Karakteristik Thermus aquaticus, siklus hidup, aplikasi



Thermus aquaticus adalah bakteri termofilik, ditemukan oleh Thomas Brock pada tahun 1967, terletak di Phylum Deinococcus-Thermus. Ini adalah mikroorganisme gram negatif, heterotrofik dan aerobik, yang memiliki sifat intrinsik sebagai stabilitas termal.

Ini diperoleh dari berbagai sumber panas antara 50 ° C dan 80 ° C, dan pH 6.0 hingga 10.5, di Taman Nasional Yellowstone dan di California Amerika Utara. Ini juga telah diisolasi dari habitat termal buatan.

Ini adalah sumber enzim tahan panas, yang bertahan dari siklus denaturasi yang berbeda. Dalam konteks ini, protein dan enzim menjadi perhatian khusus untuk industri bioteknologi.

Ini adalah bagaimana enzim yang menyusunnya digunakan dalam rekayasa genetika, dalam reaksi berantai polimerase (PCR), dan sebagai alat untuk penelitian ilmiah dan forensik (Williams dan Sharp, 1995).

Indeks

  • 1 Karakteristik umum
  • 2 Filogeni dan taksonomi
  • 3 Morfologi
  • 4 Siklus hidup
  • 5 Struktur sel dan metabolisme
  • 6 Aplikasi
    • 6.1 Amplifikasi fragmen
    • 6.2 Mengkatalisasi reaksi biokimia
    • 6.3 Bioteknologi Pangan
    • 6.4 Degradasi senyawa bifenil poliklorinasi
  • 7 Referensi

Karakteristik umum

Ini adalah gram negatif

itu Thermus aquaticus ketika mengalami proses pewarnaan Gram itu memperoleh warna fuchsia. Ini karena dinding peptidoglikan sangat tipis sehingga partikel pewarna tidak terperangkap di dalamnya.

Habitat

Bakteri ini dirancang untuk menahan suhu yang sangat tinggi. Ini menyiratkan bahwa habitat aslinya adalah tempat di planet ini yang suhunya melebihi 50 ° C.

Dalam pengertian ini, bakteri ini telah diisolasi dari geyser, menjadi yang paling umum di Taman Nasional Yellowstone; mata air panas di seluruh dunia, serta lingkungan air panas buatan.

Itu aerobik

Ini berarti bahwa Thermus aquaticus Ini adalah bakteri yang harus berada di lingkungan yang menyediakan ketersediaan oksigen untuk melakukan proses metabolisme mereka.

Itu termofilik

Ini adalah salah satu karakteristik paling representatif dari Thermus aquaticus. Bakteri ini telah diisolasi dari tempat di mana suhunya sangat tinggi.

itu Thermus aquaticus Ini adalah bakteri yang sangat istimewa dan tahan, karena pada suhu setinggi yang didukungnya, protein pada sebagian besar makhluk hidup mengalami denaturasi dan berhenti menjalankan fungsinya secara ireversibel..

Bakteri ini memiliki suhu pertumbuhan yang berkisar antara 40 ° C hingga 79 ° C, dengan suhu pertumbuhan optimal 70 ° C.

Ia heterotrofik

Seperti organisme heterotrofik lainnya, bakteri ini membutuhkan senyawa organik yang ada di lingkungan untuk berkembang. Sumber utama bahan organik adalah bakteri dan alga yang ada di sekitarnya, serta tanah di sekitarnya.

Ini berkembang di lingkungan yang sedikit basa

PH optimum pada saat Thermus aquaticus dapat berkembang tanpa protein yang membuatnya kehilangan fungsinya adalah antara 7,5 dan 8. Perlu diingat bahwa pada skala pH 7 adalah netral. Di atas ini bersifat basa dan di bawah asam.

Ini menghasilkan banyak enzim

Thermus aquaticus Ini adalah mikroorganisme yang sangat berguna secara eksperimental karena kemampuannya untuk hidup di lingkungan dengan suhu tinggi.

