Thermus aquaticus

Thermus aquaticus Beskrivelse af dette billede, også kommenteret nedenfor Thermus aquaticus Klassifikation
Reger Bakterie
Afdeling Deinococcus-Thermus
Klasse Deinokokker
Bestille Termisk
Venlig Thermus

Arter

Thermus aquaticus
Brock & Freeze , 1969

Thermus aquaticus er en art af bakterier, der kan tåle høje temperaturer . I gramnegativt og aerobt er det en del af de termofile bakterier, derhører til fylen fra Deinococcus-Thermus . Taq DNA-polymerase , en af ​​de termostabile enzymer, der er mest anvendt i molekylærbiologi , især i PCR- teknikken,blev ekstraheret fra denne bakterie. Det kan overleve ved temperaturer op til 85 ° C og i meget sure miljøer, hvilket gør det til en af ​​de første ekstremofile opdagede.

Historie

I 1960'erne, da de første biologiske undersøgelser af organismer, der lever i varme kilder begyndte, troede forskere, at termofile bakterier ikke kunne overleve temperaturer over ca. 55 ° C. De opdagede dog hurtigt, at mange bakterier fra forskellige varme kilder ikke kun kunne overleve, men også trives ved temperaturer over 55 ° C. I 1969 identificerede Thomas Brock og Hudson Freeze fra Indiana University en ny art af termofile bakterier, som de kaldte Thermus aquaticus . Det blev først isoleret fra Mushroom Spring i det nedre gejserbassin i Yellowstone National Park , en kilde nær gejsere til Great Fountain og White Dome, og er siden blevet fundet i lignende varme miljøer rundt om i verden.

Biologi

Dens ideelle udviklingstemperatur er 70 ° C, men den tåler et temperaturinterval fra 50 til 80 ° C. Denne bakterie er kemotrof , det vil sige den bruger kemosyntese til at drive dets stofskifte . Men fordi dets tolererede temperaturinterval overlapper noget med fotosyntetiske cyanobakterier, der deler dets ideelle miljø, findes det undertiden at leve tæt sammen med dets nærliggende cyanobakterier og dermed bruge energien fra deres fotosyntese til deres egen vækst.

Morfologi

Thermus aquaticus er generelt cylindrisk (stang) i form med en diameter på 0,5 til 0,8 µm . De korteste stænger er mellem 5 og 10 µm lange. De længste filamenter har en bred vifte af størrelser og kan undertiden overstige 200 µm. Stangformede bakterier har tendens til at danne aggregater, og i tilfælde af T. aquaticus kan disse aggregater danne sfæriske legemer med en diameter på 10 til 20 µm, også kaldet roterende organer .

Enzymer

Thermus aquaticus er blevet berømt for sin evne til at producere termostabile enzymer, især Taq-polymerasen beskrevet nedenfor.

Aldolase

Når denne bakterie med succes var blevet dyrket i laboratoriet, forsøgte de første undersøgelser at forstå, hvordan termofile enzymer (som normalt denatureres ved høje temperaturer) kunne fungere ved sådanne temperaturer. I 1970 offentliggjorde Freeze og Brock en artikel, der beskriver en termostabil aldolase fra T. aquaticus .

RNA-polymerase

Den første polymerase isoleret fra T. aquaticus i 1974 var en DNA-afhængig RNA-polymerase , der blev anvendt i transskriptionsprocessen .

Taq I- restriktionsenzym

De fleste molekylærbiologer har sandsynligvis hørt om denne bakterie snarere i slutningen af ​​1970'erne eller begyndelsen af ​​1980'erne på grund af isoleringen af restriktionsenzymer i denne organisme, der kan være nyttige inden for deres felt. Brugen af udtrykket Taq (første bogstav i slægten navn og de to første bogstaver i arter navn ) blev foreslået på dette tidspunkt, sammen med konventionen at give korte navne til restriktionsenzymer fra navnet på. Slægt og arter af producentpriserne organismer (såsom Sal og Hin fra henholdsvis Streptomyces albus og Haemophilus influenzae ) trådte i kraft.

DNA-polymerase ("Taq pol")

Den DNA-polymerase fra Thermus aquaticus blev isoleret første gang i 1976. Den første fordel af dette enzym termostabil (optimal temperatur 72 ° C) var, at det kunne isoleres i ren form (uden andre enzym kontaminanter) end polymeraser fra andre organismer. Senere fandt Kary Mullis og andre forskere ved Cetus Corporation, at dette enzym kunne bruges i PCR, hvilket eliminerede behovet for at tilføje et enzym efter hver runde med termisk DNA-denaturering. Enzymet er også blevet klonet, sekventeret , modificeret (til at producere et kortere fragment, "Stoffel", efter at have mistet 5'-3 'exonukleaseaktivitet) og produceret i store mængder til kommercielle formål. I 1989 valgte tidsskriftet Science Taq-polymerase som sin allerførste "Årets molekyle". I 1993 vandt Kary Mullis Nobelprisen i kemi for sit arbejde med PCR.

