microrganismo è inquadrato secondo l'approccio classico:
- Regno: batteri
- Phylum: Deinococcus- Thermus
- Classe: Deinococci
- Ordine: Thermales
- Famiglia: Thermaceae
- Genere: Thermus
- Specie: Thermus aquaticus.
morfologia
Thermus aquaticus si presenta sotto forma di filamenti con una lunghezza da 5 micron a 10 micron. Il filamento più lungo è stato trovato con una dimensione superiore a 200 micron (Brock and Freeze, 1969).
La tendenza è quella di raggruppare, formando associazioni sferiche di individui.
Ciclo di vita
In generale, i batteri, tra cui T. aquaticus, si riproducono asessualmente per divisione cellulare. L'unico cromosoma del DNA inizia a replicarsi; si replica per poter ereditare tutte le informazioni genetiche dalle cellule figlie, a causa della presenza dell'enzima chiamata DNA polimerasi. A 20 minuti il nuovo cromosoma è completo e fissato in un punto della cella.
La divisione continua e a 25 minuti i due cromosomi hanno iniziato a raddoppiare. Una divisione appare al centro della cella e al 38 min. le cellule figlie presentano la divisione separata da un muro, terminando la divisione asessuale a 45-50 min. (Dreifus, 2012).
Struttura cellulare e metabolismo
Essendo un batterio gram-negativo, ha una membrana esterna (strato di lipoproteina) e periplasma (membrana acquosa), dove si trova il peptidoglicano. Non si osservano ciglia o flagelli.
La composizione lipidica di questi organismi termofili, deve essere adattata alle fluttuazioni di temperatura del contesto in cui si sviluppano, a mantenere la funzionalità dei processi cellulari, senza perdere la stabilità chimica necessaria per evitare dissoluzione ad alta temperatura (Ray et al . 1971).
D'altra parte, T. aquaticus è diventato una vera fonte di enzimi termostabili. Taq DNA polimerasi, è un enzima che catalizza la lisi di un substrato generando un doppio legame, quindi è correlato agli enzimi del tipo liasi (enzimi che catalizzano il rilascio dei legami).
Dato che proviene da un batterio termofilo, resiste a prolungate incubazioni a temperature elevate (Lamble, 2009).
Va notato che ogni organismo ha DNA polimerasi per la sua replicazione, ma a causa della sua composizione chimica non resiste alle alte temperature. Ecco perché la DNA polimerasi taq è l'enzima principale utilizzato per amplificare le sequenze del genoma umano, così come i genomi di altre specie.
applicazioni
Amplifica i frammenti
La stabilità termica dell'enzima consente di essere utilizzata nelle tecniche per amplificare frammenti di DNA attraverso la replicazione in vitro, come la PCR (polymerase chain reaction) (Mas and Colbs, 2001).
Per questo, sono necessari primer iniziali e finali (breve sequenza nucleotidica che fornisce un punto di partenza per la sintesi del DNA), DNA polimerasi, desossiribonucleotidi trifosfato, tampone e cationi.
Il tubo di reazione con tutti gli elementi è posto in un termociclatore tra 94 e 98 gradi Celsius, per dividere il DNA in catene semplici.
Iniziare la performance dei primer e il riscaldamento si ripresenta tra 75-80 gradi Celsius. Inizia la sintesi dal 5 'al 3' del DNA.
Ecco l'importanza dell'uso dell'enzima termostabile. Se fosse usata qualche altra polimerasi, sarebbe distrutta durante le temperature estreme necessarie per eseguire il processo.
Kary Mullis e altri ricercatori della Cetus Corporation hanno scoperto l'esclusione della necessità di aggiungere enzima dopo ogni ciclo di denaturazione termica del DNA. L'enzima è stato clonato, modificato e prodotto in grandi quantità per la vendita commerciale.
Catalizza le reazioni biochimiche
Gli studi degli enzimi termostabili hanno portato l'applicazione a una vasta gamma di processi industriali e sono stati un passo avanti nella biologia molecolare.Dal punto di vista biotecnologico, i suoi enzimi sono in grado di catalizzare reazioni biochimiche in condizioni di temperatura estreme.
Ad esempio, la ricerca è stata sviluppata per sviluppare un processo per gestire i rifiuti di piume di pollo senza l'uso di microrganismi potenzialmente infettivi.
Abbiamo studiato la biodegradazione della piuma di pollo mediata dalla produzione di proteasi cheratinolitica, che comporta l'uso di T. aquaticus termofilo non patogeno (Bhagat, 2012).
Biotecnologie alimentari
L'idrolisi del glutine da parte della peptidasi termoattiva serica acqualysin1 di T. aquaticus, inizia sopra 80 ° C nella panificazione.
Con questo, si studia il contributo relativo del glutine termostabile alla consistenza della mollica di pane (Verbauwhede and Colb, 2017).
Degradazione di composti bifenilici policlorurati
Per quanto riguarda l'utilità nel campo industriale, gli enzimi di Thermus aquaticus come batteri termofili vengono applicati nella degradazione dei composti policlorurici dei difenili (PCB).
Questi composti sono usati come refrigeranti nelle apparecchiature elettriche. La tossicità è molto ampia e il suo degrado è molto lento (Ruiz, 2005).
riferimenti
- Annelien E. Verbauwhede, Marlies. Lambrecht, Ellen Fierens, Senne Hermans, Oksana Shegay, Kristof Brijs, Jan A. Delcour. L'inibizione termo reversibile rende l'aqualisina 1 di Thermus aquaticus un potente strumento per studiare il contributo della rete di glutine di frumento alla consistenza della briciola del pane fresco. Volume di cibo 264, 30 ottobre 2017,118-125. Disponibile su: sciencedirect.com.
- Bhagat A, Smita Lele. Degradazione delle piume di pollo con Thermus aquaticus YT-1 e applicazione della proteasi cheratinolitica prodotta. Journal of Agricultural Science and Technology, 2012Vol. 1 Num 1. Recupero da: sciencejournals.stmjournals.in.
- Brock, TD., Congelamento H. Thermus aquaticus gen. n. e sp. n., per termofili estremi non venditanti. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
- Dreifus Cortes, George. Il mondo dei microbi. Fondo editoriale della cultura economica. Messico. 2012.
- Ferreras P. Eloy R. Espressione e studio degli enzimi termostabili di interesse biotecnologico Università Autonoma di Madrid. TESI DI DOTTORATO Madrid. 2011. Disponibile all'indirizzo: repositorio.uam.es.
- Lamble Sarah. Evoluzione diretta della DNA polimerasi di Thermus aquaticus mediante auto-replicazione compartimentalizzata. Università di Bath. Tesi di dottorato.2009. Disponibile su: purehost.bath.ac.uk.
- Mas E, Poza J, Ciriza J, Saragozza P, Osta R e Rodellar C. Base della Polymerase Chain Reaction (PCR). AquaTIC nº 15, novembre 2001.
- Ray P. H, White DC, Brock, TD. Effetto della temperatura sulla composizione di acidi grassi di Thermus aquaticus. Journal of Bacteriology1971; 106 (1): 25-30. Disponibile su: ncbi.nlm.nih.gov.
- Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradazione di policlorobifenili (PCB) da parte di microrganismi ... Atto di università [online] 2005, 15 (maggio-agosto). Disponibile su redalyc.org.
- Sharp R, specie William R. Thermus. Manuali di biotecnologia. Springer Science Business Media, LLC. 1995.