Đặc điểm Thermus Aquus, vòng đời, ứng dụng



Bình thủy là một loại vi khuẩn ưa nhiệt, được Thomas Brock phát hiện vào năm 1967, nằm trong Phylum Deinococcus-Thermus. Nó là một vi sinh vật gram âm, dị dưỡng và hiếu khí, có tính chất nội tại ổn định nhiệt.

Nó được lấy từ nhiều nguồn nhiệt khác nhau trong khoảng từ 50 ° C đến 80 ° C, và pH 6.0 đến 10.5, tại Công viên Quốc gia Yellowstone và ở California của Bắc Mỹ. Nó cũng đã được phân lập từ môi trường sống nhân tạo nhiệt.

Nó là một nguồn enzyme chịu nhiệt, tồn tại trong các chu kỳ biến tính khác nhau. Trong bối cảnh này, protein và enzyme được đặc biệt quan tâm cho ngành công nghệ sinh học.

Đây là cách các enzyme tạo ra nó được sử dụng trong kỹ thuật di truyền, trong phản ứng chuỗi polymerase (PCR) và là một công cụ cho nghiên cứu khoa học và pháp y (Williams và Sharp, 1995).

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm chung
  • 2 Phylogeny và phân loại học
  • 3 Hình thái
  • 4 vòng đời
  • 5 Cấu trúc tế bào và sự trao đổi chất
  • 6 ứng dụng
    • 6.1 Khuếch đại
    • 6.2 Phản ứng sinh hóa xúc tác
    • 6.3 Công nghệ sinh học thực phẩm
    • 6.4 Phân hủy các hợp chất biphenyl polychlorin
  • 7 tài liệu tham khảo

Đặc điểm chung

Nó là gram âm

các Bình thủy khi trải qua quá trình nhuộm Gram, nó thu được màu fuchsia. Điều này là do thành của peptidoglycan cực kỳ mỏng để các hạt thuốc nhuộm không bị giữ lại trong đó.

Môi trường sống

Vi khuẩn này được thiết kế để chịu được nhiệt độ cực cao. Điều này ngụ ý rằng môi trường sống tự nhiên của nó là những nơi trên hành tinh có nhiệt độ vượt quá 50 ° C.

Theo nghĩa này, vi khuẩn này đã được phân lập từ các mạch nước phun, là loại phổ biến nhất của Vườn quốc gia Yellowstone; suối nước nóng trên khắp thế giới, cũng như môi trường nước nóng nhân tạo.

Nó là hiếu khí

Điều này có nghĩa là Bình thủy Đó là một vi khuẩn phải có trong môi trường cung cấp oxy để thực hiện các quá trình trao đổi chất của chúng.

Nó là ưa nhiệt

Đây là một trong những đặc điểm tiêu biểu nhất của Bình thủy. Vi khuẩn này đã được phân lập từ các vị trí có nhiệt độ cực cao.

các Bình thủy Đây là một loại vi khuẩn rất đặc biệt và kháng thuốc, bởi vì ở nhiệt độ cao như nhiệt độ mà nó hỗ trợ, các protein trong hầu hết các sinh vật sống bị biến tính và ngừng thực hiện các chức năng của chúng không thể đảo ngược.

Vi khuẩn này có nhiệt độ tăng trưởng dao động từ 40 ° C đến 79 ° C, với nhiệt độ tăng trưởng tối ưu là 70 ° C.

Anh ấy dị hình

Giống như bất kỳ sinh vật dị dưỡng nào, vi khuẩn này đòi hỏi các hợp chất hữu cơ có trong môi trường để phát triển. Nguồn chính của chất hữu cơ là vi khuẩn và tảo có trong môi trường xung quanh, cũng như đất xung quanh.

Nó phát triển trong môi trường hơi kiềm

Độ pH tối ưu mà tại đó Bình thủy có thể phát triển mà không có protein làm cho nó mất chức năng của chúng là từ 7,5 đến 8. Điều đáng ghi nhớ là trên thang đo pH, 7 là trung tính. Trên đây là kiềm và dưới axit.

Nó tạo ra rất nhiều enzyme

Bình thủy Đây là một loại vi sinh vật rất hữu ích trong thực nghiệm do khả năng sống trong môi trường có nhiệt độ cao.

Vâng, qua nhiều cuộc điều tra, người ta đã xác định rằng nó tổng hợp được nhiều enzyme, điều kỳ lạ là ở các vi sinh vật khác, ở cùng nhiệt độ đó, làm biến tính và mất chức năng của chúng.

