Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Термус водный
Thermus aquaticus.JPG
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Дейнококк – Термус
Класс:
Дейнококки
Заказ:
Термы
Семья:
Thermaceae
Род:
Thermus
Разновидность:
T. aquaticus
Биномиальное имя
Термус водный
Брок и Фриз, 1969

Thermus aquaticus - это вид бактерий, которые могут переносить высокие температуры, одна из нескольких термофильных бактерий, принадлежащих к группе Deinococcus – Thermus . Это источник термостойкого фермента ДНК-полимеразы Taq , одного из самых важных ферментов в молекулярной биологии, поскольку он используется вметодике амплификации ДНК спомощью полимеразной цепной реакции (ПЦР).

История [ править ]

Горячие источники с водорослями и бактериями в Йеллоустонском национальном парке

Когда в 1960-х годах начались исследования биологических организмов в горячих источниках, ученые думали, что жизнь термофильных бактерий не может поддерживаться при температуре выше 55 ° C (131 ° F). [1] Однако вскоре было обнаружено, что многие бактерии в разных источниках не только выживают, но и процветают при более высоких температурах. В 1969 году Томас Д. Брок и Хадсон Замораживание Университета штата Индиана сообщили о новых видов из термофильных бактерий , которые они назвали Терм Aquaticus . [2] Бактерия была впервые выделена из грибного источника в Нижнем гейзере в Йеллоустонском национальном парке., Который находится вблизи основных Большого фонтана гейзера и белый купол Гейзер , [3] и с тех пор были найдены в подобных тепловых сред обитания по всему миру.

Биология [ править ]

T. aquaticus лучше всего растет при температуре 65–70 ° C (149–158 ° F), но может выжить при температуре 50–80 ° C (122–176 ° F). Он в первую очередь поглощает белок из окружающей среды, о чем свидетельствует большое количество внеклеточных и внутриклеточных протеаз и пептидаз, а также белков, транспортирующих аминокислоты и олигопептиды через его клеточную мембрану. Эта бактерия - хемотроф - она ​​выполняет хемосинтез для получения пищи. Однако, поскольку диапазон температур в нем частично совпадает с диапазоном температур фотосинтезирующих цианобактерий, которые разделяют его идеальную среду обитания, иногда обнаруживается, что он живет вместе со своими соседями, получая энергию для роста от своихфотосинтез . T. aquaticus обычно дышит аэробно, но один из его штаммов, Thermus aquaticus Y51MC23, можно выращивать в анаэробных условиях. [4]

Генетический материал T. aquaticus состоит из одной хромосомы и четырех плазмид , и его полное секвенирование генома выявило гены CRISPR во многих локусах. [5]

Морфология [ править ]

Thermus aquaticus обычно имеет цилиндрическую форму диаметром от 0,5 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. [2] [6] Эти тела не состоят из компонентов клеточной оболочки или внешней мембраны, как считалось ранее, а вместо этого состоят из перестроенной клеточной стенки пептидогликана. Их точная функция в выживании T. aquaticusостается неизвестным, но теоретически предполагает временное хранение пищи и нуклеотидов, или они могут играть роль в прикреплении и организации колоний. [5]

Ферменты T. aquaticus [ править ]

T. aquaticus стал известен как источник термостабильных ферментов, в частности ДНК-полимеразы Taq , как описано ниже.

Альдолаза [ править ]

Исследования этой чрезвычайно термофильной бактерии, которую можно было бы выращивать в культуре клеток, изначально были сосредоточены на попытках понять, как ферменты , которые обычно неактивны при высокой температуре, могут функционировать при высокой температуре в термофилах . В 1970 году Фриз и Брок опубликовали статью с описанием термостабильного фермента альдолазы T. aquaticus . [7]

РНК-полимераза [ править ]

Первая полимераза фермент , выделенный из T. адиайсиза в 1974 году был ДНК-зависимой РНК - полимеразой , [8] , используемая в процессе транскрипции .

