THERMUS AQUATICUS: CARACTERÍSTIQUES, CICLE DE VIDA, APLICACIONS - BIOLOGIA - 2025

Thermus aquaticus és un bacteri termòfila, descoberta per Thomas Brock en 1967, situada al Phylum dinococ. És un microorganisme gramnegativo, heteròtrof i aerobi, que posseeix com a propietat intrínseca l'estabilitat tèrmica.

És obtinguda d'una varietat de fonts termals entre 50 ° C i 80 ° C, i pH 6.0 a 10,5, al Parc Nacional de Yellowstone ia Califòrnia d'Amèrica del Nord. També ha estat aïllada d'hàbitats tèrmics artificials.

Thermus aquaticus. Bacteri dipositada en un filtre Millipore de 0.22 micres (escala = 1 micres).

Constitueix una font d'enzims resistents a la calor, que sobreviuen als diferents cicles de desnaturalització. En aquest context, les proteïnes i enzims són d'especial interès per a la indústria biotecnològica.

És així com els enzims que la componen s'utilitzen en enginyeria genètica, en la reacció en cadena de la polimerasa (PCR), i com a eina d'investigació científica i forense (Williams i Sharp, 1995).

Característiques generals

Guèiser de el Parc Yellowstone. La Thermus aquaticus va ser aïllada d'un guèiser. Font: Pixabay

És gram negativa

La Thermus aquaticus a l'ésser sotmesa a el procés de tinció de Gram adquireix una coloració fúcsia. Això es deu al fet que la paret de peptidoglicà és summament prima pel que les partícules de colorant no queden atrapades en ella.

hàbitat

Aquest bacteri està dissenyada per suportar temperatures extremadament altes. Això implica que el seu hàbitat natural és llocs de la planeta en què les temperatures sobrepassen els 50 ° C.

En aquest sentit, aquest bacteri s'ha aïllat de guèisers, sent els més comuns els de el Parc Nacional de Yellowstone; d'aigües termals al voltant de el món, així com també d'ambients artificials d'aigua calenta.

és aeròbica

Això vol dir que la Thermus aquaticus és un bacteri és obligatòriament ha d'estar en ambients que li proporcionin disponibilitat d'oxigen per així poder dur a terme els seus processos metabòlics.

és termòfila

Aquesta és una de les característiques més representatives de la Thermus aquaticus. Aquest bacteri ha estat aïllada de llocs en els quals les temperatures són summament elevades.

La Thermus aquaticus és un bacteri molt especial i resistent, ja que a temperatures tan altes com les que suporta ella, les proteïnes en la majoria dels éssers vius es desnaturalitzen i deixen de complir les seves funcions de manera irreversible.

Aquest bacteri té una temperatura de creixement que abasta un rang des dels 40 ° C fins als 79 ° C, sent la temperatura òptima de creixement dels 70 ° C.

és heteròtrofa

Com tot organisme heteròtrof, aquest bacteri requereix de compostos orgànics presents en l'ambient per poder desenvolupar-se. Les fonts principals de matèria orgànica són bacteris i algues presents a les rodalies, així com també el sòl al voltant.

Es desenvolupa en ambients lleugerament alcalins

EL pH òptim en el qual la Thermus aquaticus pot desenvolupar-se sense que les proteïnes que la conformen perdin la seva funció és d'entre 7,5 i 8. Val recordar que en l'escala de pH el 7 és neutre. Per sobre d'aquest és alcalí i per sota àcid.

Produeix gran quantitat d'enzims

Thermus aquaticus és un microorganisme que ha estat de gran utilitat a nivell experimental per la seva capacitat de viure en ambients amb altes temperatures.

Doncs bé, a través de nombroses investigacions s'ha determinat que sintetitza nombrosos enzims que, curiosament, en altres microorganismes, a aquestes mateixes temperatures, es desnaturalitzen i perden la seva funció.

Els enzims que sintetitza la Thermus aquaticus que més s'han estudiat són;

• aldolasa
• Taq I enzim de restricció
• ADN ligasa
• fosfatasa alcalina
• isocitrat deshidrogenasa
• Amilomaltasa

Filogenia i taxonomia

Aquest microorganisme està enquadrat sota l'enfocament clàssic:

• Regne: Bacteri
• Phylum: Deinococcus- Thermus
• Classe: Deinococci
• Ordre: Thermales
• Família: Thermaceae
• Gènere: Thermus
• Espècie: Thermus aquaticus.

morfologia

El bacteri Thermus aquaticus pertany a el grup dels bacteris amb forma de barra (bacils). Les cèl·lules tenen una grandària aproximada d'entre 4 i 10 micres. Al microscopi es poden observar cèl·lules molt grans, així com també cèl·lules petites. No presenten cilis ni flagels en la superfície cel·lular.

La cèl·lula de Thermus aquaticus té una membrana que al seu torn està integrada per tres capes: una interna de plasma, una d'externa d'aparença rugosa i una intermèdia.

Una de les característiques diferencials d'aquest tipus de bacteri és que en la seva membrana interna hi ha unes estructures que semblen varetes, que es coneixen com a cossos rotunds.

