Thermus aquaticus: karakteristik, siklus hidup, aplikasi

Thermus aquaticus: karakteristik, siklus hidup, aplikasi

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

Itu diperoleh dari berbagai mata 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. Itu juga telah diisolasi dari habitat termal buatan.

termus akuatik. Bakteri diendapkan pada filter Millipore 0,22 m (skala = 1 m).

Ini merupakan sumber enzim tahan panas, yang bertahan dari siklus denaturasi yang berbeda. Dalam konteks ini, protein dan enzim menjadi perhatian khusus bagi 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 artikel

Karakteristik umum

Air Mancur Taman Yellowstone. Thermus aquaticus diisolasi dari geyser. Sumber: Pixabay

itu gram negatif

Thermus aquaticus untuk menjadi sasaran proses pewarnaan Gram memperoleh warna fuchsia. Hal ini dikarenakan dinding peptidoglikan sangat tipis sehingga partikel zat warna tidak terperangkap di dalamnya.

Habitat

Bakteri ini dirancang untuk menahan suhu yang sangat tinggi. Ini menyiratkan bahwa habitat alami mereka adalah tempat-tempat di planet ini di mana suhu melebihi 50 ° C.

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

Apakah aerobik?

Artinya Thermus aquaticus adalah bakteri, ia harus berada di lingkungan yang menyediakan ketersediaan oksigen untuk melakukan proses metabolismenya.

Apakah termofilik?

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

Thermus aquaticus merupakan bakteri yang sangat istimewa dan tahan karena pada suhu setinggi dia, protein didukung dalam sebagian besar makhluk hidup denaturasi dan berhenti untuk melakukan tugas mereka dalam sebuah cara yang ireversibel.

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

Ini adalah heterotrofik

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

Tumbuh subur di lingkungan yang sedikit basa

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

Menghasilkan sejumlah besar enzim

Thermus aquaticus merupakan mikroorganisme yang sangat berguna pada tingkat percobaan karena kemampuannya untuk hidup di lingkungan dengan suhu tinggi.

Nah, melalui banyak penyelidikan telah ditentukan bahwa ia mensintesis banyak enzim yang, anehnya, pada mikroorganisme lain, pada suhu yang sama, menjadi terdenaturasi dan kehilangan fungsinya.

Enzim-enzim yang disintesis oleh Thermus aquaticus yang paling banyak dipelajari adalah;

  • Aldolasse
  • Enzim restriksi Taq I
  • DNA ligase
  • alkali fosfatase
  • Isositrat dehidrogenase
  • Amilomaltase

Filogeni dan taksonomi

Mikroorganisme ini dibingkai di bawah pendekatan klasik:

  • Kingdom: Bakteri
  • Filum: Deinococcus- Thermus
  • Kelas: Deinococci
  • Pesanan: Thermales
  • Keluarga: Thermaceae
  • Genus: Termus
  • Spesies: Thermus aquaticus.

Morfologi

Bakteri Thermus aquaticus termasuk dalam kelompok bakteri berbentuk batang (basil). Sel berukuran sekitar 4 sampai 10 mikron. Sel-sel yang sangat besar dapat dilihat di bawah mikroskop, begitu juga sel-sel kecil. Mereka tidak memiliki silia atau flagela pada permukaan sel.

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

Salah satu ciri yang membedakan bakteri jenis ini adalah adanya struktur yang tampak seperti batang pada membran dalamnya, yang dikenal sebagai badan rotund.

Demikian pula, bakteri ini mengandung sangat sedikit peptidoglikan di dinding selnya dan, tidak seperti bakteri gram positif, bakteri ini mengandung lipoprotein.

Saat terkena cahaya alami, sel bakteri bisa berubah menjadi kuning, merah muda, atau merah. Ini karena pigmen yang terkandung dalam sel bakteri.

Materi genetik terdiri dari kromosom melingkar tunggal di mana DNA terkandung . Dari jumlah tersebut, sekitar 65% terdiri dari nukleotida Guanin dan Sitosin, dengan nukleotida Timin dan Adenin mewakili 35%.

