Thermus aquaticus ist ein thermophiles Bakterium, das 1967 von Thomas Brock entdeckt wurde und sich im Phylum Deinococcus-Thermus befindet. Es ist ein gramnegativer, heterotropher und aerober Mikroorganismus, der als intrinsische Eigenschaft thermische Stabilität aufweist.
Es wird aus einer Vielzahl von heißen Quellen zwischen 50 ° C und 80 ° C und einem pH-Wert von 6,0 bis 10,5 im Yellowstone-Nationalpark und in Kalifornien in Nordamerika gewonnen. Es wurde auch aus künstlichen thermischen Lebensräumen isoliert.
Es ist eine Quelle für hitzebeständige Enzyme, die die verschiedenen Denaturierungszyklen überstehen. In diesem Zusammenhang sind Proteine und Enzyme für die Biotechnologieindustrie von besonderem Interesse..
Auf diese Weise werden die Enzyme, aus denen es besteht, in der Gentechnik, in der Polymerasekettenreaktion (PCR) und als wissenschaftliches und forensisches Untersuchungsinstrument verwendet (Williams und Sharp, 1995)..
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Das Thermus aquaticus Wenn es dem Gram-Färbeprozess unterzogen wird, erhält es eine fuchsia Färbung. Dies liegt daran, dass die Peptidoglycanwand extrem dünn ist, so dass die Farbstoffpartikel nicht darin eingeschlossen sind..
Dieses Bakterium ist für extrem hohe Temperaturen ausgelegt. Dies impliziert, dass ihr natürlicher Lebensraum Orte auf dem Planeten sind, an denen die Temperaturen 50 ° C überschreiten.
In diesem Sinne wurde dieses Bakterium aus Geysiren isoliert, am häufigsten aus dem Yellowstone-Nationalpark. aus heißen Quellen auf der ganzen Welt sowie aus künstlichen Heißwasserumgebungen.
Dies bedeutet, dass die Thermus aquaticus Es ist ein Bakterium, es muss sich in Umgebungen befinden, die es mit Sauerstoff versorgen, um seine Stoffwechselprozesse ausführen zu können.
Dies ist eines der repräsentativsten Merkmale der Thermus aquaticus. Dieses Bakterium wurde an Orten isoliert, an denen die Temperaturen extrem hoch sind..
Das Thermus aquaticus Es ist ein ganz besonderes und resistentes Bakterium, da bei so hohen Temperaturen wie den von ihm unterstützten die Proteine der meisten Lebewesen denaturiert werden und ihre Funktionen irreversibel nicht mehr erfüllen.
Dieses Bakterium hat eine Wachstumstemperatur im Bereich von 40 ° C bis 79 ° C, wobei die optimale Wachstumstemperatur 70 ° C beträgt..
Wie jeder heterotrophe Organismus benötigt dieses Bakterium organische Verbindungen, die in der Umwelt vorhanden sind, um sich zu entwickeln. Die Hauptquellen für organische Stoffe sind Bakterien und Algen in der Umgebung sowie im umgebenden Boden..
Der optimale pH-Wert bei dem Thermus aquaticus Es kann sich entwickeln, ohne dass die Proteine, aus denen es besteht, ihre Funktion verlieren. Es liegt zwischen 7,5 und 8. Es ist zu beachten, dass 7 auf der pH-Skala neutral ist. Darüber ist es alkalisch und darunter sauer.
Thermus aquaticus Es ist ein Mikroorganismus, der auf experimenteller Ebene aufgrund seiner Fähigkeit, in Umgebungen mit hohen Temperaturen zu leben, sehr nützlich war..
Nun, durch zahlreiche Untersuchungen wurde festgestellt, dass es zahlreiche Enzyme synthetisiert, die seltsamerweise in anderen Mikroorganismen bei den gleichen Temperaturen denaturiert werden und ihre Funktion verlieren.
Die von synthetisierten Enzyme Thermus aquaticus die am meisten untersucht wurden, sind;
Dieser Mikroorganismus ist nach dem klassischen Ansatz gerahmt:
Die Bakterien Thermus aquaticus gehört zur Gruppe der stäbchenförmigen Bakterien (Bazillen). Die Zellen sind ungefähr 4 bis 10 Mikrometer groß. Unter dem Mikroskop sind sowohl sehr große Zellen als auch kleine Zellen zu sehen. Sie haben keine Zilien oder Flagellen auf der Zelloberfläche.
Zelle Thermus aquaticus Es hat eine Membran, die wiederum aus drei Schichten besteht: einer inneren Plasmaschicht, einer äußeren rauh aussehenden und einer Zwischenschicht.
Eines der charakteristischen Merkmale dieser Art von Bakterien ist, dass es Strukturen gibt, die wie Stäbchen in ihrer inneren Membran aussehen und als rundliche Körper bekannt sind..
In ähnlicher Weise enthalten diese Bakterien sehr wenig Peptidoglycan in ihrer Zellwand und im Gegensatz zu grampositiven Bakterien Lipoproteine..
Wenn sie natürlichem Licht ausgesetzt werden, können die Bakterienzellen gelb, rosa oder rot werden. Dies ist auf die Pigmente zurückzuführen, die in Bakterienzellen enthalten sind..
Das genetische Material besteht aus einem einzelnen zirkulären Chromosom, in dem DNA enthalten ist. Davon bestehen ungefähr 65% aus Guanin- und Cytosin-Nukleotiden, wobei Thymin- und Adenin-Nukleotide 35% ausmachen..
