ลักษณะของเทอร์มัสอะควาคัสวัฏจักรชีวิตการใช้งาน - ชีววิทยา - 2026

เทอร์มัสอะควาคัสเป็นแบคทีเรียที่ทนความร้อนซึ่งค้นพบโดยโทมัสบร็อคในปี พ.ศ. 2510 ซึ่งอยู่ในไฟลัมดีโนคอคคัส - เทอร์มัส เป็นจุลินทรีย์แกรมลบเฮเทอโรโทรฟิกและแอโรบิกซึ่งมีเสถียรภาพทางความร้อนเป็นสมบัติภายใน

ได้มาจากน้ำพุร้อนที่หลากหลายระหว่าง 50 ° C ถึง 80 ° C และ pH 6.0 ถึง 10.5 ในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนและในแคลิฟอร์เนียในอเมริกาเหนือ นอกจากนี้ยังถูกแยกออกจากแหล่งที่อยู่อาศัยความร้อนเทียม

เทอร์มัสอะควาคัส. แบคทีเรียสะสมบนตัวกรองมิลลิพอร์ 0.22 m (ขนาด = 1 μm)

มันเป็นแหล่งของเอนไซม์ที่ทนความร้อนซึ่งอยู่รอดในวัฏจักรการเปลี่ยนสภาพที่แตกต่างกัน ในบริบทนี้โปรตีนและเอนไซม์เป็นสิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ

นี่คือวิธีที่เอนไซม์ที่ประกอบเป็นส่วนประกอบถูกใช้ในพันธุวิศวกรรมในปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) และเป็นเครื่องมือวิจัยทางวิทยาศาสตร์และนิติวิทยาศาสตร์ (Williams and Sharp, 1995)

ลักษณะทั่วไป

น้ำพุร้อน Yellowstone Park เทอร์มัสอะควาคัสถูกแยกออกจากน้ำพุร้อน ที่มา: Pixabay

มันเป็นกรัมลบ

เทอร์มัสอะควาคัสเมื่ออยู่ภายใต้กระบวนการย้อมสีแกรมจะได้สีบานเย็น เนื่องจากผนังเปปทิโดไกลแคนมีความบางมากจึงไม่ทำให้อนุภาคของสีย้อมติดอยู่

ที่อยู่อาศัย

แบคทีเรียนี้ออกแบบมาเพื่อให้ทนต่ออุณหภูมิที่สูงมาก นี่หมายความว่าที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติของพวกมันคือสถานที่บนโลกที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 50 ° C

ในแง่นี้แบคทีเรียชนิดนี้ถูกแยกออกจากกีย์เซอร์ซึ่งพบได้บ่อยที่สุดในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน จากน้ำพุร้อนทั่วโลกและจากสภาพแวดล้อมน้ำร้อนเทียม

มันเป็นแอโรบิค

ซึ่งหมายความว่าเทอร์มัสอะควาคัสเป็นแบคทีเรียต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเพียงพอเพื่อดำเนินกระบวนการเผาผลาญ

เป็นเทอร์โมฟิลิก

นี่เป็นหนึ่งในลักษณะที่เป็นตัวแทนของเทอร์มัสอะควาคัส แบคทีเรียนี้ถูกแยกออกจากที่ที่มีอุณหภูมิสูงมาก

เทอร์มัสอะควาคัสเป็นแบคทีเรียชนิดพิเศษและดื้อยาเนื่องจากที่อุณหภูมิสูงถึงระดับที่รองรับโปรตีนในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะถูกทำให้เสื่อมสภาพและไม่สามารถย้อนกลับได้เพื่อทำหน้าที่ของมัน

แบคทีเรียนี้มีอุณหภูมิการเจริญเติบโตอยู่ระหว่าง 40 ° C ถึง 79 ° C โดยอุณหภูมิการเจริญเติบโตที่เหมาะสมคือ 70 ° C

มันเป็น heterotrophic

เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันแบคทีเรียชนิดนี้ต้องการสารประกอบอินทรีย์ที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมเพื่อพัฒนา แหล่งที่มาหลักของอินทรียวัตถุคือแบคทีเรียและสาหร่ายที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมเช่นเดียวกับดินโดยรอบ

เจริญเติบโตได้ดีในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างเล็กน้อย

pH ที่เหมาะสมซึ่ง Thermus Aquaticus สามารถพัฒนาได้โดยไม่ต้องมีโปรตีนที่ทำให้สูญเสียการทำงานอยู่ระหว่าง 7.5 ถึง 8 ควรจำไว้ว่า 7 ในระดับ pH เป็นกลาง ข้างบนนี้เป็นด่างและด้านล่างเป็นกรด

ผลิตเอนไซม์จำนวนมาก

เทอร์มัสอะควาคัสเป็นจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์มากในระดับทดลองเนื่องจากความสามารถในการดำรงชีวิตในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

