خصائص الترمس المائية ، دورة الحياة ، التطبيقات

ثيرموس أكواتيكوس هي بكتيريا حرارية ، اكتشفها توماس بروك في عام 1967 ، وتقع في Phylum Deinococcus-Thermus. إنها الكائنات الحية الدقيقة سالبة الجرام ، وغير المتجانسة والهوائية ، والتي لها خاصية جوهرية هي الثبات الحراري.

يتم الحصول عليها من مجموعة متنوعة من المصادر الحرارية بين 50 درجة مئوية و 80 درجة مئوية ، ودرجة الحموضة 6.0 إلى 10.5 ، في حديقة يلوستون الوطنية وكاليفورنيا في أمريكا الشمالية. كما تم عزلها عن الموائل الحرارية الاصطناعية.

إنه مصدر للإنزيمات المقاومة للحرارة ، والتي تنجو من دورات تغيير الطبيعة المختلفة. في هذا السياق ، تعد البروتينات والإنزيمات ذات أهمية خاصة لصناعة التكنولوجيا الحيوية.

هذه هي الطريقة التي يتم بها استخدام الإنزيمات التي يتم تكوينها في الهندسة الوراثية ، وفي تفاعل سلسلة البوليميريز (PCR) ، وكأداة للبحث العلمي والطب الشرعي (Williams and Sharp، 1995).

مؤشر

• 1 الخصائص العامة
• 2 السلالات والتصنيف
• 3 التشكل
• 4 دورة حياة
• 5 هيكل الخلية والتمثيل الغذائي
• 6 تطبيقات
  • 6.1 تضخيم الشظايا
  • 6.2 تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية
  • 6.3 التكنولوجيا الحيوية الغذائية
  • 6.4 تحلل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• 7 المراجع

الخصائص العامة

انها سلبية الجرام

ال ثيرموس أكواتيكوس عندما يتعرض لعملية اللطخة غرام فإنه يكتسب تلوين الفوشيه. هذا لأن جدار الببتيدوغليكان رقيق للغاية بحيث لا يتم حصر جزيئات الصبغ فيه.

موطن

تم تصميم هذه البكتيريا لتحمل درجات الحرارة العالية للغاية. هذا يعني أن موطنه الطبيعي هو أماكن على الكوكب حيث تتجاوز درجات الحرارة 50 درجة مئوية.

وبهذا المعنى ، تم عزل هذه البكتيريا عن السخانات ، كونها الأكثر شيوعًا في منتزه يلوستون الوطني ؛ الينابيع الساخنة في جميع أنحاء العالم ، وكذلك البيئات الساخنة للمياه الاصطناعية.

هو الهوائية

هذا يعني أن ثيرموس أكواتيكوس إنها بكتيريا يجب أن تكون في البيئات التي توفر توافر الأكسجين لتنفيذ عمليات التمثيل الغذائي الخاصة بهم.

إنه محب للحرارة

هذه هي واحدة من أكثر الخصائص تمثيلا لل ثيرموس أكواتيكوس. تم عزل هذه البكتيريا عن المواقع التي تكون درجات الحرارة فيها مرتفعة للغاية.

ال ثيرموس أكواتيكوس إنها بكتيريا خاصة ومقاومة للغاية ، لأنه في درجات حرارة عالية مثل تلك التي تدعمها ، يتم تغيير طبيعة البروتينات في معظم الكائنات الحية وتتوقف عن أداء وظائفها بشكل لا رجعة فيه.

هذه البكتيريا لديها درجة حرارة نمو تتراوح بين 40 درجة مئوية إلى 79 درجة مئوية ، مع درجة حرارة نمو مثالية تصل إلى 70 درجة مئوية.

انه غير متجانسة

مثل أي كائن حي مغاير ، هذه البكتيريا تتطلب مركبات عضوية موجودة في البيئة لتتطور. المصادر الرئيسية للمواد العضوية هي البكتيريا والطحالب الموجودة في المناطق المحيطة ، وكذلك التربة المحيطة.

يتطور في البيئات القلوية قليلاً

الرقم الهيدروجيني الأمثل الذي ثيرموس أكواتيكوس يمكن أن تتطور دون البروتينات التي تجعلها تفقد وظيفتها ما بين 7.5 و 8. يجدر بنا أن نتذكر أنه على مقياس درجة الحموضة فإن 7 محايد. فوق هذا القلوية وتحت حمض.

وتنتج الكثير من الانزيمات

ثيرموس أكواتيكوس إنها الكائنات الحية الدقيقة التي كانت مفيدة للغاية من الناحية التجريبية بسبب قدرتها على العيش في بيئات ذات درجات حرارة عالية.

