Características do Thermus aquaticus, ciclo de vida, aplicações

Thermus aquaticus é uma bactéria termofílica, descoberta por Thomas Brock em 1967, localizada no Filo Deinococcus-Thermus. É um microorganismo gram-negativo, heterotrófico e aeróbico que possui estabilidade térmica como propriedade intrínseca.

É obtido a partir de uma variedade de fontes térmicas entre 50 ° C e 80 ° C e pH 6,0 a 10,5 no Parque Nacional de Yellowstone e na América do Norte. Também foi isolado de habitats térmicos artificiais.

É uma fonte de enzimas resistentes ao calor, que sobrevivem aos diferentes ciclos de desnaturação. Neste contexto, proteínas e enzimas são de especial interesse para a indústria de biotecnologia.

É assim que as enzimas que a compõem são utilizadas em engenharia genética, na reação em cadeia da polimerase (PCR), e como ferramenta para pesquisas científicas e forenses (Williams e Sharp, 1995).

Índice

• 1 Filogenia e taxonomia
• 2 Morfologia
• 3 ciclo de vida
• 4 Estrutura celular e metabolismo
• 5 aplicações
  • 5.1 Amplificar fragmentos
  • 5.2 Catalisar reações bioquímicas
  • 5.3 Biotecnologia Alimentar
  • 5.4 Degradação de compostos bifenílicos policlorados
• 6 referências

Filogenia e taxonomia

Este microorganismo é enquadrado sob a abordagem clássica:

• Reino: Bactérias
• Filo: Deinococcus-Thermus
• Classe: Deinococos
• Ordem: Thermales
• Família: Thermaceae
• Gênero: Thermus
• Espécie: Thermus aquaticus.

Morfologia

Thermus aquaticus vem na forma de filamentos com um comprimento de 5 microns a 10 microns. O filamento mais longo foi encontrado com um tamanho superior a 200 mícrons (Brock e Freeze, 1969).

A tendência é agrupar, formando associações esféricas de indivíduos.

Ciclo de vida

Em geral, bactérias, incluindo T. aquaticus, se reproduzem assexuadamente por divisão celular. O único cromossomo do DNA começa a se replicar; replica para poder herdar toda a informação genética das células filhas, devido à presença da enzima chamada DNA polimerase. Aos 20 minutos, o novo cromossomo está completo e fixado em um local da célula.

A divisão continua e aos 25 min, os dois cromossomos começaram a dobrar. Uma divisão aparece no centro da célula e aos 38 min. as células filhas apresentam a divisão separada por uma parede, terminando a divisão assexual em 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Estrutura celular e metabolismo

Por se tratar de uma bactéria gram-negativa, possui uma membrana externa (camada lipoproteica) e periplasma (membrana aquosa), onde está localizado o peptidoglicano. Nenhum cílio ou flagelo é observado.

A composição dos lipídios destes organismos termofílicos deve adaptar-se às flutuações da temperatura do contexto onde se desenvolvem, para manter a funcionalidade dos processos celulares, sem perder a estabilidade química necessária para evitar a dissolução em altas temperaturas (Ray et al. 1971).

Por outro lado, T. aquaticus tornou-se uma verdadeira fonte de enzimas termoestáveis. Taq DNA polimerase, é uma enzima que catalisa a lise de um substrato gerando uma dupla ligação, por isso está relacionada a enzimas do tipo liase (enzimas que catalisam a liberação das ligações).

Dado que provém de uma bactéria termofílica, resiste a incubações prolongadas a altas temperaturas (Lamble, 2009).

Deve-se notar que cada organismo possui DNA polimerase para sua replicação, mas devido a sua composição química não resiste a altas temperaturas. É por isso que a ADN polimerase taq é a principal enzima utilizada para amplificar sequências do genoma humano, bem como os genomas de outras espécies.

Aplicações

Amplificar fragmentos

A estabilidade térmica da enzima permite que ela seja usada em técnicas para amplificar fragmentos de DNA através de replicação in vitro, como PCR (polymerase chain reaction) (Mas e Colbs, 2001).

Para isso, são necessários primers iniciais e finais (seqüência curta de nucleotídeos que fornece um ponto de partida para a síntese de DNA), polimerase de DNA, trifosfato de desoxirribonucleotídeos, tampão e cátions.

