THERMUS AQUATICUS: CIRI, KITARAN HIDUP, APLIKASI - BIOLOGI - 2025

Thermus aquaticus adalah bakteria termofilik, yang ditemui oleh Thomas Brock pada tahun 1967, yang terletak di Phylum Deinococcus-Thermus. Ia adalah mikroorganisma gram-negatif, heterotrofik dan aerobik, yang mempunyai kestabilan terma sebagai sifat intrinsik.

Ia diperoleh dari berbagai sumber air panas antara 50 ° C dan 80 ° C, dan pH 6,0 hingga 10,5, di Taman Nasional Yellowstone dan di California di Amerika Utara. Ia juga telah diasingkan dari habitat termal buatan.

Thermus aquaticus. Bakteria didepositkan pada penapis Millipore 0.22 μm (skala = 1 μm).

Ia merupakan sumber enzim tahan panas, yang bertahan dari pelbagai kitaran denaturasi. Dalam konteks ini, protein dan enzim menarik minat industri bioteknologi.

Ini adalah bagaimana enzim yang menyusunnya digunakan dalam kejuruteraan genetik, dalam tindak balas rantai polimerase (PCR), dan sebagai alat penyiasatan saintifik dan forensik (Williams dan Sharp, 1995).

Ciri umum

Taman Yellowstone Geyser. Thermus aquaticus diasingkan dari geyser. Sumber: Pixabay

Ia gram negatif

Thermus aquaticus, ketika menjalani proses pewarnaan Gram, memperoleh pewarnaan fuchsia. Ini kerana dinding peptidoglikan sangat nipis sehingga zarah pewarna tidak terperangkap di dalamnya.

Habitat

Bakteria ini direka untuk menahan suhu yang sangat tinggi. Ini menunjukkan bahawa habitat semula jadi mereka adalah tempat di planet ini di mana suhu melebihi 50 ° C.

Dalam pengertian ini, bakteria ini telah diasingkan dari geyser, yang paling umum adalah Taman Negara Yellowstone; dari mata air panas di seluruh dunia, dan juga dari persekitaran air panas buatan.

Ia aerobik

Ini bermaksud bahawa Thermus aquaticus adalah bakteria, ia mesti berada di lingkungan yang menyediakannya dengan ketersediaan oksigen untuk menjalankan proses metaboliknya.

Adakah termofilik

Ini adalah salah satu ciri yang paling mewakili Thermus aquaticus. Bakteria ini telah diasingkan dari tempat di mana suhu sangat tinggi.

Thermus aquaticus adalah bakteria yang sangat istimewa dan tahan, kerana pada suhu setinggi yang disokongnya, protein pada kebanyakan makhluk hidup didenaturasi dan tidak dapat dipulihkan untuk memenuhi fungsinya.

Bakteria ini mempunyai suhu pertumbuhan antara 40 ° C hingga 79 ° C, dengan suhu pertumbuhan optimum ialah 70 ° C.

Ia adalah heterotrofik

Seperti organisma heterotrofik, bakteria ini memerlukan sebatian organik yang terdapat di persekitaran untuk berkembang. Sumber utama bahan organik adalah bakteria dan alga yang terdapat di sekitarnya, serta tanah di sekitarnya.

Ia tumbuh subur di persekitaran yang sedikit alkali

PH optimum di mana Thermus aquaticus dapat berkembang tanpa protein yang menyusunnya kehilangan fungsinya adalah antara 7.5 dan 8. Perlu diingat bahawa 7 pada skala pH adalah neutral. Di atasnya adalah alkali dan di bawahnya berasid.

Menghasilkan sebilangan besar enzim

Thermus aquaticus adalah mikroorganisma yang sangat berguna pada tahap eksperimen kerana kemampuannya hidup di persekitaran dengan suhu tinggi.

Dengan banyak penyelidikan, telah ditentukan bahawa ia mensintesis banyak enzim yang, anehnya, dalam mikroorganisma lain, pada suhu yang sama, menjadi denaturasi dan kehilangan fungsinya.

Enzim yang disintesis oleh Thermus aquaticus yang paling banyak dikaji adalah;

• Aldolasse
• Enzim sekatan Taq I
• Ligase DNA
• Fosfatase alkali
• Isocitrate dehydrogenase
• Amilomaltase

Filogeni dan taksonomi

Mikroorganisma ini dirangka berdasarkan pendekatan klasik:

• Kerajaan: Bakteria
• Filum: Deinococcus- Thermus
• Kelas: Deinococci
• Pesanan: Thermales
• Keluarga: Thermaceae
• Genus: Thermus
• Spesies: Thermus aquaticus.

Morfologi

Bakteria Thermus aquaticus tergolong dalam kumpulan bakteria berbentuk batang (bacilli). Sel berukuran lebih kurang 4 hingga 10 mikron. Sel yang sangat besar dapat dilihat di bawah mikroskop, begitu juga sel kecil. Mereka tidak mempunyai silia atau flagela di permukaan sel.

Sel Thermus aquaticus mempunyai selaput yang pada gilirannya terdiri dari tiga lapisan: lapisan plasma dalaman, lapisan kasar luaran dan lapisan antara.

Salah satu ciri khas bakteria jenis ini ialah terdapat struktur yang kelihatan seperti batang di membran dalamannya, yang dikenali sebagai badan busuk.

