THERMUS AQUUS: ĐẶC ĐIỂM, VÒNG ĐỜI, ỨNG DỤNG - SINH HỌC - 2026

Thermus aquus là một loại vi khuẩn ưa nhiệt, được Thomas Brock phát hiện vào năm 1967, nằm trong Phylum Deinococcus-Thermus. Nó là một vi sinh vật gram âm, dị dưỡng và hiếu khí, có tính bền nhiệt như một đặc tính nội tại.

Nó được lấy từ nhiều suối nước nóng có nhiệt độ từ 50 ° C đến 80 ° C, và độ pH từ 6,0 đến 10,5, trong Công viên Quốc gia Yellowstone và ở California ở Bắc Mỹ. Nó cũng đã được cách ly khỏi môi trường sống nhiệt nhân tạo.

Thermus aquus. Vi khuẩn lắng đọng trên bộ lọc Millipore 0,22 μm (tỷ lệ = 1 μm).

Nó tạo thành một nguồn các enzym chịu nhiệt, tồn tại trong các chu kỳ biến tính khác nhau. Trong bối cảnh đó, protein và enzyme được ngành công nghệ sinh học đặc biệt quan tâm.

Đây là cách các enzym tạo ra nó được sử dụng trong kỹ thuật di truyền, trong phản ứng chuỗi polymerase (PCR), và như một công cụ để điều tra khoa học và pháp y (Williams và Sharp, 1995).

Đặc điểm chung

Công viên Yellowstone Geyser. Thermus aquus được phân lập từ mạch nước phun. Nguồn: Pixabay

Nó là gam âm

Thermus aquus, khi trải qua quá trình nhuộm Gram, sẽ có màu hoa vân anh. Điều này là do thành peptidoglycan cực kỳ mỏng để các hạt thuốc nhuộm không bị mắc kẹt trong đó.

Môi trường sống

Vi khuẩn này được thiết kế để chịu được nhiệt độ cực cao. Điều này ngụ ý rằng môi trường sống tự nhiên của chúng là những nơi trên hành tinh có nhiệt độ vượt quá 50 ° C.

Theo nghĩa này, vi khuẩn này đã được phân lập từ các mạch nước phun, phổ biến nhất là ở Công viên Quốc gia Yellowstone; từ các suối nước nóng trên khắp thế giới, cũng như từ các môi trường nước nóng nhân tạo.

Đó là aerobic

Điều này có nghĩa là Thermus aquus là một vi khuẩn, nó phải ở trong môi trường cung cấp oxy sẵn có để thực hiện các quá trình trao đổi chất của nó.

Là chất ưa nhiệt

Đây là một trong những đặc điểm tiêu biểu nhất của Thermus aquus. Vi khuẩn này đã được phân lập từ những nơi có nhiệt độ cực cao.

Thermus aquus là một loại vi khuẩn rất đặc biệt và có khả năng kháng thuốc, vì ở nhiệt độ cao như nhiệt độ mà nó hỗ trợ, các protein trong hầu hết các sinh vật sống đều bị biến tính và không thể phục hồi được các chức năng của chúng.

Vi khuẩn này có nhiệt độ phát triển trong khoảng từ 40 ° C đến 79 ° C, với nhiệt độ phát triển tối ưu là 70 ° C.

Nó là dị dưỡng

Giống như bất kỳ sinh vật dị dưỡng nào, vi khuẩn này cần các hợp chất hữu cơ có trong môi trường để phát triển. Các nguồn chất hữu cơ chính là vi khuẩn và tảo có trong môi trường xung quanh, cũng như đất xung quanh.

Nó phát triển mạnh trong môi trường hơi kiềm

Độ pH tối ưu mà Thermus aquus có thể phát triển mà không cần các protein bao gồm nó mất chức năng là từ 7,5 đến 8. Cần nhớ rằng 7 trên thang độ pH là trung tính. Bên trên nó có tính kiềm và bên dưới nó có tính axit.

