Thermus aquaticus -Thermus aquaticus
| Thermus aquaticus | |
|---|---|
|
|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | |
| Gromada: | |
| Klasa: | |
| Zamówienie: | |
| Rodzina: | |
| Rodzaj: | |
| Gatunek: |
T. aquaticus
|
| Nazwa dwumianowa | |
|
Thermus aquaticus Brock i Zamrożenie, 1969
|
|
Thermus aquaticus to gatunek bakterii, który toleruje wysokie temperatury, jedna z kilkubakterii termofilnych należących do grupy Deinococcus–Thermus . Jest źródłem odpornego na ciepło enzymu polimerazy DNA Taq , jednego z najważniejszych enzymów w biologii molekularnej ze względu na jego zastosowanie wtechnice amplifikacji DNAw reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR).
Historia
Kiedy w latach 60. rozpoczęto badania organizmów biologicznych w gorących źródłach, naukowcy sądzili, że życie bakterii termofilnych nie może być podtrzymywane w temperaturach powyżej około 55 °C (131 °F). Wkrótce jednak odkryto, że wiele bakterii w różnych źródłach nie tylko przetrwało, ale również rozwijało się w wyższych temperaturach. W 1969 roku Thomas D. Brock and Hudson zamrożenie Indiana University zgłaszane nowe gatunki z ciepłolubnych bakterii, które nazwali THERMUS AQUATICUS . Bakteria została po raz pierwszy wyizolowana z Mushroom Spring w Lower Geyser Basin w Parku Narodowym Yellowstone , który znajduje się w pobliżu głównego gejzeru Great Fountain i Geyser White Dome , i od tego czasu znaleziono ją w podobnych siedliskach termalnych na całym świecie.
Biologia
T. aquaticus najlepiej rośnie w temperaturze 65–70 °C (149–158 °F), ale może przetrwać w temperaturze 50–80 °C (122–176 °F). Wychwytuje przede wszystkim białka ze swojego środowiska, o czym świadczy duża liczba zewnątrzkomórkowych i wewnątrzkomórkowych proteaz i peptydaz, a także białka transportujące aminokwasy i oligopeptydy przez błonę komórkową. Ta bakteria jest chemotrofem — wykonuje chemosyntezę w celu uzyskania pożywienia. Ponieważ jednak jego zakres temperatur pokrywa się nieco z zakresem temperatur fotosyntetycznych sinic, które dzielą jego idealne środowisko, czasami żyje razem ze swoimi sąsiadami, pozyskując energię do wzrostu z ich fotosyntezy . T. aquaticus normalnie oddycha tlenowo, ale jeden z jego szczepów, Thermus aquaticus Y51MC23, można hodować w warunkach beztlenowych.
Materiał genetyczny T. aquaticus składa się z jednego chromosomu i czterech plazmidów , a jego pełne sekwencjonowanie genomu ujawniło geny CRISPR w wielu loci.
Morfologia
Thermus aquaticus ma zazwyczaj kształt cylindryczny o średnicy od 0,5 μm do 0,8 μm. Krótszy kształt pręta ma długość od 5 μm do 10 μm. Dłuższy kształt włókna ma długość, która jest bardzo zróżnicowana, aw niektórych przypadkach przekracza 200 μm. T. aquaticus wykazał wiele możliwych morfologii w różnych kulturach. Bakterie w kształcie pałeczek mają tendencję do agregacji. Asocjacje kilku osobników mogą prowadzić do powstania ciał kulistych o średnicy od 10 μm do 20 μm, zwanych również ciałami okrągłymi. Ciała te nie składają się z otoczki komórkowej lub składników błony zewnętrznej, jak wcześniej sądzono, ale zamiast tego są wykonane z przemodelowanej ściany komórkowej peptydoglikanu. Ich dokładna funkcja w przetrwaniu T. aquaticus pozostaje nieznana, ale istnieje teoria, że obejmują one tymczasowe przechowywanie pożywienia i nukleotydów lub mogą odgrywać rolę w przyłączaniu i organizacji kolonii.
