- Caratteristiche generali
- È gram negativo
- Habitat
- È aerobico
- È termofilo
- È eterotrofico
- Vive in ambienti leggermente alcalini
- Produce un gran numero di enzimi
- Filogenesi e tassonomia
- Morfologia
- Ciclo vitale
- Struttura cellulare e metabolismo
- applicazioni
- Amplifica i frammenti
- Catalizza le reazioni biochimiche
- Degradazione dei composti bifenilici policlorurati
Il 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 ha stabilità termica come proprietà intrinseca.
È ottenuto da una varietà di sorgenti termali comprese tra 50 ° C e 80 ° C e pH da 6,0 a 10,5, nel Parco Nazionale di Yellowstone e in California nel Nord America. Inoltre è stato isolato dagli habitat termali artificiali.
Thermus aquaticus. Batteri depositati su un filtro Millipore da 0,22 μm (scala = 1 μm).
Costituisce 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 della biotecnologia.
È così che gli enzimi che lo compongono vengono utilizzati nell'ingegneria genetica, nella reazione a catena della polimerasi (PCR) e come strumento di indagine scientifica e forense (Williams e Sharp, 1995).
Caratteristiche generali
Geyser del parco di Yellowstone. Thermus aquaticus è stato isolato da un geyser. Fonte: Pixabay
È gram negativo
Thermus aquaticus, se sottoposto al processo di colorazione Gram, acquista una colorazione fucsia. Questo perché la parete del peptidoglicano è estremamente sottile in modo che le particelle di colorante non siano intrappolate in essa.
Habitat
Questo batterio è progettato per resistere a temperature estremamente elevate. Ciò implica che il loro habitat naturale sono luoghi del pianeta dove le temperature superano i 50 ° C.
In questo senso, questo batterio è stato isolato dai geyser, i più comuni dei quali sono quelli del Parco Nazionale di Yellowstone; dalle sorgenti termali di tutto il mondo, nonché dagli ambienti di acqua calda artificiale.
È aerobico
Ciò significa che il Thermus aquaticus è un batterio e deve necessariamente trovarsi in ambienti che gli forniscano disponibilità di ossigeno per poter svolgere i suoi processi metabolici.
È termofilo
Questa è una delle caratteristiche più rappresentative del Thermus aquaticus. Questo batterio è stato isolato da luoghi dove le temperature sono estremamente elevate.
Il Thermus aquaticus è un batterio molto speciale e resistente, poiché a temperature elevate quanto quelle che sopporta, le proteine nella maggior parte degli esseri viventi si denaturano e cessano irreversibilmente di svolgere le loro funzioni.
Questo batterio ha una temperatura di crescita che varia da 40 ° C a 79 ° C, con una temperatura di crescita ottimale di 70 ° C.
È eterotrofico
Come ogni organismo eterotrofo, questo batterio necessita di composti organici presenti nell'ambiente per svilupparsi. Le principali fonti di materia organica sono i batteri e le alghe presenti nell'ambiente circostante, così come il suolo circostante.
Vive in ambienti leggermente alcalini
Il pH ottimale in cui Thermus aquaticus può svilupparsi senza che le proteine che lo compongono perdano la loro funzione è compreso tra 7,5 e 8. Vale la pena ricordare che sulla scala del pH 7 è neutro. Sopra questo è alcalino e sotto è acido.
Produce un gran numero di enzimi
Il Thermus aquaticus è un microrganismo molto utile a livello sperimentale per la sua capacità di vivere in ambienti con temperature elevate.
Ebbene, attraverso numerose indagini è stato accertato che sintetizza numerosi enzimi che, curiosamente, in altri microrganismi, alle stesse temperature, si denaturano e perdono la loro funzione.
Gli enzimi sintetizzati da Thermus aquaticus che sono stati più studiati sono;
- Aldolasse
- Enzima di restrizione Taq I.
- DNA ligasi
- Fosfatasi alcalina
- Isocitrato deidrogenasi
- Amilomaltasi
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
Il batterio Thermus aquaticus appartiene al gruppo dei batteri a forma di bastoncello (bacilli). Le cellule hanno una dimensione di circa 4-10 micron. Cellule molto grandi possono essere viste al microscopio, così come cellule piccole. Non hanno ciglia o flagelli sulla superficie cellulare.
La cellula Thermus aquaticus ha una membrana che a sua volta è composta da tre strati: uno strato plasmatico interno, uno esterno dall'aspetto ruvido e uno strato intermedio.
Una delle caratteristiche distintive di questo tipo di batteri è che ci sono strutture che sembrano bastoncelli nella sua membrana interna, che sono conosciute come corpi rotondi.
Allo stesso modo, questi batteri contengono pochissimo peptidoglicano nella loro parete cellulare e, a differenza dei batteri gram-positivi, contiene lipoproteine.