Im Allgemeinen vermehren sich Bakterien, einschließlich T. aquaticus, ungeschlechtlich durch Zellteilung. Das einzelne DNA-Chromosom beginnt sich zu replizieren; Es repliziert sich, um aufgrund des Vorhandenseins des Enzyms DNA-Polymerase die gesamte genetische Information an die Tochterzellen erben zu können. Nach 20 Minuten ist das neue Chromosom fertig und hat sich in der Zelle fixiert.
Die Teilung geht weiter und nach 25 Minuten haben die beiden Chromosomen begonnen, sich zu duplizieren. Eine Teilung erscheint in der Mitte der Zelle und nach 38 Minuten. Die Tochterzellen zeigen die durch eine Wand getrennte Teilung und beenden die asexuelle Teilung nach 45-50 min. (Dreifus, 2012).
Als gramnegatives Bakterium hat es eine äußere Membran (Lipoproteinschicht) und ein Periplasma (wässrige Membran), in denen sich das Peptidoglycan befindet. Es werden keine Zilien oder Flagellen beobachtet.
Die Zusammensetzung der Lipide dieser thermophilen Organismen muss sich an Temperaturschwankungen des Kontextes anpassen, in dem sie sich entwickeln, um die Funktionalität zellulärer Prozesse aufrechtzuerhalten, ohne die chemische Stabilität zu verlieren, die erforderlich ist, um eine Auflösung bei hohen Temperaturen zu vermeiden (Ray et al. 1971)..
Andererseits ist T. aquaticus zu einer echten Quelle für thermostabile Enzyme geworden. Taq-DNA-Polymerase ist ein Enzym, das die Lyse eines Substrats katalysiert und eine Doppelbindung erzeugt, weshalb es mit Enzymen vom Lyase-Typ (Enzymen, die die Freisetzung von Bindungen katalysieren) verwandt ist..
Da es von einem thermophilen Bakterium stammt, widersteht es längeren Inkubationen bei hohen Temperaturen (Lamble, 2009).
Es sollte beachtet werden, dass jeder Organismus DNA-Polymerase für seine Replikation hat, aber aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung hohen Temperaturen nicht widersteht. Aus diesem Grund ist die Taq-DNA-Polymerase das Hauptenzym, das zur Amplifikation von Sequenzen des menschlichen Genoms sowie von Genomen anderer Spezies verwendet wird..
Die thermische Stabilität des Enzyms ermöglicht die Verwendung in Techniken zur Amplifikation von DNA-Fragmenten durch In-vitro-Replikation wie PCR (Polymerasekettenreaktion) (Mas und Colbs, 2001)..
Hierzu sind Anfangs- und Endprimer (kurze Nukleotidsequenz, die einen Ausgangspunkt für die DNA-Synthese darstellt), DNA-Polymerase, Desoxyribonukleotidtriphosphat, Pufferlösung und Kationen erforderlich..
Das Reaktionsrohr mit allen Elementen wird in einen Thermocycler zwischen 94 und 98 Grad Celsius gestellt, um die DNA in einzelne Stränge aufzuteilen.
Die Leistung der Primer beginnt und das Wiedererhitzen erfolgt erneut zwischen 75 und 80 Grad Celsius. Initiiert die Synthese vom 5'- bis 3'-Ende der DNA.
Hier ist die Bedeutung der Verwendung des thermostabilen Enzyms. Wenn irgendeine andere Polymerase verwendet würde, würde sie während der extremen Temperaturen, die zur Durchführung des Prozesses erforderlich sind, zerstört werden..
Kary Mullis und andere Forscher der Cetus Corporation fanden den Ausschluss der Notwendigkeit, nach jedem Zyklus der thermischen Denaturierung von DNA ein Enzym hinzuzufügen. Das Enzym wurde kloniert, modifiziert und in großen Mengen für den kommerziellen Verkauf hergestellt.
Studien zu thermostabilen Enzymen haben zu ihrer Anwendung auf eine Vielzahl industrieller Prozesse geführt und zu einem Durchbruch in der Molekularbiologie geführt. Aus biotechnologischer Sicht sind seine Enzyme in der Lage, biochemische Reaktionen unter extremen Temperaturbedingungen zu katalysieren..
Beispielsweise wurden Forschungsarbeiten durchgeführt, um ein Verfahren zur Behandlung von Hühnerfederabfällen ohne den Einsatz potenziell infektiöser Mikroorganismen zu entwickeln..
Der biologische Abbau der Hühnerfeder, der durch die Produktion von keratinolytischer Protease unter Verwendung von nicht pathogenem thermophilem T. aquaticus vermittelt wird, wurde untersucht (Bhagat, 2012)..
Die Hydrolyse von Gluten durch die thermoaktive Serinpeptidase Aqualysin1 aus T. aquaticus beginnt oberhalb von 80 ° C bei der Brotherstellung.
Damit wird der relative Beitrag von thermostabilem Gluten zur Textur der Brotkrume untersucht (Verbauwhede und Colb, 2017).
In Bezug auf die Nützlichkeit im industriellen Bereich werden die Enzyme von Thermus aquaticus als thermophile Bakterien beim Abbau von polychlorierten Biphenylverbindungen (PCBs) eingesetzt..
Diese Verbindungen werden als Kältemittel in elektrischen Geräten verwendet. Die Toxizität ist sehr groß und ihr Abbau ist sehr langsam (Ruíz, 2005).
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