De la mateixa manera, aquests bacteris contenen en la seva paret cel·lular molt poc peptidoglicà ia diferència dels bacteris gram positives, conté lipoproteïnes.

Quan és exposada a la llum natural, les cèl·lules del bacteri poden prendre una coloració groga, rosada o vermella. Això es deu als pigments que es troben continguts en les cèl·lules bacterianes.

El material genètic es troba conformat per un únic cromosoma circular en el qual està contingut l'ADN. D'aquest, aproximadament el 65% està conformat per nucleòtids de Guanina i Citosina, sent que els nucleòtids de Timina i Adenina representen el 35%.

Cicle de vida

En general, els bacteris, incuída la T. aquaticus, es reprodueixen asexualment per divisió cel·lular. Comença a replicar-l'únic cromosoma d'ADN; es replica per poder heretar a les cèl·lules filles tota la informació genètica, a causa de la presència de l'enzim anomenada DNA polimerasa. Als 20 minuts el nou cromosoma aquesta complet i s'ha fixat en un lloc en la cèl·lula.

La divisió continua i als 25 min, els dos cromosomes s'han començat a duplicar. Apareix una divisió en el centre de la cèl·lula i als 38 min. les cèl·lules filles presenten la divisió separades per una paret, finalitzant la divisió asexual als 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Estructura cel·lular i metabolisme

Per ser un bacteri gramnegativa, posseeix una membrana externa (capa lipoproteica) i periplasma (membrana aquosa), on s'ubica el peptidoglucano. No s'observa cilis, ni flagels.

La composició dels lípids d'aquests organismes termòfils, s'ha d'adaptar a les fluctuacions de la temperatura de l'context on es desenvolupen, per mantenir la funcionalitat dels processos cel·lulars, sense perdre l'estabilitat química necessària per evitar la dissolució a altes temperatures (Ray i cols. 1971).

D'altra banda, T. aquaticus s'ha convertit en una veritable font d'enzims termoestable. La taq DNA polimerasa, és un enzim que catalitza la lisi d'un substrat generant un doble enllaç, de manera que es relaciona amb els enzims de tipus liasas (enzims que catalitzen l'alliberament dels enllaços).

Atesa la que prové d'un bacteri termòfila, resisteix prolongades incubacions a altes temperatures (Lamble, 2009).

Cal destacar que cada organisme posseeix ADN polimerasa per a la seva replicació, però a causa de la seva composició química no resisteix a altes temperatures. És per això que taq DNA polimerasa és la principal enzim utilitzada per amplificar seqüències de el genoma humà, així com de genomes d'altres espècies.

aplicacions

amplificar fragments

L'estabilitat tèrmica de l'enzim permet que sigui utilitzada en tècniques per a amplificar fragments d'ADN mitjançant la replicació in vitro, com la PCR (reacció en cadena de la polimerasa) (Mas i Colbs, 2001).

Per a això, es requereix d'encebadors inicials i finals (curta seqüència de nucleòtids que proporciona un punt de partida per a la síntesi d'ADN), l'ADN polimerasa, desoxiribonucleótidos trifosfat, solució tampó i cations.

El tub de reacció amb tots els elements es col · loca en un termociclador entre 94 i 98 graus Celsius, per dividir l'ADN a cadenes simples.

Comença l'actuació dels encebadors i passa novament el reescalfament entre 75-80 graus Celsius. Inicia la síntesi des de l'extrem 5 'a l'3' de l'ADN.

Heus aquí la importància d'utilitzar l'enzim termoestable. Si s'utilitzés qualsevol altra polimerasa, seria destruïda durant les temperatures extremes necessàries per dur a terme el procés.

Kary Mullis i altres investigadors de Cetus Corporation, van descobrir l'exclusió de la necessitat d'afegir enzim després de cada cicle de desnaturalització tèrmica de l'ADN. L'enzim va ser clonada, modificada, i es produeix en grans quantitats per a la seva venda comercial.

Catalitzar reaccions bioquímiques

La hidròlisi de l'gluten per la serina peptidasa termoactiva aqualysin1 de T. aquaticus, comença per sobre de 80 ° C a l'elaboració d'el pa.

Amb això s'estudia la contribució relativa de l'gluten termoestable a la textura de la molla de pa (Verbauwhede i Colb, 2017).

Degradació de compostos policlorobifenils

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. and sp. n., a nonsporulating extreme thermophile. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Corts, George. El món dels microbis. Editorial Fons de cultura econòmica. Mèxic. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Expressió i estudi d'enzims termoestables d'interès biotecnològic Universitat Autònoma de Madrid. TESI DOCTORAL Madrid. 2011. Disponible a: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Saragossa P, Osta R i Rodellar C. Fonament de la Reacció en Cadena de la Polimerasa (PCR). Aquàtic nº 15, novembre 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradació de bifenils policlorats (BPCs) per Microorganismes.. Acta Universitària 2005, 15 (maig-agost). Disponible en redalyc.org.
6. Sharp R, William R. Thermus specie. Biothecnology Handbooks. Springer Science Business Media, LLC. 1995.