Hallitse | Bakteerit |
---|---|
Haara | Deinococcus-Thermus |
Luokka | Deinokokit |
Tilaus | Lämpö |
Ystävällinen | Thermus |
Thermus aquaticus on bakteerilaji, joka sietää korkeita lämpötiloja . In Gram-negatiivisia ja aerobinen , se on osa bakteerien termofiilisen kuuluvat Mollusca on Deinococcus-Thermus . Taq-DNA-polymeraasi , yksi lämpöstabileista entsyymeistä, joita käytetään eniten molekyylibiologiassa , erityisesti PCR- tekniikassa,uutettiin tästä bakteerista. Se voi selviytyä jopa 85 ° C: n lämpötiloissa ja hyvin happamissa olosuhteissa, mikä tekee siitä yhden ensimmäisistälöydetyistä ekstremofiileistä .
1960-luvulla, kun ensimmäiset kuumissa lähteissä elävien organismien biologiset tutkimukset alkoivat, tutkijat uskoivat, että termofiiliset bakteerit eivät kyenneet selviytymään noin 55 ° C: n lämpötiloista. Pian he kuitenkin havaitsivat, että monet bakteerit erilaisista kuumista lähteistä eivät vain selviytyneet, vaan myös menestyivät yli 55 ° C: n lämpötiloissa. Vuonna 1969 Thomas Brock ja Hudson Freeze Indianan yliopistosta tunnistivat uuden termofiilisten bakteerilajien, joita he kutsuivat Thermus aquaticukseksi . Se eristettiin ensimmäisen kerran Sienen lähteestä Yellowstonen kansallispuiston ala-geysirialtaassa , joka on lähde lähellä Suurta suihkulähdettä ja Valkoisen kupolin geysirejä, ja on sen jälkeen löydetty vastaavista kuumista ympäristöistä ympäri maailmaa.
Sen ihanteellinen kehityslämpötila on 70 ° C, mutta se sietää lämpötila-alueen 50-80 ° C. Tämä bakteeri on kemotrofinen , toisin sanoen se käyttää kemosynteesiä metaboliansa hoitamiseksi . Kuitenkin, koska sen siedetty lämpötila-alue menee jonkin verran päällekkäin ihanteellisen ympäristön jakavien fotosynteettisten syanobakteerien lämpötilan kanssa , sen todetaan joskus elävän läheisesti naapurimaiden syanobakteeriensa kanssa, mikä käyttää niiden fotosynteesin energiaa omaan kasvuunsa .
Thermus aquaticus on muodoltaan yleensä sylinterimäinen (sauva), jonka halkaisija on 0,5 - 0,8 pm . Lyhyimmät tangot ovat välillä 5-10 um. Pisimmillä filamenteilla on laaja kokovalikoima ja ne voivat joskus ylittää 200 pm. Tangonmuotoiset bakteerit pyrkivät muodostamaan aggregaatteja, ja T. aquaticuksen tapauksessa nämä aggregaatit voivat muodostaa pallomaisia kappaleita, joiden halkaisija on 10-20 pm, joita kutsutaan myös pyöriviksi kappaleiksi .
Thermus aquaticus on tullut tunnetuksi kyvystään tuottaa lämpöstabileita entsyymejä, erityisesti alla kuvattua Taq-polymeraasia .
Kun tätä bakteeria on viljelty onnistuneesti laboratoriossa, ensimmäisissä tutkimuksissa yritettiin ymmärtää, kuinka entsyymit termofiileissä (jotka yleensä denaturoidaan korkeissa lämpötiloissa) voisivat toimia tällaisissa lämpötiloissa. Vuonna 1970 Freeze ja Brock julkaisivat artikkelin, joka kuvaa T. aquaticuksen termostabiilia aldolaasia .
Ensimmäinen T. aquaticuksesta eristetty polymeraasi vuonna 1974 oli DNA-riippuvainen RNA-polymeraasi , jota käytettiin transkriptioprosessissa .
Suurin osa molekyylibiologeista on todennäköisesti kuullut tästä bakteerista pikemminkin 1970-luvun lopulla tai 1980-luvun alussa, koska tässä organismissa on eristetty restriktioentsyymejä , jotka voivat olla hyödyllisiä heidän alallaan. Tähän aikaan ehdotettiin termin Taq ( suvun nimen ensimmäinen kirjain ja lajien nimen kaksi ensimmäistä kirjainta ) käyttöä, samoin kuin yleissopimus lyhyiden nimien antamisesta restriktioentsyymeille. Suvun ja tuottajaorganismilajin nimestä. (kuten Sal ja Hin päässä Streptomyces albus ja Haemophilus influenzaen vastaavasti ) tuli voimaan.
DNA-polymeraasi peräisin Thermus aquaticus eristettiin ensimmäisen kerran vuonna 1976. Ensimmäinen etu Tämän entsyymin lämpöstabiilia (optimilämpötila 72 ° C) oli, että se voitaisiin eristää puhtaassa muodossa (ilman muuta entsyymiä, epäpuhtauksia) kuin polymeraasit muista organismeista. Myöhemmin Kary Mullis ja muut Cetus Corporationin tutkijat havaitsivat, että tätä entsyymiä voidaan käyttää PCR: ssä, jolloin entsyymiä ei tarvita lisätä jokaisen DNA: n termisen denaturoitumisen jälkeen. Entsyymi on myös kloonattu, sekvensoitu , modifioitu (tuottamaan lyhyempi fragmentti, "Stoffel", joka on menettänyt 5'-3'-eksonukleaasiaktiivisuuden) ja tuotettu suurina määrinä kaupallisiin tarkoituksiin. Vuonna 1989 Science- lehti valitsi Taq-polymeraasin ensimmäiseksi "Vuoden molekyyliksi". Vuonna 1993 Kary Mullis voitti kemian Nobel-palkinnon PCR-työstään.
Thermus aquaticuksen suuri lämpötilaoptimi antaa tutkijoille mahdollisuuden tutkia biokemiallisia reaktioita olosuhteissa, joissa muut entsyymit menettävät aktiivisuutensa. Muita entsyymejä on eristetty tästä organismista, mukaan lukien ligaasia , alkalinen fosfataasi , NADH oksidaasi , isositraattidehydrogenaasin , amylomaltaasilla, ja fructose- riippuvainen 1,6-bisfosfaatti- laktaattidehydrogenaasia .
Thermus aquaticuksen entsyymien kaupallinen käyttö on aiheuttanut useita kiistoja. Brockin työn tuloksena näytteet tästä organismista talletettiin American Type Culture Collection -kokoelmaan , joka on julkinen arkisto. Muilla tutkijoilla, myös Cetukselta, on ollut pääsy siihen. Vaikka Taq-polymeraasin kaupallinen potentiaali alkoi näkyä 1990-luvulla, National Park Service (National Park Service) on nimennyt sen käytön nimellä "Great Fraud Taq" (englanninkielinen Great Taq Rip-off ). Amerikkalaisten kansallispuistoissa työskentelevien tutkijoiden on nyt allekirjoitettava "voittojen jakamista" koskeva peruskirja, joka siirtää osan mahdollisista tulevista voitoista Park Servicelle.