حسنًا ، من خلال العديد من التحقيقات ، تم تحديد أنه يجمع بين العديد من الإنزيمات التي ، الغريب ، في الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، في نفس درجات الحرارة ، تفسد وظائفها وتفقد وظيفتها.

الانزيمات التي توليف ثيرموس أكواتيكوس أكثر ما تمت دراسته هو ؛

• ألدولاز
• طقأ تقييد الانزيم
• Ligase الحمض النووي
• الفوسفاتيز القلوي
• إيزوسيترات هيدروجينيز
• amylomaltase

التطابق والتصنيف

تم تأطير هذه الكائنات الحية الدقيقة في إطار النهج الكلاسيكي:

• المملكة: البكتيريا
• Phylum: Deinococcus- ثيرموس
• الدرجة: Deinococci
• الترتيب: الحرارية
• الأسرة: Thermaceae
• النوع: الترمس
• الأنواع: Thermus aquaticus.

مورفولوجيا

البكتريا ثيرموس أكواتيكوس ينتمي إلى مجموعة من البكتيريا على شكل قضيب (عصيات). الخلايا لها حجم تقريبي ما بين 4 و 10 ميكرون. في المجهر ، يمكنك رؤية خلايا كبيرة جدًا ، وكذلك خلايا صغيرة. لا أهداب أو سوط على سطح الخلية.

خلية ثيرموس أكواتيكوس يحتوي على غشاء يتكون بدوره من ثلاث طبقات: بلازما داخلية ، واحدة خارجية ذات مظهر خشن وواحدة متوسطة..

واحدة من الخصائص المميزة لهذا النوع من البكتيريا هو أن في الغشاء الداخلي هناك هياكل تبدو وكأنها قضبان ، والتي تعرف باسم الهيئات المدوية..

بنفس الطريقة ، تحتوي هذه البكتيريا على ببتيدوغليكان قليل جدًا في جدران خلاياها ، وعلى عكس البكتيريا إيجابية الجرام ، فإنها تحتوي على بروتينات دهنية.

عندما تتعرض للضوء الطبيعي ، يمكن أن تتخذ خلايا البكتيريا لونًا أصفر أو ورديًا أو أحمر. هذا يرجع إلى الأصباغ الموجودة في الخلايا البكتيرية.

تتكون المادة الوراثية من كروموسوم دائري واحد يحتوي على الحمض النووي. من هذا ، يتكون حوالي 65 ٪ من النيوكليوتيدات في غوانيين وسيتوزين ، حيث أن النوكليوتيدات في ثيمين وأدينين تمثل 35 ٪.

دورة الحياة

بشكل عام ، تتكاثر البكتيريا ، بما في ذلك T. aquaticus ، بلا جنس عن طريق انقسام الخلايا. يبدأ كروموسوم الدنا الوحيد في التكرار. تتكرر لتكون قادرة على وراثة جميع المعلومات الوراثية من الخلايا الابنة ، وذلك بسبب وجود إنزيم يسمى بوليميريز الحمض النووي. في 20 دقيقة ، يكون الكروموسوم الجديد كاملاً وثابتًا في موقع في الخلية.

يستمر الانقسام وعند 25 دقيقة ، بدأ الصبغيان يتضاعفان. يظهر انقسام في وسط الخلية وفي 38 دقيقة. تحتوي خلايا الابنة على التقسيم مفصولة بجدار ، وتنتهي الانقسام اللاجنسي في 45-50 دقيقة. (دريفوس ، 2012).

هيكل الخلية والتمثيل الغذائي

لأنه بكتيريا سالبة الجرام ، فإنه يحتوي على غشاء خارجي (طبقة البروتين الدهني) والمحيطات (الغشاء المائي) ، حيث يوجد الببتيدوغليكان. لا أهداب ، لم يلاحظ أي سوط.

يجب أن يتكيف تكوين الدهون في هذه الكائنات المحبة للحرارة مع تقلبات درجة حرارة السياق الذي تتطور فيه ، للحفاظ على وظائف العمليات الخلوية ، دون فقدان الاستقرار الكيميائي الضروري لتجنب الذوبان في درجات الحرارة العالية (Ray et al. . 1971).

من ناحية أخرى ، أصبح T. aquaticus مصدرا حقيقيا للأنزيمات القابلة للحرارة. بوليميريز الحمض النووي taq DNA polymerase ، هو إنزيم يحفز تحلل الركيزة التي تولد رابطة مزدوجة ، لذلك يرتبط بالإنزيمات من نوع الليز (الإنزيمات التي تحفز إطلاق الروابط).

بالنظر إلى أنه يأتي من بكتيريا محبة للحرارة ، فإنه يقاوم الحضانات لفترة طويلة في درجات حرارة عالية (Lamble ، 2009).

