Thermus aquaticus

*Thermus aquaticus*
Thermus aquaticus
Sistematika
Koljeno	Deinococcus–Thermus
Razred	Deinococci
Red	Thermales
Rod	Thermus
Vrsta	T. aquaticus
Dvojno ime
	Thermus aquaticus; Brock & Freeze, 1969

Thermus aquaticus je vrsta bakterija koje podnose visoke temperature i jedna je od nekoliko termofilnih bakterija iz grupe Deinococcus–Thermus. Ona je izvor toplotno-otpornog enzima Taq DNK polimeraze, jednog od najznačajnijih enzima u molekularnoj biologiji. To je zato što je ključna u polimeraznoj lančanoj reakciji (PCR) – tehnici umnožavanja sekvenci DNK.^[1]^[2]

Biologija

Thermus aquaticus uspijeva na 70 °C, ali može preživjeti i na temperaturama od 50 °C do 80 °C. Ova bakterija je hemotrof, jer za dobijanje hrane obavlja hemosintezu. Međutim, s obzirom da se njen asortiman temperatura preklapa sa rasponom fotosintetskih cijanobakterija, koje s njima dijele to idealno okruženje, ponekad dolazi do toga da žive zajedno dobijajući energiju za rast od fotosinteze.^[3]^[4]^[5]

Morfologija

Thermus aquaticus je općenito cilindričnog oblika, s promjerom od 0.5 μm do 0,8 μm. Kraći štapić ima dužinu od 5 μm do 10 μm. Duži štapić ima dužinu koja se uveliko razlikuje, a u nekim slučajevima prelazi 200 µm. Bakterije u obliku štapića imaju tendenciju nakupljanja. Udruživanje nekoliko štapića može dovesti do stvaranja sfernih tijela u promjeru od 10 μm do 20 μm, koja se nazivaju obla tijela.

Historija

Kada su počela istraživanja bioloških organizama u vrućim izvorima početkom 1960-ih, naučnici su mislili da se život termofilnih bakterija ne može održati na temperaturama iznad 55 °C.^[6] Uskoro je otkriveno da mnoge bakterije u različitim izvorima ne samo da preživljavaju, nego napreduju i na višim temperaturama. Godine 1969., Thomas D. Brock i Hudson Freeeze na Indiana Univerzitetu u Bloomingtonu prijavljuju vrstu termofilnih bakterija koju su nazvali Thermus aquaticus.^[4] Bakterija je prvo otkrivena u geotermalnom području Donjeg gejzira u Nacionalnom parku Yellowstone, blizu glavnog Velikog gejzira (engleski: Great Fountain Geyser) i Bijelom kupolastom gejziru (White Dome Geyser),^[5] a od tada je nađena u drugim sličnim termalnim vodama širom svijeta.

Enzimi T. aquaticus

T. aquaticus je bakterija koja je postala poznata kao izvor termostabilnih enzima, posebno Taq DNK polimeraze.

Aldolaza: Istraživanja ove krajnje termofilne bakterije koja može rasti u kulturi ćelija, usmjerila su početnu pažnju na razumijevanje kako proteinski enzimi (koji su na visokoj temperaturi normalno inaktivirani) mogu djelovati na temperaturama za termofile. Godine 1970. naučnici Freeze i Brock su objavili rad koji opisuje termostablni aldolazni enzim iz T. aquaticus.^[7]

RNK polimeraza: Prvi polimerazni enzim, koji je izoliran iz T. aquaticus 1974. bila je DNK-zavisna RNK polimeraza,^[8] used in the process of transcription.