Sản xuất một số lượng lớn các enzym

Thermus aquus là một vi sinh vật rất hữu ích ở mức độ thực nghiệm do khả năng sống trong môi trường có nhiệt độ cao.

Chà, thông qua nhiều cuộc điều tra, người ta đã xác định được rằng nó tổng hợp rất nhiều enzym mà ở các vi sinh vật khác, ở cùng nhiệt độ, nó sẽ bị biến tính và mất chức năng.

Các enzym được tổng hợp bởi Thermus aquus được nghiên cứu nhiều nhất là;

• Aldolasse
• Taq I enzyme giới hạn
• sợi DNA
• Phosphatase kiềm
• Isocitrate dehydrogenase
• Amylomaltase

Phát sinh loài và phân loại học

Vi sinh vật này được đóng khung theo phương pháp cổ điển:

• Vương quốc: Vi khuẩn
• Phylum: Deinococcus- Thermus
• Lớp: Deinococci
• Đặt hàng: Thermales
• Họ: Thermaceae
• Chi: Thermus
• Loài: Thermus aquus.

Hình thái học

Vi khuẩn Thermus aquus thuộc nhóm vi khuẩn hình que (trực khuẩn). Tế bào có kích thước khoảng 4 đến 10 micron. Các tế bào rất lớn có thể được nhìn thấy dưới kính hiển vi, cũng như các tế bào nhỏ. Chúng không có lông mao hoặc lông roi trên bề mặt tế bào.

Tế bào Thermus aquus có màng lần lượt được tạo thành từ ba lớp: lớp sinh chất bên trong, lớp bề ngoài thô ráp bên ngoài và lớp trung gian.

Một trong những đặc điểm phân biệt của loại vi khuẩn này là có cấu trúc giống như hình que ở màng bên trong của nó, được gọi là thể thối rữa.

Tương tự như vậy, những vi khuẩn này chứa rất ít peptidoglycan trong thành tế bào của chúng và, không giống như vi khuẩn gram dương, nó chứa lipoprotein.

Khi tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên, các tế bào của vi khuẩn có thể chuyển sang màu vàng, hồng hoặc đỏ. Điều này là do các sắc tố có trong tế bào vi khuẩn.

Vật chất di truyền được tạo thành từ một nhiễm sắc thể tròn đơn, trong đó chứa DNA. Trong số này, khoảng 65% được tạo thành từ các nucleotide Guanine và Cytosine, với các nucleotide Thymine và Adenine chiếm 35%.

Vòng đời

Nói chung, vi khuẩn, bao gồm T. aquusus, sinh sản vô tính bằng cách phân chia tế bào. Nhiễm sắc thể đơn DNA bắt đầu sao chép; nó sao chép để có thể thừa hưởng tất cả thông tin di truyền cho các tế bào con, do sự hiện diện của enzym có tên là DNA polymerase. Trong vòng 20 phút, nhiễm sắc thể mới hoàn chỉnh và đã cố định trong tế bào.

Sự phân chia tiếp tục và sau 25 phút, hai nhiễm sắc thể đã bắt đầu nhân đôi. Một sự phân chia xuất hiện ở trung tâm của tế bào và ở 38 phút. các tế bào con trình bày sự phân chia được ngăn cách bởi một bức tường, kết thúc quá trình phân chia vô tính ở 45-50 phút. (Dreifus, 2012).

Cấu trúc tế bào và sự trao đổi chất

Vì là vi khuẩn gram âm nên nó có màng ngoài (lớp lipoprotein) và màng ngoài (màng nước), nơi chứa peptidoglycan. Không quan sát thấy lông mao hoặc lông roi.

Thành phần lipid của các sinh vật ưa nhiệt này phải thích ứng với sự dao động nhiệt độ của bối cảnh nơi chúng phát triển, để duy trì chức năng của các quá trình tế bào, mà không làm mất tính ổn định hóa học cần thiết để tránh bị hòa tan ở nhiệt độ cao (Ray et al. Năm 1971).