Lingkaran kehidupan

Secara umum, bakteri, termasuk T. aquaticus, berkembang biak secara aseksual dengan pembelahan sel. Kromosom DNA tunggal mulai bereplikasi ; itu bereplikasi untuk dapat mewarisi semua informasi genetik ke sel anak, karena adanya enzim yang disebut DNA polimerase. Pada 20 menit kromosom baru selesai dan telah terpasang di dalam sel.

Pembelahan berlanjut dan setelah 25 menit, kedua kromosom mulai berduplikasi. Sebuah divisi muncul di tengah sel dan pada menit ke-38. sel anak membelah dipisahkan oleh dinding, mengakhiri pembelahan aseksual setelah 45-50 menit. (Dreifus, 2012).

Struktur sel dan metabolisme

Menjadi bakteri gram negatif, ia memiliki membran luar (lapisan lipoprotein) dan periplasma (membran berair), di mana peptidoglikan berada. Tidak ada silia atau flagela yang diamati.

Komposisi lipid organisme termofilik ini harus beradaptasi dengan fluktuasi suhu konteks di mana mereka berkembang, untuk mempertahankan fungsionalitas 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. Taq DNA polimerase adalah enzim yang mengkatalisis lisis substrat dengan menghasilkan ikatan rangkap, oleh karena itu terkait dengan enzim tipe liase (enzim yang mengkatalisis pelepasan ikatan).

Karena berasal dari bakteri termofilik, ia tahan inkubasi lama pada suhu tinggi (Lamble, 2009).

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

Kegunaan

Perkuat fragmen

Stabilitas termal enzim memungkinkan untuk digunakan dalam teknik untuk memperkuat fragmen DNA melalui replikasi in vitro, seperti PCR (polymerase chain reaction) (Mas dan Colbs, 2001).

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

Tabung reaksi dengan semua unsur ditempatkan dalam siklus termal antara 94 dan 98 derajat Celcius, untuk membagi DNA menjadi untaian tunggal.

Kinerja primer dimulai dan pemanasan kembali terjadi lagi antara 75-80 derajat Celcius. Sintesis dimulai dari 5 ‘ke 3’ akhir DNA.

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

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

Mengkatalisis reaksi biokimia

Studi enzim termostabil telah menyebabkan aplikasi mereka untuk sejumlah besar proses industri dan telah menyebabkan terobosan dalam biologi molekuler. Dari sudut pandang bioteknologi, enzimnya mampu mengkatalisis reaksi biokimia di bawah kondisi suhu ekstrim.

Misalnya, penelitian telah dilakukan untuk mengembangkan proses pengelolaan limbah bulu ayam tanpa menggunakan mikroorganisme yang berpotensi menularkan.

Biodegradasi bulu ayam dimediasi oleh produksi protease keratinolitik, yang melibatkan penggunaan non-patogen termofilik T. Aquaticus, diselidiki (Bhagat, 2012).

Bioteknologi pangan

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

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

Degradasi senyawa bifenil poliklorinasi

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

Senyawa ini digunakan sebagai zat pendingin pada peralatan listrik. Toksisitasnya sangat luas dan degradasinya sangat lambat (Ruíz, 2005).

Referensi

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. dan sp. n., termofil ekstrim nonsporulating. 1969. J Bakteri. Jil.98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. Dunia mikroba. Dana Redaksi untuk budaya ekonomi. Meksiko. 2012.
  3. Ferreras P. Eloy R. Ekspresi dan studi enzim termostabil bunga bioteknologi Universidad Autonoma de Madrid. TESIS DOKTOR Madrid. 2011. Tersedia di: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R dan Rodellar C. Dasar Pemikiran untuk Reaksi Rantai Polimerase (PCR). AquaTIC n 15, November 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradasi Polychlorinated Biphenyls (PCBs) oleh Mikroorganisme .. Acta Universitaria [online] 2005, 15 (Mei-Agustus). Tersedia di redalyc.org.
  6. Sharp R, spesies William R. Thermus. Buku Pegangan Bioteknologi. Media Bisnis Sains Springer, LLC. sembilan belas sembilan puluh lima.