Taq I restrikcijski enzim

Većina molekularnih biologa je vjerovatno postala svjesna postojanja bakterije Thermus aquaticus tokom kasnih 1970-im ili početkom 1980-ih, zbog izolacije korisnih endonukleaznih restriktaza iz ovog organizma. Upotreba izraza Taq koji se odnosi na Thermus aquaticus pojavila se u Konvenciji davanja kratkih imena restrikcijskim enzimima, kao što su Sal i Hin, izvedeni iz roda i vrste izvornog organizma.^[9]

DNK polimeraza (Taq pol)

DNK polymeraza je i Thermus aquaticus, a izdvojena je 1976.^[10] Prvi napredak u ovom pravcu je bilo utvrđivanje termostabilnosti (optimum 80°C) DNK polimeraze, koja je izdvojena u čistom obliku (slobodnu od ostalih enzimskih kontaminanata) kada je DNK polimeraza dobijena iz ostalih izvora. Kasnije su Kary Mullis i drugi istraživači iz Cetus korporacije otkrili da bi se mogla upotrijebitri polimeraznoj lančanoj reakciji (PCR) – procesu za umnožavanje kratkih segmenata DNK,^[11] uklanjajući potrebu za dodavanje enzima nakon svakog ciklusa termo-denaturacuje DNK. Enzim je također i molekularno kloniran, DNK sekvenciran, izmijenjen (do kraćeg 'Stoffelovog fragmenta') i proizveden u velikim količinama za komercijalnu upotrebu.^[12] Godine 1989., elitni časopis Science je Taq polimerazu imenovao svojom molekulom godine ("Molecule of the Year").^[13] Kary Mullis^[14] je naučnik koji ju je otkrio, i dobio je Nobelovu nagradu za hemiju za rad istraživanju PCR.

Ostali enzimi: Visoki optimum temperature za Thermus aquaticus postigli su istraživači proučavanjem reakcija pod uslovima u kojima drugi enzimi gube aktivnost. Ostali enzimi koji su izdvojeni iz ovog organizma su:

Kontroverze

Komercijalna upotreba enzima Thermus aquaticus nije ostala bez kontroverzi. Nakon Brockovih istraživanja, uzorci organizma su pohranjeni u Kolekciji smeričkog tipa kulture, javnom spremištu. Drugi naučnici, zajedno sa onima iz Cetus korporacije su je dobili odatle. Kako je komercijalne mogućnosti Taq polimeraze postale očigledne 1990-ih,^[15] National Park Service je označio njegovu upotrebu kao izuzetno korisnu.^[16] Istraživači koji rade u nacionalnim parkovima sada traže da potpišu sporazum o "diobi koristi", koji će poslati dio kasnije dobiti natrag u park servis.

Reference

^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
^ Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.
^ http://bioinfo.bact.wisc.edu/themicrobialworld/LAHT/b1.html Arhivirano 7. 7. 2012. na: Archive.today Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"
^ ^a ^b Brock TD; Freeze H (1969). "Thermus aquaticus, a Nonsporulating Extreme Thermophile". J. Bact. 98 (1): 289–97. PMC 249935. PMID 5781580. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)
^ ^a ^b Bryan, T. Scott (2008). Geysers of Yellowstone, The (4th izd.). University Press of Colorado. ISBN 978-0-87081-924-7.
^ "Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"". Arhivirano s originala, 7. 7. 2012. Pristupljeno 14. 4. 2016.
^ Freeze H; Brock TD (1970). "Thermostable Aldolase from Thermus aquaticus". J. Bact. 101 (2): 541–50. PMC 284939. PMID 4984076. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)
^ Air GM; Harris JI (1974). "DNA-Dependent RNA Polymerase From the Thermophilic Bacterium Thermus aquaticus". FEBS Letters. 38 (3): 277–281. doi:10.1016/0014-5793(74)80072-4. PMID 4604362. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)
^ Sato, S (februar 1978). "A single cleavage of Simian virus 40 (SV40) DNA by a site specific endonuclease from Thermus aquaticus, Taq I". J. Biochem. (Tokyo). 83 (2): 633–5. PMID 204628.
^ Chien, A; Edgar DB; Trela JM (1. 9. 1976). "Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus". J. Bact. 127 (3): 1550–7. PMC 232952. PMID 8432.
^ Saiki, RK; et al. (1988). "Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase". Science. 239 (4839): 487–91. doi:10.1126/science.2448875. PMID 2448875. Arhivirano s originala, 19. 12. 2008. Pristupljeno 14. 4. 2016.
^ Lawyer FC; et al. (1993). "High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase". PCR Methods Appl. 2 (4): 275–87. doi:10.1101/gr.2.4.275. PMID 8324500.
^ Guyer RL; Koshland DE (decembar 1989). "The Molecule of the Year". Science. 246 (4937): 1543–6. doi:10.1126/science.2688087. PMID 2688087.
^ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1993/mullis-lecture.html
^ Fore J; Wiechers IR; Cook-Deegan R (2006). "The effects of business practices, licensing, and intellectual property on development and dissemination of the polymerase chain reaction: case study". J Biomed Discov Collab. 1: 7. doi:10.1186/1747-5333-1-7. PMC 1523369. PMID 16817955. — Detailed history of Cetus and the commercial aspects of PCR.
^ Robbins J (28. 11. 2006). "The Search for Private Profit in the Nation's Public Parks". The New York Times.