Mặt khác, T. aquusus đã trở thành một nguồn thực sự của các enzym điều nhiệt. Taq DNA polymerase là một enzyme xúc tác quá trình ly giải cơ chất bằng cách tạo ra một liên kết đôi, vì vậy nó có liên quan đến enzyme loại lyase (enzyme xúc tác giải phóng liên kết).

Vì nó xuất phát từ một loại vi khuẩn ưa nhiệt, nó có khả năng chịu ủ lâu ở nhiệt độ cao (Lamble, 2009).

Cần lưu ý rằng mỗi sinh vật đều có DNA polymerase để sao chép, nhưng do thành phần hóa học nên nó không chịu được nhiệt độ cao. Đó là lý do tại sao taq DNA polymerase là enzyme chính được sử dụng để khuếch đại trình tự của bộ gen người, cũng như bộ gen của các loài khác.

Các ứng dụng

Khuếch đại các đoạn

Tính bền nhiệt của enzyme cho phép nó được sử dụng trong các kỹ thuật khuếch đại các đoạn DNA thông qua sao chép trong ống nghiệm, chẳng hạn như PCR (phản ứng chuỗi polymerase) (Mas và Colbs, 2001).

Điều này đòi hỏi mồi ban đầu và mồi cuối (trình tự nucleotide ngắn cung cấp điểm khởi đầu cho quá trình tổng hợp DNA), DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphate, dung dịch đệm và các cation.

Ống phản ứng với tất cả các phần tử được đặt trong một máy tuần hoàn nhiệt từ 94 đến 98 độ C, để phân chia DNA thành các sợi đơn.

Hiệu suất của mồi bắt đầu và quá trình hâm nóng lại xảy ra trong khoảng 75-80 độ C. Bắt đầu tổng hợp từ đầu 5 'đến 3' của DNA.

Đây là tầm quan trọng của việc sử dụng enzym điều nhiệt. Nếu bất kỳ polymerase nào khác được sử dụng, nó sẽ bị phá hủy trong nhiệt độ khắc nghiệt cần thiết để thực hiện quá trình.

Kary Mullis và các nhà nghiên cứu khác tại Cetus Corporation đã phát hiện ra việc loại trừ nhu cầu thêm enzyme sau mỗi chu kỳ biến tính nhiệt của DNA. Enzyme đã được nhân bản, biến đổi và sản xuất với số lượng lớn để bán thương mại.

Xúc tác các phản ứng sinh hóa

Quá trình thủy phân gluten bởi aqualysin1 serine peptidase hoạt tính nhiệt từ T. aqualus, bắt đầu trên 80 ° C trong quá trình làm bánh mì.

Với điều này, người ta đã nghiên cứu sự đóng góp tương đối của gluten bền nhiệt vào kết cấu của vụn bánh mì (Verbauwhede và Colb, 2017).

Sự phân hủy của các hợp chất biphenyl polychlorinated

1. Brock, TD., Đông lạnh chi H. Thermus aquus. n. và sp. n., chất ưa nhiệt cực không cách nhiệt. Năm 1969. J Bacteriol. Quyển 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Thế giới của vi khuẩn. Quỹ biên tập kinh tế văn hóa. Mexico. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Biểu hiện và nghiên cứu các enzym ổn định nhiệt của ngành công nghệ sinh học Universidad Autónoma de Madrid. LUẬN ÁN CỦA BÁC SĨ Madrid. 2011. Có tại: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R và Rodellar C. Cơ sở lý luận cho phản ứng chuỗi polymerase (PCR). AquaTIC nº 15, tháng 11 năm 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Sự phân hủy sinh học của Polychlorinated Biphenyls (PCB) bởi các vi sinh vật .. Acta Universitaria 2005, 15 (Tháng Năm-Tháng Tám). Có sẵn tại redalyc.org.
6. R nhọn, đặc điểm William R. Thermus. Sổ tay Công nghệ sinh học. Springer Science Business Media, LLC. 1995.