Nah, melalui banyak penyelidikan telah ditentukan bahwa itu mensintesis banyak enzim yang, anehnya, dalam mikroorganisme lain, pada suhu yang sama, mengubah sifat dan kehilangan fungsi mereka.

Enzim yang mensintesis Thermus aquaticus yang paling banyak dipelajari adalah;

  • Aldolase
  • Taq I restriksi enzim
  • DNA Ligase
  • Alkaline phosphatase
  • Isocitrate dehydrogenase
  • Amilomaltase

Filogeni dan taksonomi

Mikroorganisme ini dibingkai di bawah pendekatan klasik:

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

Morfologi

Bakteri Thermus aquaticus termasuk dalam kelompok bakteri berbentuk batang (basil). Sel-sel memiliki ukuran perkiraan antara 4 dan 10 mikron. Dalam mikroskop Anda dapat melihat sel-sel yang sangat besar, serta sel-sel kecil. Tidak ada silia atau flagela pada permukaan sel.

Sel dari Thermus aquaticus Ini memiliki membran yang pada gilirannya terdiri dari tiga lapisan: plasma internal, yang eksternal dengan penampilan kasar dan yang menengah..

Salah satu ciri pembeda dari bakteri jenis ini adalah bahwa di dalam membran internalnya terdapat struktur yang menyerupai batang, yang dikenal sebagai benda yang bergema..

Dengan cara yang sama, bakteri ini mengandung sangat sedikit peptidoglikan di dinding selnya dan, tidak seperti bakteri gram positif, mereka mengandung lipoprotein..

Saat terkena cahaya alami, sel-sel bakteri dapat berwarna kuning, merah muda atau merah. Ini disebabkan oleh pigmen yang terkandung dalam sel bakteri.

Materi genetik terdiri dari satu kromosom sirkuler tunggal tempat DNA terkandung. Dari jumlah ini, sekitar 65% terdiri dari nukleotida Guanine dan Sitosin, karena nukleotida Timin dan Adenin mewakili 35%.

Siklus hidup

Secara umum, bakteri, termasuk T. aquaticus, bereproduksi secara aseksual dengan pembelahan sel. Satu-satunya kromosom DNA mulai mereplikasi; itu bereplikasi untuk dapat mewarisi semua informasi genetik dari sel anak, karena adanya enzim yang disebut DNA polimerase. Pada 20 menit, kromosom baru selesai dan diperbaiki di sebuah situs di dalam sel.

Pembelahan berlanjut dan pada 25 menit, kedua kromosom sudah mulai berlipat ganda. Pembelahan muncul di tengah sel dan pada 38 menit. sel anak memiliki pembelahan yang dipisahkan oleh dinding, mengakhiri pembelahan aseksual pada 45-50 menit. (Dreifus, 2012).

Struktur dan metabolisme sel

Karena merupakan bakteri gram negatif, ia memiliki membran luar (lapisan lipoprotein) dan periplasma (membran berair), tempat peptidoglikan berada. Tidak ada silia, tidak ada flagela yang diamati.

Komposisi lipid dari organisme termofilik ini harus beradaptasi dengan fluktuasi suhu konteks di mana mereka berkembang, untuk mempertahankan fungsi proses seluler, tanpa kehilangan stabilitas kimia yang diperlukan untuk menghindari pembubaran pada suhu tinggi (Ray et al. 1971).

Di sisi lain, T. aquaticus telah menjadi sumber sejati enzim termostabil. DNA polimerase taq, adalah enzim yang mengkatalisis lisis substrat yang menghasilkan ikatan rangkap, sehingga terkait dengan enzim tipe lyase (enzim yang mengkatalisis pelepasan ikatan).

Menimbang bahwa ia berasal dari bakteri termofilik, ia menolak inkubasi yang berkepanjangan pada suhu tinggi (Lamble, 2009).