Vanjski linkovi

http://eol.org/pages/974560/overview

Logo Commonsa

Thermus aquaticus na Wikimedia Commonsu.

[1] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[2] Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.

[3] ttp://bioinfo.bact.wisc.edu/themicrobialworld/LAHT/b1.html Arhivirano 7. 7. 2012. na: Archive.today Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"

[BrockFreeze1969-4] Brock TD; Freeze H (1969). "Thermus aquaticus, a Nonsporulating Extreme Thermophile". J. Bact. 98 (1): 289–97. PMC 249935. PMID 5781580. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)

[Bryan-Scott-5] Bryan, T. Scott (2008). Geysers of Yellowstone, The (4th izd.). University Press of Colorado. ISBN 978-0-87081-924-7.

[6] "Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"". Arhivirano s originala, 7. 7. 2012. Pristupljeno 14. 4. 2016.

[7] Freeze H; Brock TD (1970). "Thermostable Aldolase from Thermus aquaticus". J. Bact. 101 (2): 541–50. PMC 284939. PMID 4984076. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)

[8] Air GM; Harris JI (1974). "DNA-Dependent RNA Polymerase From the Thermophilic Bacterium Thermus aquaticus". FEBS Letters. 38 (3): 277–281. doi:10.1016/0014-5793(74)80072-4. PMID 4604362. Nepoznati parametar |last-author-amp= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)

[9] Sato, S (februar 1978). "A single cleavage of Simian virus 40 (SV40) DNA by a site specific endonuclease from Thermus aquaticus, Taq I". J. Biochem. (Tokyo). 83 (2): 633–5. PMID 204628.

[10] Chien, A; Edgar DB; Trela JM (1. 9. 1976). "Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus". J. Bact. 127 (3): 1550–7. PMC 232952. PMID 8432.

[11] Saiki, RK; et al. (1988). "Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase". Science. 239 (4839): 487–91. doi:10.1126/science.2448875. PMID 2448875. Arhivirano s originala, 19. 12. 2008. Pristupljeno 14. 4. 2016.

[Lawyer_et_al.-12] Lawyer FC; et al. (1993). "High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase". PCR Methods Appl. 2 (4): 275–87. doi:10.1101/gr.2.4.275. PMID 8324500.

[13] Guyer RL; Koshland DE (decembar 1989). "The Molecule of the Year". Science. 246 (4937): 1543–6. doi:10.1126/science.2688087. PMID 2688087.

[14] ttp://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1993/mullis-lecture.html

[15] Fore J; Wiechers IR; Cook-Deegan R (2006). "The effects of business practices, licensing, and intellectual property on development and dissemination of the polymerase chain reaction: case study". J Biomed Discov Collab. 1: 7. doi:10.1186/1747-5333-1-7. PMC 1523369. PMID 16817955. — Detailed history of Cetus and the commercial aspects of PCR.

[16] Robbins J (28. 11. 2006). "The Search for Private Profit in the Nation's Public Parks". The New York Times.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]