Фермент рестрикции Taq I [ править ]

Дополнительная информация: TaqI

Большинство молекулярных биологов, вероятно, узнали о T. aquaticus в конце 1970-х или начале 1980-х годов из-за выделения из этого организма полезных эндонуклеаз рестрикции . [9] Использование термина Taq для обозначения T Hermus водн uaticus возникла в это время из конвенции дает рестрикционных ферментов короткие имена, такие как Sal и Hin, полученные из рода и вида исходных организмов.

ДНК-полимераза ("Taq pol") [ править ]

Дополнительная информация: полимераза Taq

ДНК-полимераза была впервые выделена из T. aquaticus в 1976 году. [10] Первым преимуществом, обнаруженным для этой термостабильной (температурный оптимум 72 ° C, не денатурируется даже при 95 ° C) ДНК-полимеразы, было то, что ее можно было выделить в более чистой форме. (без других ферментных примесей), чем ДНК-полимераза из других источников. Позже, Муллис и другие исследователи в Cetus Corporation обнаружили , что этот фермент может быть использован в полимеразной цепной реакции процесса (ПЦР) амплификации коротких сегментов ДНК , [11] , исключающей необходимость добавить полимеразы E. Coli ферменты после каждого цикла тепловой денатурация ДНК. Фермент также былклонированы , секвенированы , модифицированы (для получения более короткого «фрагмента Стоффеля») и произведены в больших количествах для коммерческой продажи. [12] В 1989 г. журнал Science назвал полимеразу Taq своей первой молекулой года. [13] В 1993 году Муллису была присуждена Нобелевская премия по химии за его работу с ПЦР. [14]

Другие ферменты [ править ]

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-зависимую L-лактатдегидрогеназу .

Противоречие [ править ]

Коммерческое использование ферментов T. aquaticus вызвало споры. После исследований Брока образцы этого организма были депонированы в Американской коллекции типовых культур , публичном хранилище. Другие ученые, в том числе из Цетуса, получили его оттуда. Поскольку коммерческий потенциал Taq - полимераза стал очевидным в 1990 - х годах, [15] Национальный парк маркирован его использование в качестве «Great Taq плагиата». [16] Исследователи, работающие в национальных парках, теперь должны подписывать соглашения о «распределении выгод», которые отправляли бы часть последующей прибыли обратно в Службу парков.

См. Также [ править ]