Enzymy z T. aquaticus
T. aquaticus zasłynął jako źródło termostabilnych enzymów, zwłaszcza polimerazy Taq DNA, jak opisano poniżej.
Aldolaza
Badania nad tą ekstremalnie termofilną bakterią, którą można hodować w kulturach komórkowych, początkowo koncentrowały się na próbach zrozumienia, w jaki sposób enzymy , które normalnie są nieaktywne w wysokiej temperaturze, mogą funkcjonować w wysokiej temperaturze u termofilów . W 1970 Freeze i Brock opublikowali artykuł opisujący termostabilny enzym aldolazę z T. aquaticus .
polimeraza RNA
Pierwszym enzymem polimerazy wyizolowanym z T . aquaticus w 1974 r . była zależna od DNA polimeraza RNA , stosowana w procesie transkrypcji .
Enzym restrykcyjny Taq I
Większość biologów molekularnych prawdopodobnie dowiedziała się o T. aquaticus pod koniec lat 70. lub na początku lat 80. ze względu na wyizolowanie z tego organizmu użytecznych endonukleaz restrykcyjnych . Użycie terminu Taq w odniesieniu do T Hermus wodnym uaticus powstały w tym czasie z konwencją dając krótkie nazwy enzymów restrykcyjnych, jak Sal i Hin pochodzące od rodzajów i gatunków drobnoustrojów źródłowych.
Polimeraza DNA ("Taq pol")
Polimeraza DNA została po raz pierwszy wyizolowana z T. aquaticus w 1976 roku. Pierwszą zaletą tej termostabilnej (optymalna temperatura 72°C, nie ulega denaturacji nawet w 95°C) polimerazy DNA było to, że można ją wyizolować w czystszej postaci (bez inne zanieczyszczenia enzymatyczne) niż polimeraza DNA z innych źródeł. Później Kary Mullis i inni badacze z Cetus Corporation odkryli, że enzym ten może być stosowany w procesie reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) do amplifikacji krótkich odcinków DNA , eliminując potrzebę dodawania enzymów polimerazy E. coli po każdym cyklu denaturacji termicznej DNA. Enzym został również sklonowany , zsekwencjonowany , zmodyfikowany (w celu wytworzenia krótszego „fragmentu Stoffela”) i wyprodukowany w dużych ilościach do sprzedaży komercyjnej. W 1989 magazyn Science nazwał polimerazę Taq swoją pierwszą „cząsteczką roku”. W 1993 roku Mullis otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pracę nad PCR.
Inne enzymy
Wysoka optymalna temperatura dla T. aquaticus pozwala naukowcom badać reakcje w warunkach, w których inne enzymy tracą aktywność. Inne enzymy izolowane z tego organizmu obejmują ligazę DNA , fosfatazę alkaliczną , oksydazę NADH , dehydrogenazę izocytrynianową , amylomaltazę i dehydrogenazę L- mleczanową zależną od fruktozy 1,6- disfosforanu .
Spór
Komercyjne zastosowanie enzymów z T. aquaticus nie było bez kontrowersji. Po badaniach Brocka próbki organizmu zostały zdeponowane w publicznym repozytorium American Type Culture Collection . Inni naukowcy, w tym ci z Cetus, uzyskali go stamtąd. Gdy komercyjny potencjał polimerazy Taq stał się widoczny w latach 90., National Park Service określił jej zastosowanie jako „Wielkie zdzierstwo Taq ”. Od badaczy pracujących w parkach narodowych wymaga się teraz podpisania umów o „podzieleniu się korzyściami”, które odsyłałyby część późniejszych zysków z powrotem do Park Service.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Brock, Thomas D. (1 sierpnia 1997). „Wartość badań podstawowych: odkrycie Thermus aquaticus i innych ekstremalnych termofilów” . Genetyka . 146 (4): 1207–10. doi : 10.1093/genetyka/146.4.1207 . PMC 1208068 . PMID 9258667 .
- Hogan, C. Michael (2010). „Ekstremofile” . Encyklopedia Ziemi . 146 (4): 1207–10. doi : 10.1093/genetyka/146.4.1207 . PMC 1208068 . PMID 9258667 .