Войти
| Thermus aquaticus | |
|---|---|
 | |
| Научная классификация | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Deinococcus – Thermus |
| Класс: | Deinococci |
| Отряд: | Thermales |
| Семейство: | |
| Род: | Thermus |
| Вид: | T. aquaticus |
| Биномиальное название | |
| Thermus aquaticus . Brock Freeze, 1969 | |
Thermus aquaticus - это вид бактерий которые могут переносить высокие температуры, одна из нескольких термофильных бактерий, принадлежащих к группе Deinococcus – Thermus. Он является источником термостойкого фермента ДНК-полимеразы Taq, одного из наиболее важных ферментов в молекулярной биологии, поскольку он используется в полимеразной цепной реакции (ПЦР) метод амплификации ДНК.
Горячие источники с водорослями и бактериями в Йеллоустонском национальном парке Когда в 1960-х годах начались исследования биологических организмов в горячих источниках, ученые полагали, что жизнь термофильных бактерий не может поддерживаться при температурах выше 55 ° C (131 ° F).. Однако вскоре было обнаружено, что многие бактерии в разных источниках не только выживают, но и процветают при более высоких температурах. В 1969 г. Томас Д. Брок и Хадсон Фриз из Университета Индианы сообщили о новом виде термофильных бактерий, которые они назвали Thermus aquaticus. Бактерия была впервые выделена из Грибного источника в Нижней части бассейна Гейзера в Йеллоустонском национальном парке, который находится недалеко от основных Гейзера Большого фонтана и Белого купола. Гейзер, и с тех пор он был обнаружен в аналогичных термальных средах по всему миру.
Т. aquaticus лучше всего растет при температуре от 65 до 70 ° C (от 149 до 158 ° F), но может выжить при температуре от 50 до 80 ° C (от 122 до 176 ° F). Он в первую очередь поглощает белок из окружающей среды, о чем свидетельствует большое количество внеклеточных и внутриклеточных протеаз и пептидаз, а также транспортных белков для аминокислот и олигопептидов через клеточную мембрану. Эта бактерия является хемотрофом - она выполняет хемосинтез для получения пищи. Однако, поскольку его температурный диапазон частично совпадает с температурным диапазоном фотосинтетических цианобактерий, которые разделяют его идеальную среду обитания, иногда обнаруживается, что они живут вместе со своими соседями, получая энергию для роста от их фотосинтеза. T. aquaticus обычно дышит аэробно, но один из его штаммов, Thermus aquaticus Y51MC23, можно выращивать анаэробно.
Генетический материал T. aquaticus состоит из одной хромосомы и четырех плазмид, и его полное секвенирование генома выявило гены CRISPR во многих локусах.
Thermus aquaticus обычно имеет цилиндрическую форму с диаметром от 0,5 мкм до 0,8 мкм. Форма более короткого стержня имеет длину от 5 мкм до 10 мкм. Форма более длинной нити может сильно варьироваться и в некоторых случаях превышает 200 мкм. T. aquaticus показал несколько возможных морфологий в разных культурах. Палочковидные бактерии имеют тенденцию к агрегации. Объединения нескольких особей могут привести к образованию сферических тел диаметром от 10 до 20 мкм, также называемых округлыми телами. Эти тела не состоят из клеточной оболочки или компонентов внешней мембраны, как считалось ранее, а вместо этого состоят из перестроенной клеточной стенки пептидогликана. Их точная функция в выживании T. aquaticus остается неизвестной, но предполагается, что они включают временное хранение пищи и нуклеотидов, или они могут играть роль в прикреплении и организации колоний.
Т. aquaticus стал известен как источник термостабильных ферментов, в частности ДНК-полимеразы Taq, как описано ниже.
Исследования этой чрезвычайно термофильной бактерии, которую можно было выращивать в культуре клеток, первоначально были сосредоточены на попытках понять, как белок ферменты (которые обычно неактивны при высокой температуре) могут функционировать при высокой температуре в термофилах. В 1970 году Фриз и Брок опубликовали статью, описывающую термостабильный фермент альдолазу из T. aquaticus.
Первый выделенный фермент полимераза из T. aquaticus в 1974 г. представляла собой ДНК-зависимую РНК-полимеразу, используемую в процессе транскрипции.
Большинство молекулярных биологов, вероятно, знали о T.. aquaticus в конце 1970-х или начале 1980-х годов из-за выделения полезных эндонуклеаз рестрикции из этого организма. Использование термина Taq для обозначения T hermus aq uaticus возникло в это время из-за правила давать короткие названия рестрикционным ферментам, такие как Sal и Hin, производные от рода и вида. исходных организмов.
ДНК-полимераза была впервые выделена из T. aquaticus в 1976 году. Первое преимущество, обнаруженное у этой термостабильной (температурный оптимум 72 ° C, не денатурирует даже при 95 ° C) ДНК-полимераза заключалась в том, что ее можно было выделить в более чистой форме (без примесей других ферментов), чем ДНК-полимераза из других источников. Позже Кэри Муллис и другие исследователи из Cetus Corporation обнаружили, что этот фермент можно использовать в процессе полимеразной цепной реакции (ПЦР) для амплификации коротких сегментов ДНК, что устраняет необходимость добавлять ферменты полимеразы E. coli после каждого цикла термической денатурации ДНК. Фермент также был клонирован, секвенирован, модифицирован (для получения более короткого «фрагмента Стоффеля») и произведен в больших количествах для коммерческой продажи. В 1989 г. журнал Science назвал полимеразу Taq своей первой молекулой года. В 1993 г. д-р Кэри Маллис был удостоен Нобелевской премии за свою работу с PCR.
Высокая оптимальная температура для T. aquaticus позволяет исследователям изучать реакции в условиях, при которых другие ферменты теряют активность. Другие ферменты, выделенные из этого организма, включают ДНК-лигазу, щелочную фосфатазу, НАДН-оксидазу, изоцитратдегидрогеназу, амиломальтазу и фруктозо-1,6-дисфосфат-зависимая L-лактатдегидрогеназа.
Коммерческое использование ферментов T. aquaticus неоднозначно. После исследований доктора Брока образцы организма были депонированы в Американской коллекции типовых культур, публичном хранилище. Другие ученые, в том числе из Цетуса, получили его оттуда. Когда коммерческий потенциал Taq-полимеразы стал очевиден в 1990-х годах, Служба национальных парков обозначила ее использование как «Великое ограбление Taq». Исследователи, работающие в национальных парках, теперь должны подписывать соглашения о «распределении выгод», которые отправляли бы часть прибыли обратно в Службу парков.