تجدر الإشارة إلى أن كل كائن حي يحتوي على بوليميريز الحمض النووي من أجل التكرار ، ولكن بسبب تركيبته الكيميائية لا يقاوم درجات الحرارة العالية. وهذا هو السبب في أن polymerase taq DNA هو الإنزيم الرئيسي المستخدم لتضخيم تسلسل الجينوم البشري ، وكذلك جينومات الأنواع الأخرى.

تطبيقات

تضخيم الشظايا

يسمح الثبات الحراري للإنزيم باستخدامه في التقنيات لتضخيم شظايا الحمض النووي من خلال التكاثر في المختبر ، مثل PCR (تفاعل سلسلة البلمرة) (ماس وكولبس ، 2001).

لهذا الغرض ، الاشعال الأولي والنهائي (تسلسل النيوكليوتيدات القصير الذي يوفر نقطة انطلاق لتوليف الحمض النووي) ، بوليميريز الحمض النووي ، ثلاثي فوسفات الديوكسي ريبونوكليوتيدات ، العازلة والكاتيونات مطلوبة.

يتم وضع أنبوب التفاعل مع جميع العناصر في cycler الحرارية بين 94 و 98 درجة مئوية ، لتقسيم الحمض النووي إلى سلاسل بسيطة.

بدء أداء الاشعال ويحدث التسخين مرة أخرى بين 75-80 درجة مئوية. بدء التوليف من 5 'نهاية إلى 3' من الحمض النووي.

هنا هي أهمية استخدام الانزيم بالحرارة. إذا تم استخدام أي بلمرة أخرى ، فسوف يتم تدميره أثناء درجات الحرارة القصوى اللازمة لتنفيذ العملية.

اكتشف Kary Mullis وغيره من الباحثين في شركة Cetus Corporation ، استبعاد الحاجة إلى إضافة إنزيم بعد كل دورة من عملية التسخين الحراري للحمض النووي. تم استنساخ الإنزيم وتعديله وإنتاجه بكميات كبيرة للبيع التجاري.

تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية

لقد أدت دراسات الإنزيمات القابلة للحرارة إلى تطبيق مجموعة كبيرة من العمليات الصناعية وكانت بمثابة طفرة في البيولوجيا الجزيئية. من وجهة نظر التكنولوجيا الحيوية ، تكون إنزيماتها قادرة على تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية في ظل ظروف درجات الحرارة القصوى.

على سبيل المثال ، تم تطوير البحوث لتطوير عملية لإدارة نفايات ريش الدجاج دون استخدام الكائنات الحية الدقيقة التي يحتمل أن تكون معدية..

لقد بحثنا في التحلل الأحيائي لقلم الدجاج بوساطة إنتاج بروتياز الكيراتين ، مما يعني استخدام T. aquaticus غير المحرض للحرارة (Bhagat ، 2012).

التكنولوجيا الحيوية الغذائية

يبدأ التحلل المائي للجلوتين بواسطة سيرين ببتيداز أكواليسين 1 من T. aquaticus ، فوق 80 درجة مئوية في صناعة الخبز.

مع هذا ، تتم دراسة المساهمة النسبية للغلوتين القابل للحرارة في نسيج كسرة الخبز (Verbauwhede and Colb، 2017).

تحلل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

فيما يتعلق بالفائدة في المجال الصناعي ، يتم تطبيق إنزيمات ثيرموس أكواتيكوس كبكتيريا حرارية في تدهور مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs).

تستخدم هذه المركبات كمبردات في المعدات الكهربائية. السمية واسعة جدًا وتدهورها بطيء جدًا (رويز ، 2005).

مراجع

1. Brock، TD.، Freeze H. Thermus aquaticus gen. ن. و sp. n. ، إلى nonophporating thermophile المدقع. 1969. ج باكتيريول. المجلد 98 (1). 289-297.
2. دريفوس كورتيس ، جورج. عالم الميكروبات. افتتاحية خلفية الثقافة الاقتصادية. المكسيك. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. تعبير ودراسة إنزيمات قابلة للحرارة ذات أهمية للتكنولوجيا الحيوية ، جامعة مدريد المستقلة. أطروحة أطروحة مدريد. 2011. متاح في: repositorio.uam.es.
4. Mas E، Poza J، Ciriza J، Zaragoza P، Osta R and Rodellar C. Basis of Polymerase Chain Reaction (PCR). AquaTIC رقم 15 ، نوفمبر 2001.
5. رويز أغيلار ، Graciela M. L. ، التحلل الحيوي لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs) بواسطة الكائنات الحية الدقيقة ... قانون الجامعة [على الإنترنت] 2005 ، 15 (مايو-أغسطس). متاح في redalyc.org.
6. حاد R ، وليام R. ثيرموس specie. كتيبات التكنولوجيا الحيوية. Springer Science Business Media، LLC. 1995.