Perlu dicatat bahwa setiap organisme memiliki DNA polimerase untuk replikasi, tetapi karena komposisi kimianya tidak tahan suhu tinggi. Itulah sebabnya taq DNA polimerase adalah enzim utama yang digunakan untuk memperkuat urutan genom manusia, serta genom spesies lain.

Aplikasi

Amplifikasi fragmen

Stabilitas termal enzim memungkinkannya digunakan dalam teknik untuk memperkuat fragmen DNA melalui replikasi in vitro, seperti PCR (reaksi berantai polimerase) (Mas dan Colbs, 2001).

Untuk ini, primer dan akhir primer (urutan nukleotida pendek yang menyediakan titik awal untuk sintesis DNA), DNA polimerase, deoksiribonukleotida trifosfat, buffer dan kation diperlukan.

Tabung reaksi dengan semua elemen ditempatkan dalam pengendara sepeda termal antara 94 dan 98 derajat Celcius, untuk membagi DNA menjadi rantai sederhana.

Mulai kinerja primer dan pemanasan kembali terjadi antara 75-80 derajat Celcius. Mulai sintesis dari ujung 5 'ke 3' dari DNA.

Berikut adalah pentingnya menggunakan enzim termostabil. Jika ada polimerase lain yang digunakan, itu akan hancur selama suhu ekstrem yang diperlukan untuk melakukan proses tersebut.

Kary Mullis dan peneliti lain di Cetus Corporation, menemukan pengecualian dari kebutuhan untuk menambahkan enzim setelah setiap siklus denaturasi termal DNA. Enzim itu dikloning, dimodifikasi, dan diproduksi dalam jumlah besar untuk dijual secara komersial.

Katalisasi reaksi biokimia

Studi-studi tentang enzim termostabil telah menyebabkan aplikasi untuk sejumlah besar proses industri dan telah menjadi terobosan dalam biologi molekuler. Dari sudut pandang bioteknologi, enzimnya mampu mengkatalisasi reaksi biokimia dalam kondisi suhu ekstrem.

Sebagai contoh, penelitian telah dikembangkan untuk mengembangkan suatu proses untuk mengelola limbah bulu ayam tanpa menggunakan mikroorganisme yang berpotensi menular..

Kami menyelidiki biodegradasi kandang ayam yang dimediasi oleh produksi protease keratinolitik, yang menyiratkan penggunaan T. aquaticus non-patogenik termofilik (Bhagat, 2012).

Bioteknologi makanan

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

Dengan ini kontribusi relatif dari gluten termostabil terhadap tekstur remah roti dipelajari (Verbauwhede dan Colb, 2017).

Degradasi senyawa bifenil poliklorinasi

Mengenai utilitas di bidang industri, enzim Thermus aquaticus sebagai bakteri termofilik diterapkan dalam degradasi senyawa bifenil poliklorinasi (PCB).

Senyawa ini digunakan sebagai pendingin dalam peralatan listrik. Toksisitas sangat luas dan degradasinya sangat lambat (Ruíz, 2005).

Referensi

  1. Brock, TD., Beku H. Thermus aquaticus gen. n. dan sp. n., untuk tidak menyebabkan termofil ekstrem. 1969. Bakteriol J. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Dunia mikroba. Latar belakang budaya ekonomi editorial. Meksiko 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Ekspresi dan studi enzim termostabil minat bioteknologi Universitas Otonomi Madrid. TES DOKTORAL Madrid. 2011. Tersedia di: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R dan Rodellar C. Dasar Reaksi Rantai Polimerase (PCR). AquaTIC No. 15, November 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradasi Bifenil Poliklorinasi (PCB) oleh Mikroorganisme ... University Act [online] 2005, 15 (Mei-Agustus). Tersedia di redalyc.org.
  6. Sharp R, specie William R. Thermus. Buku Pegangan Bioteknologi. Springer Science Business Media, LLC. 1995.