Các enzyme tổng hợp Bình thủy những gì đã được nghiên cứu nhiều nhất là;

  • Aldolase
  • Enzim hạn chế Taq I
  • DNA Ligase
  • Phosphatase kiềm
  • Isocitrate dehydrogenase
  • Amylomaltase

Phylogeny và phân loại học

Vi sinh vật này được đóng khung theo phương pháp cổ điển:

  • Vương quốc: Vi khuẩn
  • Phylum: Deinococcus- Thermus
  • Lớp: Deinococci
  • Đặt hàng: Thermales
  • Họ: họ đậu
  • Thể loại: Thermus
  • Loài: Thermus Aquus.

Hình thái

Vi khuẩn Bình thủy thuộc nhóm vi khuẩn hình que (trực khuẩn). Các tế bào có kích thước xấp xỉ từ 4 đến 10 micron. Trong kính hiển vi, bạn có thể thấy các tế bào rất lớn, cũng như các tế bào nhỏ. Không có lông mao hoặc khuẩn mao trên bề mặt tế bào.

Tế bào của Bình thủy Nó có một lớp màng bao gồm ba lớp: một lớp plasma bên trong, lớp ngoài có bề ngoài thô ráp và lớp trung gian..

Một trong những đặc điểm khác biệt của loại vi khuẩn này là trong màng bên trong của nó có các cấu trúc trông giống như hình que, được gọi là cơ thể vang dội..

Theo cách tương tự, những vi khuẩn này chứa rất ít peptidoglycan trong thành tế bào của chúng và, không giống như vi khuẩn gram dương, chúng có chứa lipoprotein.

Khi tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên, các tế bào của vi khuẩn có thể có màu vàng, hồng hoặc đỏ. Điều này là do các sắc tố có trong tế bào vi khuẩn.

Vật liệu di truyền được tạo thành từ một nhiễm sắc thể tròn đơn trong đó chứa DNA. Trong đó, khoảng 65% được tạo thành từ các nucleotide của Guanine và Cytosine, là các nucleotide của Thymine và Adenine chiếm 35%.

Vòng đời

Nói chung, vi khuẩn, bao gồm T. Aquus, sinh sản vô tính bằng cách phân chia tế bào. Nhiễm sắc thể DNA duy nhất bắt đầu sao chép; nó sao chép để có thể kế thừa tất cả các thông tin di truyền từ các tế bào con, do sự hiện diện của enzyme có tên DNA polymerase. Sau 20 phút, nhiễm sắc thể mới hoàn thành và cố định tại một vị trí trong tế bào.

Sự phân chia tiếp tục và sau 25 phút, hai nhiễm sắc thể đã bắt đầu tăng gấp đôi. Một bộ phận xuất hiện ở trung tâm của tế bào và sau 38 phút. các tế bào con có sự phân chia bởi một bức tường, kết thúc sự phân chia vô tính ở 45-50 phút. (Dreifus, 2012).

Cấu trúc tế bào và sự trao đổi chất

Bởi vì nó là một loại vi khuẩn gram âm, nó có màng ngoài (lớp lipoprotein) và periplasm (màng nước), nơi đặt peptidoglycan. Không có lông mao, không có khuẩn lạc.

Thành phần lipit của các sinh vật ưa nhiệt này phải thích ứng với sự biến động của nhiệt độ của bối cảnh nơi chúng phát triển, để duy trì chức năng của các quá trình tế bào, không làm mất tính ổn định hóa học cần thiết để tránh hòa tan ở nhiệt độ cao (Ray et al. 1971).

Mặt khác, T. Aquus đã trở thành một nguồn enzyme chịu nhiệt thực sự. DNA polymerase taq, là một enzyme xúc tác quá trình ly giải cơ chất tạo ra liên kết đôi, vì vậy nó có liên quan đến các enzyme thuộc loại lyase (enzyme xúc tác giải phóng các liên kết).

Xem xét rằng nó đến từ một loại vi khuẩn ưa nhiệt, nó chống lại sự ủ bệnh kéo dài ở nhiệt độ cao (Lamble, 2009).

Cần lưu ý rằng mỗi sinh vật có DNA polymerase để sao chép, nhưng do thành phần hóa học của nó không chịu được nhiệt độ cao. Đó là lý do tại sao taq DNA polymerase là enzyme chính được sử dụng để khuếch đại trình tự bộ gen của con người, cũng như bộ gen của các loài khác.