จากการตรวจสอบหลายครั้งพบว่ามันสังเคราะห์เอนไซม์จำนวนมากที่อยากรู้อยากเห็นในจุลินทรีย์อื่น ๆ ที่อุณหภูมิเดียวกันจะถูกทำให้เสื่อมสภาพและสูญเสียการทำงานไป

เอนไซม์ที่สังเคราะห์โดยเทอร์มัสอะควาคัสที่ได้รับการศึกษามากที่สุด ได้แก่

• Aldolasse
• เอนไซม์ จำกัด Taq I
• ดีเอ็นเอลิเกส
• อัลคาไลน์ฟอสฟาเทส
• ไอโซซิเตรตดีไฮโดรจีเนส
• อะไมโลมัลเทส

Phylogeny และอนุกรมวิธาน

จุลินทรีย์นี้ถูกวางกรอบภายใต้แนวทางดั้งเดิม:

• ราชอาณาจักร: แบคทีเรีย
• ไฟลัม: Deinococcus- Thermus
• คลาส: Deinococci
• คำสั่ง: Thermales
• วงศ์: Thermaceae
• สกุล: Thermus
• ชนิด: Thermus Aquaticus

สัณฐานวิทยา

แบคทีเรีย Thermus Aquaticus อยู่ในกลุ่มแบคทีเรียรูปแท่ง (bacilli) เซลล์มีขนาดประมาณ 4 ถึง 10 ไมครอน เซลล์ขนาดใหญ่มากสามารถมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์เช่นเดียวกับเซลล์ขนาดเล็ก พวกมันไม่มีซิเลียหรือแฟลกเจลลาบนผิวเซลล์

เซลล์เทอร์มัสอะควาคัสมีเมมเบรนซึ่งประกอบด้วยสามชั้น ได้แก่ ชั้นพลาสม่าภายในชั้นภายนอกที่มีลักษณะหยาบและชั้นกลาง

ลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของแบคทีเรียประเภทนี้คือมีโครงสร้างที่ดูเหมือนแท่งในเยื่อหุ้มชั้นในซึ่งเรียกว่าเนื้อเน่า

ในทำนองเดียวกันแบคทีเรียเหล่านี้มี peptidoglycan ในผนังเซลล์น้อยมากและแตกต่างจากแบคทีเรียแกรมบวกที่มีไลโปโปรตีน

เมื่อสัมผัสกับแสงธรรมชาติเซลล์ของแบคทีเรียสามารถเปลี่ยนเป็นสีเหลืองชมพูหรือแดงได้ เนื่องจากเม็ดสีที่มีอยู่ในเซลล์แบคทีเรีย

สารพันธุกรรมประกอบด้วยโครโมโซมทรงกลมเดี่ยวที่มีดีเอ็นเออยู่ ในจำนวนนี้ประมาณ 65% ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ Guanine และ Cytosine โดยมีนิวคลีโอไทด์ของ Thymine และ Adenine คิดเป็น 35%

วงจรชีวิต

โดยทั่วไปแบคทีเรียรวมทั้ง T. Aquatus จะสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศโดยการแบ่งเซลล์ โครโมโซมดีเอ็นเอเดี่ยวเริ่มทำซ้ำ มันจำลองแบบเพื่อให้สามารถสืบทอดข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดไปยังเซลล์ลูกสาวได้เนื่องจากมีเอนไซม์ที่เรียกว่า DNA polymerase ภายใน 20 นาทีโครโมโซมใหม่จะเสร็จสมบูรณ์และได้รับการแก้ไขในเซลล์

การแบ่งยังคงดำเนินต่อไปและหลังจาก 25 นาทีโครโมโซมทั้งสองก็เริ่มซ้ำกัน การแบ่งตัวจะปรากฏขึ้นตรงกลางเซลล์และเวลา 38 นาที เซลล์ลูกสาวนำเสนอการแบ่งตัวที่คั่นด้วยผนังสิ้นสุดการแบ่งเพศที่ 45-50 นาที (Dreifus, 2012).

โครงสร้างของเซลล์และการเผาผลาญ

เนื่องจากเป็นแบคทีเรียแกรมลบจึงมีเยื่อหุ้มชั้นนอก (ชั้นไลโปโปรตีน) และเยื่อหุ้มชั้นนอก (เยื่อน้ำ) ซึ่งเป็นที่ตั้งของเพปทิโดไกลแคน ไม่พบ cilia หรือ flagella

องค์ประกอบของลิปิดของสิ่งมีชีวิตที่ทนความร้อนเหล่านี้ต้องปรับให้เข้ากับความผันผวนของอุณหภูมิของบริบทที่พวกมันพัฒนาเพื่อรักษาการทำงานของกระบวนการเซลล์โดยไม่สูญเสียเสถียรภาพทางเคมีที่จำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการละลายที่อุณหภูมิสูง (Ray et al. พ.ศ. 2514)