  • Биотехнологии
  • Гейзер
  • Термофилы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эссе Томаса Брока «Жизнь при высоких температурах»
  2. ^ a b Брок Т.Д .; Фриз Х (1969). « Thermus aquaticus , неспорообразующий крайний термофил» . J. Bacteriol . 98 (1): 289–97. DOI : 10.1128 / jb.98.1.289-297.1969 . PMC  249935 . PMID  5781580 .
  3. ^ Брайан, Т. Скотт (2008). Гейзеры Йеллоустона, The (4-е изд.). Университетское издательство Колорадо. ISBN 978-0-87081-924-7.
  4. ^ Пирсон, Беверли К .; Баулд, Джон; Кастенхольц, Ричард В .; Д'Амелио, Элиза; Марэ, Дэвид Дж. Дес; Фермер, Джек Д .; Гротцингер, Джон П .; Йоргенсен, Бо Баркер; Нельсон, Дуглас К. (1992-06-26), Шопф, Дж. Уильям; Klein, Cornelis (ред.), "Современные Mat-строительные микробные сообщества: ключ к интерпретации протерозоя строматолитовые сообществ", протерозоя биосфера (1 -е изд.), Cambridge University Press, стр 245-342,. Дои : 10,1017 / cbo9780511601064.008 , ISBN 978-0-521-36615-1
  5. ^ a b Brumm, Phillip J .; Монсма, Скотт; Кео, Брендан; Ясиновица Светлана; Фергюсон, Эрин; Шенфельд, Томас; Лодс, Майкл; Мид, Дэвид А. (2015). «Полная последовательность генома Thermus aquaticus Y51MC23» . PLOS One . 10 (10): e0138674. DOI : 10.1371 / journal.pone.0138674 . ISSN 1932-6203 . PMC 4605624 . PMID 26465632 .   
  6. ^ Brock TD; Эдвардс MR (1970). «Тонкая структура Thermus aquaticus , экстремального термофила» . J. Bacteriol . 104 (1): 509–517. DOI : 10.1128 / jb.104.1.509-517.1970 . PMC 248237 . PMID 5473907 .  
  7. ^ Заморозить H; Брок Т.Д. (1970). «Термостабильная альдолаза от Thermus aquaticus» . J. Bacteriol . 101 (2): 541–50. DOI : 10.1128 / jb.101.2.541-550.1970 . PMC 284939 . PMID 4984076 .  
  8. ^ Air GM; Харрис Джи (1974). «ДНК-зависимая РНК-полимераза из термофильных бактерий Thermus aquaticus ». Письма FEBS . 38 (3): 277–281. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (74) 80072-4 . PMID 4604362 . 
  9. Перейти ↑ Sato, S (февраль 1978 г.). «Однократное расщепление ДНК обезьяньего вируса 40 (SV40) сайт-специфической эндонуклеазой из Thermus aquaticus, Taq I». J. Biochem . 83 (2): 633–5. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a131952 . PMID 204628 . 
  10. ^ Чиен, А; Эдгар ДБ; Trela ​​JM (1 сентября 1976 г.). «Полимераза дезоксирибонуклеиновой кислоты из крайнего термофила Thermus aquaticus» . J. Bacteriol . 127 (3): 1550–7. DOI : 10.1128 / jb.127.3.1550-1557.1976 . PMC 232952 . PMID 8432 .  
  11. ^ Сайки, РК; и другие. (1988). «Праймер-направленная ферментативная амплификация ДНК с термостабильной ДНК-полимеразой» . Наука . 239 (4839): 487–91. Bibcode : 1988Sci ... 239..487S . DOI : 10.1126 / science.239.4839.487 . PMID 2448875 . 
  12. ^ Юрист FC; и другие. (1993). «Высокий уровень экспрессии, очистки и ферментативной характеристики полноразмерной ДНК-полимеразы Thermus aquaticus» . Методы ПЦР Прил . 2 (4): 275–87. DOI : 10.1101 / gr.2.4.275 . PMID 8324500 . 
  13. ^ Guyer RL; Кошланд Д.Е. (декабрь 1989 г.). «Молекула года». Наука . 246 (4937): 1543–6. DOI : 10.1126 / science.2688087 . PMID 2688087 . 
  14. ^ Маллис, Карого Б. (8 декабря 1993). «Нобелевская лекция - Полимеразная цепная реакция» .
  15. ^ Fore J; Wiechers IR; Кук-Диган Р. (2006). «Влияние деловой практики, лицензирования и интеллектуальной собственности на развитие и распространение полимеразной цепной реакции: тематическое исследование» . J Biomed Discov Collab . 1 : 7. DOI : 10,1186 / 1747-5333-1-7 . PMC 1523369 . PMID 16817955 .   - Подробная история Cetus и коммерческие аспекты PCR.
  16. ↑ Роббинс Дж. (28 ноября 2006 г.). «Поиск частной прибыли в общественных парках страны» . Нью-Йорк Таймс .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Брок, Томас Д. (1 августа 1997 г.). «Ценность фундаментальных исследований: открытие Thermus aquaticus и других экстремальных термофилов» . Генетика . 146 (4): 1207–10. PMC  1208068 . PMID  9258667 .
  • Хоган, Майкл (2010). «Экстремофилы» . Энциклопедия Земли . 146 (4): 1207–10. PMC  1208068 . PMID  9258667 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Типовой штамм Thermus aquaticus в Bac Dive - База метаданных по бактериальному разнообразию