Otvori glavni meni

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 umnožavanje sekvenci DNK.[1][2]

Šablon:TaksokvirVodič za izradu taksokvira
Thermus aquaticus
Thermus aquaticus.JPG
Sistematika
Koljeno Deinococcus–Thermus
Razred Deinococci
Red Thermales
Rod Thermus
Vrsta T. aquaticus
Dvojno ime
Thermus aquaticus
Brock & Freeze, 1969

BiologijaUredi

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]

MorfologijaUredi

Thermus aquaticus je općenito cilindričnog oblika, s promjerom od 0.5 μm do 0,8 μm. Kraći oblik štapića ima dužinu od 5 μm do 10 μm. Duži oblik štapića ima dužinu koja se uvelike 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 promjero od 10 μm do 20 μm, koja se nazivaju obla tijela.

HistorijaUredi

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. aquaticusUredi

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)
Glavni članak: Taq polimeraza
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] a 1993., Kary Mullis[14] Naučnici koji su je otkrili dobili su 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:

KontroverzeUredi

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 moguċnosti 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.

ReferenceUredi

  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. ^ http://bioinfo.bact.wisc.edu/themicrobialworld/LAHT/b1.html Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"
  4. ^ a b Brock TD & Freeze H (1969). "Thermus aquaticus, a Nonsporulating Extreme Thermophile". J. Bact. 98 (1): 289–97. PMC 249935. PMID 5781580. 
  5. ^ a b Bryan, T. Scott (2008). Geysers of Yellowstone, The (4th iz.). University Press of Colorado. ISBN 978-0-87081-924-7. 
  6. ^ Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"
  7. ^ Freeze H & Brock TD (1970). "Thermostable Aldolase from Thermus aquaticus". J. Bact. 101 (2): 541–50. PMC 284939. PMID 4984076. 
  8. ^ Air GM & Harris JI (1974). "DNA-Dependent RNA Polymerase From the Thermophilic Bacterium Thermus aquaticus". FEBS Letters 38 (3): 277–281. PMID 4604362. doi:10.1016/0014-5793(74)80072-4. 
  9. ^ Sato, S (February 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 (September 1, 1976). "Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus". J. Bact. 127 (3): 1550–7. PMC 232952. PMID 8432. 
  11. ^ Saiki, RK (1988). "Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase". Science 239 (4839): 487–91. PMID 2448875. doi:10.1126/science.2448875. Arhivirano s originala, 19 Decembar 2008. Pristupljeno 14 April 2016.  Nepoznat parametar |url-status= ignorisan (pomoć); Provjerite vrijednost datuma kod: |archivedate= (pomoć)
  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. PMID 8324500. doi:10.1101/gr.2.4.275. 
  13. ^ Guyer RL; Koshland DE (December 1989). "The Molecule of the Year". Science 246 (4937): 1543–6. PMID 2688087. doi:10.1126/science.2688087. 
  14. ^ http://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. PMC 1523369. PMID 16817955. doi:10.1186/1747-5333-1-7.  — Detailed history of Cetus and the commercial aspects of PCR.
  16. ^ Robbins J (28 November 2006). "The Search for Private Profit in the Nation's Public Parks". The New York Times. 

Vanjski linkoviUredi