Thermus aquaticus: características, ciclo de vida, aplicações

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

É obtido a partir de 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 América do Norte na Califórnia. Também foi isolado de habitats térmicos artificiais.

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Thermus aquaticus. Bactérias depositadas em um filtro Millipore de 0,22 μm (escala = 1 μm).

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 usadas na engenharia genética, na reação em cadeia da polimerase (PCR) e como ferramenta de pesquisa científica e forense (Williams e Sharp, 1995).

Características gerais

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Geyser do parque de Yellowstone. O Thermus aquaticus foi isolado de um gêiser. Fonte: Pixabay

É gram negativo

O Thermus aquaticus, quando sujeito ao processo de coloração de Gram, adquire uma coloração fúcsia. Isso ocorre porque a parede peptidoglicana 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 é o local do planeta onde as temperaturas excedem 50 ° C.

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

É aeróbico

Isso significa que o Thermus aquaticus é uma bactéria, que deve estar em ambientes que fornecem 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, já que a temperaturas tão altas quanto as que suporta, as proteínas na maioria dos seres vivos são desnaturadas e deixam de desempenhar suas funções irreversivelmente.

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

É heterotrófico

Como qualquer organismo heterotrófico, esta bactéria requer que os compostos orgânicos presentes no ambiente sejam capazes de se desenvolver. As principais fontes de matéria orgânica são bactérias e algas presentes nos arredores, bem como o solo ao redor.

Desenvolve-se em ambientes ligeiramente alcalinos

O pH ótimo em que o Thermus aquaticus pode se desenvolver sem as proteínas que o compõem perdem sua função é entre 7,5 e 8. Vale lembrar que na escala de pH 7 é neutro. Acima disso é alcalino e abaixo ácido.

Produz muitas enzimas

Thermus aquaticus é um microrganismo que tem sido muito útil experimentalmente devido à sua capacidade de viver em ambientes com altas temperaturas.

Bem, através de inúmeras investigações, foi determinado que sintetiza inúmeras enzimas que, curiosamente, em outros microorganismos, nessas mesmas temperaturas, são desnaturadas e perdem sua função.

As enzimas que o Thermus aquaticus sintetiza as mais estudadas são;

  • Aldolase
  • Enzima de restrição Taq I
  • DNA ligase
  • Fosfatase alcalina
  • Isocitrato Desidrogenase
  • Amilomaltase

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

A bactéria Thermus aquaticus pertence ao grupo de bactérias em forma de bastonete (bacilos). As células têm aproximadamente 4 a 10 mícrons de tamanho. No microscópio, podem ser observadas células muito grandes, bem como células pequenas. Eles não têm cílios ou flagelos na superfície celular.

A célula do Thermus aquaticus possui uma membrana que é composta por três camadas: um plasma interno, um externo com aparência áspera e um intermediário.

Uma das características diferenciais desse tipo de bactéria é que, em sua membrana interna, existem estruturas que se parecem com hastes, 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 bacterianas podem assumir uma cor amarela, rosa ou vermelha. Isto é devido aos pigmentos que estão contidos nas células bacterianas.

O material genético é constituído por um único cromossomo circular no qual o DNA está contido . Desse total, aproximadamente 65% são constituídos 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, se reproduzem assexuadamente por divisão celular. O único cromossomo de DNA começa a se replicar; Ele replica para poder herdar das células filhas toda a informação genética, devido à presença da enzima chamada DNA polimerase. Aos 20 minutos, o novo cromossomo está completo e foi corrigido em um local na célula.

A divisão continua 25 minutos depois, 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 assexual em 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Estrutura celular e metabolismo

Sendo uma bactéria gram-negativa, possui uma membrana externa (camada de lipoproteínas) e periplasma (membrana aquosa), onde está localizado o peptidoglicano. Não há cílios ou flagelos.

A composição lipídica desses organismos termofílicos deve se adaptar às flutuações de temperatura no 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 tornou-se uma verdadeira fonte de enzimas termoestáveis. A polimerase do DNA taq é uma enzima que catalisa a lise de um substrato, gerando uma ligação dupla, por isso está relacionada às enzimas do tipo liases (enzimas que catalisam a liberação de ligações).

Por se tratar 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 à sua composição química, ele não resiste a altas temperaturas. É por isso que a taq DNA polimerase é a principal enzima usada para amplificar seqüências do genoma humano, bem como genomas de outras espécies.

Aplicações

Amplificar fragmentos

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

Para isso, são necessários iniciadores iniciais e finais (sequência curta de nucleotídeos que fornece um ponto de partida para a síntese de DNA), polimerase de DNA, desoxirribonucleotídeos de 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 cadeias simples.

O desempenho dos primers começa e o superaquecimento ocorre novamente entre 75-80 graus Celsius. Comece a síntese do extremo 5 ‘ao 3’ do DNA.

Aqui está a importância do uso da 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 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 de uma enorme variedade de processos industriais e significaram um grande 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 realizadas para desenvolver um processo para gerenciar o desperdício de penas de galinha sem o uso de microorganismos potencialmente infecciosos.

Investigou-se 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 de alimentos

A hidrólise do glúten pela serina peptidase termoativa aqualysin1 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 de policlorobifenilo

Quanto à utilidade no campo industrial, enzimas Thermus aquaticus, como bactérias termofílicas, são aplicadas na degradação de compostos de policlorobifenil (PCBs).

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

Referências

  1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. e sp. n., um termófilo extremo não esporulado. 1969. J. Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
  2. Dreifus Cortes, George. O mundo dos micróbios. Editorial Fundo de cultura econômica. México 2012
  3. Ferreras P. Eloy R. Expressão e estudo de enzimas termoestáveis ​​de interesse biotecnológico Universidad Autónoma de Madrid. TESE DOUTORAL Madrid. 2011. Disponível em: repositorio.uam.es.
  4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R e Rodellar C. Antecedentes da reação em cadeia da polimerase (PCR). AquaTIC nº 15, novembro de 2001.
  5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradação de bifenilos policlorados (BPCs) por microorganismos. University Act [online] 2005, 15 de maio de 2005. Disponível em redalyc.org.
  6. Sharp R., William R. Thermus specie. Manuais de Biotecnologia. Springer Science Business Media, LLC. 1995

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