Termus wodny
|
|
| Thermus aquaticus | |
|---|---|
| Klasyfikacja naukowa | |
| Domena: | |
| Gromada: | |
| Klasa: | |
| Zamówienie: | |
| Rodzina: | |
| Rodzaj: | |
| Gatunek: |
T. wodny
|
| Nazwa dwumianowa | |
|
Termus wodny Brock i zamrażanie, 1969
|
|
Thermus aquaticus to gatunek bakterii tolerujących wysokie temperatury, jedna z kilku bakterii termofilnych należących do rodzaju Deinococcota . Jest źródłem żaroodpornego enzymu polimerazy DNA Taq , jednego z najważniejszych enzymów w biologii molekularnej ze względu na zastosowanie w technice amplifikacji DNA w reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR).
Historia
Kiedy w latach 60. XX wieku rozpoczęto badania organizmów biologicznych w gorących źródłach, naukowcy uważali, 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 przeżyło, ale także rozwijało się w wyższych temperaturach. W 1969 roku Thomas D. Brock i Hudson Freeze z Indiana University opisali nowy gatunek bakterii termofilnych , który nazwali Thermus aquaticus . Bakteria została po raz pierwszy wyizolowana z Mushroom Spring w Basen Dolnego Gejzeru w Parku Narodowym Yellowstone , który znajduje się w pobliżu głównych gejzerów Wielkiej Fontanny i Gejzeru Białej Kopuły , i od tego czasu został znaleziony w podobnych siedliskach termalnych na całym świecie.
Biologia
T. aquaticus wykazuje najlepszy wzrost w temperaturze 65–70 ° C (149–158 ° F), ale może przetrwać w temperaturach 50–80 ° C (122–176 ° F). Przede wszystkim wychwytuje białka ze swojego otoczenia, o czym świadczy duża liczba zewnątrzkomórkowych i wewnątrzkomórkowych proteaz i peptydaz, a także białek transportujących aminokwasy i oligopeptydy przez błonę komórkową. Ta bakteria jest chemotrofem — przeprowadza chemosyntezę w celu uzyskania pożywienia. Ponieważ jednak jego zakres temperatur pokrywa się nieco z zakresem temperatur fotosyntetycznych cyjanobakterii które dzielą jego idealne środowisko, czasami żyje razem z sąsiadami, uzyskując energię do wzrostu z ich fotosyntezy . T. aquaticus normalnie oddycha tlenowo, ale jeden z jego szczepów, Thermus aquaticus Y51MC23, może rosnąć beztlenowo.
Materiał genetyczny T. aquaticus składa się z jednego chromosomu i czterech plazmidów , a pełne sekwencjonowanie genomu ujawniło geny CRISPR w wielu loci.
Morfologia
Thermus aquaticus ma na ogół cylindryczny kształt i średnicę 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 iw niektórych przypadkach przekracza 200 μm. T. wodny wykazał wiele możliwych morfologii w różnych kulturach. Bakterie w kształcie pałeczek mają tendencję do agregacji. Skojarzenia kilku osobników mogą prowadzić do powstania kulistych ciał o średnicy od 10 μm do 20 μm, zwanych także ciałami okrągłymi. Ciała te nie składają się z otoczki komórkowej ani składników błony zewnętrznej, jak wcześniej sądzono, ale zamiast tego są wykonane z przebudowanej ściany komórkowej peptydoglikanu. Ich dokładna funkcja w przetrwaniu T. aquaticus pozostaje nieznana, ale teoretyzowano, że obejmują tymczasowe przechowywanie pożywienia i nukleotydów lub mogą odgrywać rolę w przyczepianiu się i organizacji kolonii.
Enzymy z T. aquaticus
T. aquaticus zasłynął jako źródło termostabilnych enzymów, zwłaszcza polimerazy DNA Taq , jak opisano poniżej.
aldolaza
Badania nad tą ekstremalnie termofilną bakterią, którą można hodować w hodowli komórkowej , 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 roku Freeze i Brock opublikowali artykuł opisujący termostabilny aldolazę z T. aquaticus .
polimeraza RNA
Pierwszym enzymem polimerazą wyizolowanym z T. aquaticus w 1974 r. była polimeraza RNA zależna od DNA , 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. XX wieku z powodu izolacji użytecznych endonukleaz restrykcyjnych z tego organizmu. Użycie terminu Taq w odniesieniu do Thermus aquaticus źródłowych . wynikało w tym czasie z konwencji nadawania enzymom restrykcyjnym krótkich nazw, takich jak Sal i Hin, pochodzących od rodzaju i gatunku organizmów
Polimeraza DNA („Taq pol”)
Polimerazę DNA po raz pierwszy wyizolowano z T. aquaticus w 1976 r. Pierwszą zaletą tej termostabilnej (optymalna temperatura 72°C, nie denaturująca nawet w 95°C) polimerazy DNA było to, że można ją było wyizolować w czystszej postaci (wolnej od inne zanieczyszczenia enzymatyczne) niż polimeraza DNA z innych źródeł. Później Kary Mullis i inni badacze z Cetus Corporation odkryli, że enzym ten można wykorzystać w procesie reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR) do amplifikacji krótkich segmentów DNA eliminując konieczność dodawania enzymów polimerazy E. coli po każdym cyklu termicznej denaturacji DNA. Enzym został również sklonowany , zsekwencjonowany , zmodyfikowany (w celu wytworzenia krótszego „fragmentu Stoffela”) i wyprodukowany w dużych ilościach do sprzedaży komercyjnej. W 1989 roku Science nazwał polimerazę Taq pierwszą „cząsteczką roku”. W 1993 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 wyizolowane 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 wykorzystanie enzymów z T. aquaticus nie obyło się bez kontrowersji. Po badaniach Brocka próbki organizmu zostały zdeponowane w American Type Culture Collection , publicznym repozytorium. Stamtąd uzyskali go inni naukowcy, w tym ci z Cetus. Gdy komercyjny potencjał Taq stał się widoczny w latach 90. XX wieku, National Park Service określiło jej zastosowanie jako „Great Taq Zdzierstwo”. Naukowcy pracujący w parkach narodowych są teraz zobowiązani do podpisywania umów o „podziale korzyści”, które odsyłałyby część późniejszych zysków z powrotem do Park Service.
Zobacz też
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 .