Ứng dụng

Khuếch đại mảnh

Tính ổn định nhiệt của enzyme cho phép nó được sử dụng trong các kỹ thuật để khuếch đại các đoạn DNA thông qua sao chép in vitro, như PCR (phản ứng chuỗi polymerase) (Mas và Colbs, 2001).

Đối với điều này, các mồi ban đầu và cuối cùng (trình tự nucleotide ngắn cung cấp điểm khởi đầu cho quá trình tổng hợp DNA), DNA polymerase, deoxyribonucleotides triphosphate, đệm và cation là bắt buộc.

Ống phản ứng với tất cả các nguyên tố được đặt trong một chu trình nhiệt từ 94 đến 98 độ C, để phân chia DNA thành các chuỗi đơn giản.

Bắt đầu hiệu suất của mồi và hâm nóng lại xảy ra trong khoảng 75-80 độ C. Bắt đầu tổng hợp từ đầu 5 'đến 3' của DNA.

Dưới đây là tầm quan trọng của việc sử dụng enzyme ổn nhiệt. Nếu bất kỳ polymerase nào khác được sử dụng, nó sẽ bị phá hủy trong nhiệt độ khắc nghiệt cần thiết để thực hiện quá trình.

Kary Mullis và các nhà nghiên cứu khác tại Cetus Corporation, đã phát hiện ra việc loại bỏ nhu cầu thêm enzyme sau mỗi chu kỳ biến tính nhiệt của DNA. Enzyme đã được nhân bản, biến đổi và sản xuất với số lượng lớn để bán thương mại.

Phản ứng sinh hóa xúc tác

Các nghiên cứu về enzyme ổn nhiệt đã dẫn đến việc áp dụng một loạt các quy trình công nghiệp khổng lồ và là một bước đột phá trong sinh học phân tử. Từ quan điểm công nghệ sinh học, các enzyme của nó có thể xúc tác các phản ứng sinh hóa trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.

Ví dụ, nghiên cứu đã được phát triển để phát triển một quy trình quản lý chất thải lông gà mà không sử dụng các vi sinh vật có khả năng lây nhiễm..

Chúng tôi đã nghiên cứu sự phân hủy sinh học của bút gà qua trung gian sản xuất protease keratinolytic, trong đó ngụ ý sử dụng T.waterus không gây bệnh ưa nhiệt (Bhagat, 2012).

Công nghệ sinh học thực phẩm

Quá trình thủy phân gluten bởi peptidase serine peptidase thủy nhiệt của T. Aquus, bắt đầu trên 80 ° C trong sản xuất bánh mì.

Với điều này, sự đóng góp tương đối của gluten ổn định vào kết cấu của vụn bánh mì được nghiên cứu (Verbauwhede và Colb, 2017).

Phân hủy các hợp chất biphenyl polychlorin

Liên quan đến công dụng trong lĩnh vực công nghiệp, các enzyme của Thermus Aquus là vi khuẩn ưa nhiệt được áp dụng trong quá trình phân hủy các hợp chất biphenyls polychlorin hóa (PCB).

Các hợp chất này được sử dụng làm chất làm lạnh trong thiết bị điện. Độc tính rất rộng và sự xuống cấp của nó rất chậm (Ruíz, 2005).

Tài liệu tham khảo

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus Aquus gen. n. và sp. n., để không điều hòa nhiệt độ cực đoan. 1969. J Bacteriol. Tập 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Thế giới vi khuẩn. Biên tập nền văn hóa kinh tế. Mexico 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Biểu hiện và nghiên cứu các enzyme ổn định nhiệt của công nghệ sinh học quan tâm Đại học tự trị Madrid. LUẬN ÁN Madrid. 2011. Có sẵn tại: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R và Rodellar C. Cơ sở của phản ứng chuỗi polymerase (PCR). AquaTIC số 15, tháng 11 năm 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Phân hủy sinh học của Polychlorination Biphenyls (PCB) bởi Vi sinh vật ... Đạo luật Đại học [trực tuyến] 2005, 15 (Tháng 5-Tháng 8). Có sẵn tại redalyc.org.
  6. Sharp R, William R. Thermus specie. Cẩm nang công nghệ sinh học. Springer Science Business Media, LLC. 1995.