ในทางกลับกัน T. Aquaticus ได้กลายเป็นแหล่งที่แท้จริงของเอนไซม์ที่ทนต่ออุณหภูมิได้ Taq DNA polymerase เป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาการแตกตัวของสารตั้งต้นสร้างพันธะคู่ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับเอนไซม์ไลเซส (เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาการปลดปล่อยพันธะ)

เนื่องจากมันมาจากแบคทีเรียที่ทนความร้อนจึงต่อต้านการฟักตัวเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง (Lamble, 2009)

ควรสังเกตว่าสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมี DNA polymerase สำหรับการจำลองแบบ แต่เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีของมันจึงไม่ต้านทานอุณหภูมิสูง นั่นคือเหตุผลที่ taq DNA polymerase เป็นเอนไซม์หลักที่ใช้ในการขยายลำดับของจีโนมมนุษย์เช่นเดียวกับจีโนมของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ

การประยุกต์ใช้งาน

ขยายส่วนย่อย

เสถียรภาพทางความร้อนของเอนไซม์ช่วยให้สามารถใช้ในเทคนิคเพื่อขยายชิ้นส่วนดีเอ็นเอผ่านการจำลองแบบในหลอดทดลองเช่น PCR (ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส) (Mas and Colbs, 2001)

สิ่งนี้ต้องการไพรเมอร์เริ่มต้นและขั้นสุดท้าย (ลำดับนิวคลีโอไทด์สั้น ๆ ที่เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์ DNA), DNA polymerase, deoxyribonucleotide triphosphate, สารละลายบัฟเฟอร์และไอออนบวก

ท่อปฏิกิริยาที่มีองค์ประกอบทั้งหมดจะถูกวางไว้ในวงจรความร้อนระหว่าง 94 ถึง 98 องศาเซลเซียสเพื่อแบ่งดีเอ็นเอออกเป็นเส้นเดี่ยว

ประสิทธิภาพของไพรเมอร์จะเริ่มขึ้นและการอุ่นจะเกิดขึ้นอีกครั้งระหว่าง 75-80 องศาเซลเซียส เริ่มต้นการสังเคราะห์จากส่วนปลายของ DNA 5 ′ถึง 3′

นี่คือความสำคัญของการใช้เอนไซม์ที่ควบคุมอุณหภูมิได้ หากมีการใช้โพลีเมอเรสอื่น ๆ มันจะถูกทำลายในช่วงอุณหภูมิที่สูงมากที่จำเป็นในการดำเนินการ

Kary Mullis และนักวิจัยคนอื่น ๆ ที่ Cetus Corporation พบว่าการยกเว้นความจำเป็นในการเพิ่มเอนไซม์หลังจากแต่ละรอบของการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนของ DNA เอนไซม์ถูกโคลนดัดแปลงและผลิตในปริมาณมากเพื่อจำหน่ายในเชิงพาณิชย์

เร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี

การไฮโดรไลซิสของกลูเตนโดยเทอร์โมแอกทีฟซีรีนเปปทิเดส aqualysin1 จาก T. Aqualysus เริ่มต้นที่อุณหภูมิ 80 ° C ในการทำขนมปัง

ด้วยเหตุนี้จึงมีการศึกษาการมีส่วนร่วมของกลูเตนที่เสถียรต่อความร้อนต่อเนื้อของเศษขนมปัง (Verbauwhede and Colb, 2017)

การย่อยสลายสารประกอบไบฟีนิลโพลีคลอรีน

1. Brock, TD., ตรึง H. Thermus Aquaticus gen. n. และ sp. น. เทอร์โมไพล์ที่ไม่ผ่านการเผาผลาญมาก 2512 เจแบคทีเรีย. เล่ม 98 (1). 289-297
2. Dreifus Cortes, George โลกของจุลินทรีย์ กองบรรณาธิการกองทุนวัฒนธรรมทางเศรษฐกิจ. เม็กซิโก 2555.
3. Ferreras P. Eloy R. การแสดงออกและการศึกษาเอนไซม์ที่ทนความร้อนได้ของผลประโยชน์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ Universidad Autónoma de Madrid วิทยานิพนธ์ปริญญาเอกมาดริด 2554. มีจำหน่ายที่: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R และ Rodellar C. เหตุผลสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) AquaTIC nº 15 พฤศจิกายน 2544
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradation of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) โดยจุลินทรีย์ .. Acta Universitaria 2005, 15 (พฤษภาคม - สิงหาคม). มีให้ที่ redalyc.org
6. Sharp R, วิลเลียมอาร์เทอร์มัส specie คู่มือชีวบำบัด. Springer Science Business Media, LLC. 1995.