Begitu juga, bakteria ini mengandungi peptidoglikan yang sangat sedikit di dinding selnya dan, tidak seperti bakteria gram positif, ia mengandungi lipoprotein.

Apabila terkena cahaya semula jadi, sel-sel bakteria dapat berubah menjadi kuning, merah jambu, atau merah. Ini disebabkan oleh pigmen yang terdapat di dalam sel bakteria.

Bahan genetik terdiri dari kromosom bulat tunggal di mana DNA terkandung. Dari jumlah ini, kira-kira 65% terdiri daripada nukleotida Guanine dan Cytosine, dengan nukleotida Thymine dan Adenine mewakili 35%.

Kitaran hidup

Secara amnya, bakteria, termasuk T. aquaticus, membiak secara aseks dengan pembahagian sel. Kromosom DNA tunggal mula ditiru; ia mereplikasi untuk mewarisi semua maklumat genetik ke sel anak perempuan, kerana adanya enzim yang disebut DNA polimerase. Dalam 20 minit kromosom baru selesai dan telah terpaku di dalam sel.

Pembahagian ini berlanjutan dan setelah 25 minit, kedua kromosom itu mula berganda. Bahagian muncul di tengah sel dan pada 38 min. sel anak perempuan menunjukkan pembahagian yang dipisahkan oleh dinding, mengakhiri pembahagian aseksual pada 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Struktur sel dan metabolisme

Kerana ia adalah bakteria gram-negatif, ia mempunyai selaput luar (lapisan lipoprotein) dan periplasma (membran berair), di mana peptidoglikan berada. Tidak ada silia atau flagela yang diperhatikan.

Komposisi lipid organisma termofilik ini mesti menyesuaikan diri dengan turun naik suhu konteks di mana ia berkembang, untuk mengekalkan fungsi proses selular, tanpa kehilangan kestabilan kimia yang diperlukan untuk mengelakkan pembubaran pada suhu tinggi (Ray et al. 1971).

Sebaliknya, T. aquaticus telah menjadi sumber sebenar enzim termostabil. Taq DNA polymerase adalah enzim yang memangkinkan lisis substrat dengan menghasilkan ikatan berganda, jadi ia berkaitan dengan enzim jenis lyase (enzim yang menjadi pemangkin pembebasan ikatan).

Oleh kerana ia berasal dari bakteria termofilik, ia menahan inkubasi lama pada suhu tinggi (Lamble, 2009).

Perlu diketahui bahawa setiap organisma mempunyai polimerase DNA untuk replikasi, tetapi kerana komposisi kimianya, ia tidak tahan pada suhu tinggi. Itulah sebabnya taq DNA polymerase adalah enzim utama yang digunakan untuk memperkuat urutan genom manusia, serta genom spesies lain.

Permohonan

Menguatkan serpihan

Kestabilan terma enzim membolehkannya digunakan dalam teknik untuk memperkuat serpihan DNA melalui replikasi in vitro, seperti PCR (reaksi berantai polimerase) (Mas dan Colbs, 2001).

Ini memerlukan primer awal dan akhir (urutan nukleotida pendek yang menyediakan titik permulaan untuk sintesis DNA), polimerase DNA, deoksiribonukleotida trifosfat, larutan penyangga dan kation.

Tiub tindak balas dengan semua elemen diletakkan dalam pemusing termal antara 94 dan 98 darjah Celsius, untuk membahagi DNA menjadi helai tunggal.

Prestasi primer bermula dan pemanasan semula berlaku lagi antara 75-80 darjah Celsius. Memulakan sintesis dari 5 hingga 3 ′ DNA.

Inilah kepentingan penggunaan enzim termostabil. Sekiranya polimerase lain digunakan, ia akan musnah pada suhu yang melampau yang diperlukan untuk menjalankan proses tersebut.

Kary Mullis dan penyelidik lain di Cetus Corporation mendapati pengecualian mengenai keperluan untuk menambahkan enzim setelah setiap kitaran denaturasi termal DNA. Enzim itu diklon, diubah suai, dan dihasilkan dalam jumlah besar untuk penjualan komersial.

Memangkinkan tindak balas biokimia

Hidrolisis gluten oleh thermoactive serine peptidase aqualysin1 dari T. aquaticus, bermula di atas 80 ° C dalam pembuatan roti.

Dengan ini, sumbangan relatif gluten stabil panas terhadap tekstur serbuk roti dikaji (Verbauwhede dan Colb, 2017).

Kemerosotan sebatian bifenil poliklorin

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. dan sp. n., termofil yang melampau. 1969. J Bacteriol. Jilid 98 (1) 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Dunia mikrob. Dana Editorial untuk budaya ekonomi. Mexico. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Ekspresi dan kajian enzim termostabil minat bioteknologi Universidad Autónoma de Madrid. TESIS DOKTORAL Madrid. 2011. Terdapat di: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R dan Rodellar C. Rasional Reaksi Polimerase Rantai (PCR). AquaTIC nº 15, November 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradasi Bifenil Poliklorin (PCB) oleh Mikroorganisma .. Acta Universitaria 2005, 15 (Mei-Ogos). Terdapat di redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus spesies. Buku Panduan Biothecnology. Springer Science Business Media, LLC. Sembilan-belas sembilan puluh lima.