O tubo de reação com todos os elementos é colocado em um termociclador entre 94 e 98 graus Celsius, para dividir o DNA em cadeias simples.

Comece o desempenho dos primers e reaquecimento ocorre novamente entre 75-80 graus Celsius. Comece a síntese da extremidade 5 'para a 3' do DNA.

Aqui está a importância de usar a enzima termoestável. Se qualquer outra polimerase fosse usada, seria destruída durante as temperaturas extremas necessárias para realizar o processo.

Kary Mullis e outros pesquisadores da Cetus Corporation descobriram a exclusão da necessidade de adicionar enzima após cada ciclo de desnaturação térmica do DNA. A enzima foi clonada, modificada e produzida em grandes quantidades para venda comercial.

Catalisar reações bioquímicas

Os estudos de enzimas termoestáveis ​​levaram à aplicação em uma enorme variedade de processos industriais e foram um grande avanço na biologia molecular.Do ponto de vista biotecnológico, suas enzimas são capazes de catalisar reações bioquímicas sob condições extremas de temperatura.

Por exemplo, a pesquisa foi desenvolvida para desenvolver um processo para gerenciar resíduos de penas de galinha sem o uso de microrganismos potencialmente infecciosos.

Nós investigamos a biodegradação da pena de galinha mediada pela produção de protease queratinolítica, que envolve o uso de T. aquaticus termofílico não-patogênico (Bhagat, 2012).

Biotecnologia Alimentar

A hidrólise do glúten pela serina peptidase aqualisina1 de T. aquaticus, inicia-se acima de 80 ° C na confecção de pão.

Com isso, estuda-se a contribuição relativa do glúten termoestável à textura do miolo do pão (Verbauwhede e Colb, 2017).

Degradação de compostos bifenílicos policlorados

Em relação à utilidade no campo industrial, as enzimas de Thermus aquaticus como bactérias termofílicas são aplicadas na degradação de compostos policlorados de bifenilas (PCBs).

Estes compostos são utilizados como refrigerantes em equipamentos elétricos. A toxicidade é muito ampla e sua degradação é muito lenta (Ruiz, 2005).

Referências

1. Annelien E. Verbauwhede, Marlies. Lambrecht, Ellen Fierens, Senne Hermans, Oksana Shegay, Kristof Brijs, Jan A. Delcour. A inibição termo reversível faz com que a aqualisina 1 de Thermus aquaticus seja uma ferramenta poderosa para estudar a contribuição da rede de glúten de trigo para a textura do pão fresco. Food Volume 264, 30 de outubro de 2017, 118-125. Disponível em: sciencedirect.com.
2. Bhagat A, Smita Lele. Degradação de penas de galinha com Thermus aquaticus YT-1 e aplicação de protease queratinolítica produzida. Revista de Ciência e Tecnologia Agrícola, 2012Vol. 1 Num 1. Obtido em: sciencejournals.stmjournals.in.
3. Brock, TD., Congelar H. Thermus aquaticus gen. n. e sp. n., para não esporular termófilo extremo. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
4. Dreifus Cortes, George. O mundo dos micróbios. Fundo Editorial da cultura econômica. México 2012
5. Ferreras P. Eloy R. Expressão e estudo de enzimas termoestáveis ​​de interesse biotecnológico Universidade Autônoma de Madri. TESE DOUTORAL Madrid. 2011. Disponível em: repositorio.uam.es.
6. Lamble Sarah. Evolução dirigida da DNA polimerase de Thermus aquaticus por auto-replicação compartimentalizada. Universidade de Bath. Tese de Doutorado. Disponível em: purehost.bath.ac.uk.
7. Mas E, Poza J, Ciriza J, Saragoça P, Osta R e Rodellar C. Bases da Reação em Cadeia da Polimerase (PCR). AquaTIC nº 15, novembro de 2001.
8. Ray P. H, White DC, Brock, TD. Efeito da temperatura na composição de ácidos graxos de Thermus aquaticus. Journal of Bacteriology1971; 106 (1): 25-30. Disponível em: ncbi.nlm.nih.gov.
9. Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradação de Bifenilos Policlorados (PCBs) por Microorganismos ... University Act [online] 2005, 15 (maio-agosto). Disponível em redalyc.org.
10. R afiado, espécie de William R. Thermus. Manuais de Biotecnologia. Springer Science Business Media, LLC. 1995