Thermus aquaticus: características, ciclo de vida, aplicações - Ciência - 2023

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

É obtido em uma variedade de fontes termais entre 50 ° C e 80 ° C e pH 6,0 a 10,5, no Parque Nacional de Yellowstone e na Califórnia 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. Nesse contexto, proteínas e enzimas são de especial interesse para a indústria de biotecnologia.

É assim que as enzimas que o compõem são utilizadas na engenharia genética, na reação em cadeia da polimerase (PCR) e como ferramenta de investigação científica e forense (Williams e Sharp, 1995).

Características gerais

É gram negativo

o Thermus aquaticus Quando submetido ao processo de coloração de Gram, adquire coloração fúcsia. Isso ocorre porque a parede do peptidoglicano é extremamente fina, de modo que as partículas do corante não ficam presas nela.

Habitat

Esta bactéria é projetada para suportar temperaturas extremamente altas. Isso implica que seu habitat natural são lugares do planeta onde as temperaturas excedem 50 ° C.

Nesse sentido, essa bactéria foi isolada de gêiseres, sendo os mais comuns os do Parque Nacional de Yellowstone; de fontes termais em todo o mundo, bem como de ambientes artificiais de água quente.

É aeróbico

Isso significa que o Thermus aquaticus é uma bactéria, deve estar em ambientes que lhe proporcionem disponibilidade de oxigênio para realizar seus processos metabólicos.

É termofílico

Esta é uma das características mais representativas do Thermus aquaticus. Esta bactéria foi isolada de locais onde as temperaturas são extremamente altas.

o Thermus aquaticus É uma bactéria muito especial e resistente, pois em temperaturas tão altas quanto as que suporta, as proteínas da maioria dos seres vivos são desnaturadas e deixam irreversivelmente de cumprir suas funções.

Esta bactéria tem uma temperatura de crescimento que varia de 40 ° C a 79 ° C, sendo a temperatura ótima de crescimento de 70 ° C.

É heterotrófico

Como qualquer organismo heterotrófico, esta bactéria necessita de compostos orgânicos presentes no meio ambiente para se desenvolver. As principais fontes de matéria orgânica são bactérias e algas presentes nos arredores, bem como o solo circundante.

Ele prospera em ambientes ligeiramente alcalinos

O pH ideal no qual Thermus aquaticus pode se desenvolver sem que as proteínas que o compõem percam a função, fica entre 7,5 e 8. Vale lembrar que na escala de pH 7 é neutro. Acima disso é alcalino e abaixo dele ácido.

Produz um grande número de enzimas

Thermus aquaticus É um microrganismo que tem se mostrado muito útil em nível experimental devido à sua capacidade de viver em ambientes com altas temperaturas.

Pois bem, através de numerosas investigações determinou-se que sintetiza numerosas enzimas que, curiosamente, em outros microrganismos, nas mesmas temperaturas, se desnaturam e perdem a função.

As enzimas sintetizadas por Thermus aquaticus que a maioria foi estudada são;

Aldolasse
Enzima de restrição Taq I
DNA ligase
Fosfatase alcalina
Isocitrato desidrogenase
Amilomaltase

Filogenia e taxonomia

Este microrganismo está enquadrado na abordagem clássica:

Reino: Bactérias
Filo: Deinococcus- Thermus
Classe: Deinococci
Pedido: Mulheres
Família: Thermaceae
Gênero: Thermus
Espécie: Thermus aquaticus.

Morfologia

As bactérias Thermus aquaticus Pertence ao grupo das bactérias em forma de bastonete (bacilos). As células têm aproximadamente 4 a 10 mícrons de tamanho. Células muito grandes podem ser vistas ao microscópio, assim como células pequenas. Eles não possuem cílios ou flagelos na superfície celular.

Célula Thermus aquaticus Possui uma membrana que por sua vez é composta por três camadas: uma camada interna de plasma, uma externa de aspecto rugoso e uma camada intermediária.

Uma das características distintivas desse tipo de bactéria é a presença de estruturas semelhantes a bastonetes em sua membrana interna, conhecidas como corpos rotundos.