Se esposte alla luce naturale, le cellule dei batteri possono diventare gialle, rosa o rosse. Ciò è dovuto ai pigmenti contenuti nelle cellule batteriche.
Il materiale genetico è costituito da un unico cromosoma circolare in cui è contenuto il DNA. Di questo, circa il 65% è costituito da nucleotidi di guanina e citosina, mentre i nucleotidi di timina e adenina rappresentano il 35%.
Ciclo vitale
In generale, i batteri, incluso il T. aquaticus, si riproducono asessualmente per divisione cellulare. Il singolo cromosoma del DNA inizia a replicarsi; si replica per poter ereditare tutte le informazioni genetiche alle cellule figlie, grazie alla presenza dell'enzima chiamato DNA polimerasi. Entro 20 minuti il nuovo cromosoma è completo e si è fissato nella cellula.
La divisione continua e dopo 25 min, i due cromosomi hanno iniziato a duplicarsi. Appare una divisione al centro della cellula ea 38 min. le cellule figlie presentano la divisione separata da un muro, terminando la divisione asessuata a 45-50 min. (Dreifus, 2012).
Struttura cellulare e metabolismo
Poiché è un batterio gram-negativo, ha una membrana esterna (strato di lipoproteine) e un periplasma (membrana acquosa), dove si trova il peptidoglicano. Non si osservano ciglia o flagelli.
La composizione dei lipidi di questi organismi termofili deve adattarsi alle fluttuazioni della temperatura del contesto in cui si sviluppano, per mantenere la funzionalità dei processi cellulari, senza perdere la stabilità chimica necessaria per evitare la dissoluzione ad alte temperature (Ray et al. 1971).
D'altra parte, il T. aquaticus è diventato una vera fonte di enzimi termostabili. La Taq DNA polimerasi è un enzima che catalizza la lisi di un substrato generando un doppio legame, quindi è correlato agli enzimi di tipo liasi (enzimi che catalizzano il rilascio dei legami).
Poiché proviene da un batterio termofilo, resiste a lunghe incubazioni ad alte temperature (Lamble, 2009).
Va notato che ogni organismo ha la DNA polimerasi per la sua replicazione, ma a causa della sua composizione chimica non resiste alle alte temperature. Ecco perché la taq DNA polimerasi è il principale enzima utilizzato per amplificare le sequenze del genoma umano, così come i genomi di altre specie.
applicazioni
Amplifica i frammenti
La stabilità termica dell'enzima ne consente l'utilizzo in tecniche di amplificazione di frammenti di DNA mediante replicazione in vitro, come la PCR (reazione a catena della polimerasi) (Mas e Colbs, 2001).
Ciò richiede primer iniziali e finali (sequenza nucleotidica corta che fornisce un punto di partenza per la sintesi del DNA), DNA polimerasi, desossiribonucleotidi trifosfato, soluzione tampone e cationi.
Il tubo di reazione con tutti gli elementi viene posto in un termociclatore tra 94 e 98 gradi Celsius, per dividere il DNA in singoli filamenti.
La prestazione dei primer inizia e il riscaldamento si verifica di nuovo tra 75-80 gradi Celsius. Avvia la sintesi dall'estremità 5 ′ a 3 ′ del DNA.
Ecco l'importanza di utilizzare l'enzima termostabile. Se venisse utilizzata un'altra polimerasi, verrebbe 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 enzimi 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
L'idrolisi del glutine da parte della serina peptidasi termoattiva aqualysin1 di T. aquaticus, inizia al di sopra degli 80 ° C nella panificazione.
Con questo, viene studiato il contributo relativo del glutine termostabile alla consistenza del pangrattato (Verbauwhede e Colb, 2017).
Degradazione dei composti bifenilici policlorurati
- Brock, TD., Congela H. Thermus aquaticus gen. n. e sp. n., un termofilo estremo non contaminante. 1969. J Bacteriol. Vol.98 (1). 289-297.
- Dreifus Cortes, George. Il mondo dei microbi. Fondo editoriale per la cultura economica. Messico. 2012.
- Ferreras P. Eloy R. Espressione e studio di enzimi termostabili di interesse biotecnologico Universidad Autónoma de Madrid. TESI DI DOTTORATO Madrid. 2011. Disponibile su: repositorio.uam.es.
- Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R e Rodellar C. Rationale for the Polymerase Chain Reaction (PCR). AquaTIC nº 15, novembre 2001.
- Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradation of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) by Microorganisms .. Acta Universitaria 2005, 15 (maggio-agosto). Disponibile su redalyc.org.
- Sharp R, specie William R. Thermus. Manuali di biotecnologia. Springer Science Business Media, LLC. 1995.