Da mesma forma, essas bactérias contêm muito pouco peptidoglicano em sua parede celular e, ao contrário das bactérias gram-positivas, contém lipoproteínas.

Quando expostas à luz natural, as células da bactéria podem ficar amarelas, rosa ou vermelhas. Isso se deve aos pigmentos contidos nas células bacterianas.

O material genético é composto de um único cromossomo circular no qual o DNA está contido. Desse total, aproximadamente 65% são compostos por nucleotídeos de Guanina e Citosina, com os nucleotídeos de Timina e Adenina representando 35%.

Ciclo de vida

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

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

Estrutura celular e metabolismo

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

A composição dos lipídios desses organismos termofílicos deve se adaptar às flutuações de temperatura do contexto em que 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 se tornou uma verdadeira fonte de enzimas termoestáveis. A Taq DNA polimerase é uma enzima que catalisa a lise de um substrato, gerando uma dupla ligação, por isso está relacionada às enzimas do tipo liase (enzimas que catalisam a liberação de ligações).

Por ser proveniente de uma bactéria termofílica, resiste a longas incubações em altas temperaturas (Lamble, 2009).

Ressalta-se que cada organismo possui DNA polimerase para sua replicação, mas devido à sua composição química não resiste a altas temperaturas. É por isso que a DNA polimerase taq é a principal enzima usada para amplificar sequências do genoma humano, assim como genomas de outras espécies.

Formulários

Amplificar fragmentos

A estabilidade térmica da enzima permite que seja utilizada em técnicas de amplificação de fragmentos de DNA por replicação in vitro, como a PCR (reação em cadeia da polimerase) (Mas e Colbs, 2001).

Para isso, são necessários primers iniciais e finais (sequência curta de nucleotídeos que fornece um ponto de partida para a síntese de DNA), DNA polimerase, desoxirribonucleotídeo trifosfato, solução 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 fitas simples.

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

Aqui está a importância de usar a enzima termoestável. Se qualquer outra polimerase fosse usada, ela 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 a 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 sua aplicação em uma grande variedade de processos industriais e foram um avanço na biologia molecular. Do ponto de vista biotecnológico, suas enzimas são capazes de catalisar reações bioquímicas em condições extremas de temperatura.

Por exemplo, pesquisas foram conduzidas para desenvolver um processo para gerenciar resíduos de penas de frango sem o uso de microrganismos potencialmente infecciosos.

A biodegradação da pena de frango mediada pela produção de protease queratinolítica, envolvendo o uso de T. aquaticus termofílico não patogênico, foi investigada (Bhagat, 2012).

Biotecnologia alimentar

A hidrólise do glúten pela serina peptidase aqualysin1 termoativa de T. aquaticus, começa acima de 80 ° C na panificação.

Com isso, estuda-se a contribuição relativa do glúten termoestável para a textura da farinha de rosca (Verbauwhede e Colb, 2017).

Degradação de compostos bifenil policlorados

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

Esses compostos são usados como refrigerantes em equipamentos elétricos. A toxicidade é muito ampla e sua degradação muito lenta (Ruíz, 2005).

Referências

Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. e sp. n., um termófilo extremo não esporulado. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
Dreifus Cortes, George. O mundo dos micróbios. Fundo Editorial para a cultura econômica. México. 2012
Ferreras P. Eloy R. Expressão e estudo de enzimas termoestáveis de interesse biotecnológico Universidad Autónoma de Madrid. TESE DOUTORIAL Madrid. 2011. Disponível em: repositorio.uam.es.
Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R e Rodellar C. Fundamentação para a reação em cadeia da polimerase (PCR). AquaTIC nº 15, novembro de 2001.
Ruiz-Aguilar, Graciela M. L., Biodegradation of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) by Microorganisms .. Acta Universitaria [online] 2005, 15 (maio-agosto). Disponível em redalyc.org.
Sharp R, espécie William R. Thermus. Biothecnology Handbooks. Springer Science Business Media, LLC. novecentos e noventa e cinco.