Andre enzymer

Det store temperaturoptimum for Thermus aquaticus giver forskere mulighed for at studere biokemiske reaktioner under forhold, hvor andre enzymer mister deres aktivitet. Andre enzymer er blevet isoleret fra denne organisme, herunder ligase , alkalisk phosphatase , NADH oxidase , isocitratdehydrogenase , amylomaltase, og fructose afhængige 1,6-bisphosphat lactatdehydrogenase .

Kontroversiel

Den kommercielle anvendelse af enzymer fra Thermus aquaticus har givet anledning til flere kontroverser. Som et resultat af Brocks arbejde blev prøver af denne organisme deponeret i American Type Culture Collection , som er et offentligt arkiv. Andre forskere, inklusive dem fra Cetus, har haft adgang til det. Mens det kommercielle potentiale ved Taq-polymerase begyndte at dukke op i 1990'erne, har National Park Service (National Park Service) udnævnt dets anvendelse til "Great Fraud Taq" ( Great Taq Rip-off på engelsk). Forskere, der arbejder i amerikanske nationalparker, er nu forpligtet til at underskrive et "profit sharing" -charter, der overfører en andel af fremtidig fortjeneste til Park Service.

Se også

Bemærkninger

Referencer

  1. Rensning af Lopez-Garcia. “Ekstreme mikrober”, i La science des sixties (dir. Néron de Surgy Olivier og Tirard Stéphane), Paris: Belin, 2014. s. 134-135
  2. (i) Thomas Brock, "  Liv ved høje temperaturer  " på instruction.bact.wisc.edu ,1994(tilgængelige på en st november 2019 ) ,s.  27
  3. T. D. Brock og H. Freeze , “  Thermus aquaticus gen. ikke. og sp. n., a nonsporulating extreme thermophilic  ”, Journal of Bacteriology , bind.  98, nr .  1,April 1969, s.  289-297 ( ISSN  0021-9193 , PMID  5.781.580 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  4. (i) Bryan Scott, De gejsere i Yellowstone , Boulder, University Press of Colorado,2008, 4 th  ed. , 462  s. ( ISBN  978-0-87081-924-7 )
  5. TD Brock og MR Edwards , "  Fin struktur af Thermus aquaticus, en ekstrem termofil  ", Journal of Bacteriology , bind.  104, nr .  1,Oktober 1970, s.  509-517 ( ISSN  0021-9193 , PMID  5.473.907 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  6. H. Freeze og TD Brock , "  Termostabil aldolase fra Thermus aquaticus  ", Journal of Bacteriology , bind.  101, nr .  2Februar 1970, s.  541-550 ( ISSN  0021-9193 , PMID  4.984.076 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  7. GM Air og JI Harris , “  DNA-afhængig RNA-polymerase fra den termofile bakterie Thermus aquaticus  ”, FEBS-bogstaver , bind.  38, nr .  3,15. januar 1974, s.  277-281 ( ISSN  0014-5793 , PMID  4.604.362 , DOI  10,1016 / 0014-5793 (74) 80.072-4 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  8. S. Sato , ”  En enkelt spaltning af Simian virus 40 (SV40) DNA ved en stedsspecifik endonuklease fra Thermus aquaticus, TaqI  ”, Journal of Biochemistry , vol.  83, nr .  2Februar 1978, s.  633-635 ( ISSN  0021-924X , PMID  204.628 , DOI  10,1093 / oxfordjournals.jbchem.a131952 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  9. (i) MR Rodicio og Keith F. Chater , "  Kloning og ekspression af Sall-restriktionsmodifikationsgener af Streptomyces albus G  " , Molecular and General Genetics MGG , vol.  213, nr .  21 st august 1988, s.  346353 ( ISSN  1432-1874 , DOI  10,1007 / BF00339601 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  10. SX Shen , QL Li , PF Yan og B. Zhou , ”  Restriktionsendonukleaser fra tre stammer af Haemophilus influenzae.  », Scientia Sinica , bind.  23, nr .  11,November 1980, s.  1435-1442 ( ISSN  0250-7870 , PMID  6.262.907 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  11. RK Saiki , DH Gelfand , S. Stoffel og SJ Scharf , "  Primer-styret enzymatisk amplifikation af DNA med en termostabil DNA-polymerase  ", Science (New York, NY) , bind.  239, nr .  4839,29. januar 1988, s.  487-491 ( ISSN  0036-8075 , PMID  2.448.875 , DOI  10,1126 / science.2448875 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  12. FC Advokat , S. Stoffel , RK Saiki og SY Chang , “  Højt niveau ekspression, oprensning og enzymatisk karakterisering af Thermus aquaticus DNA-polymerase i fuld længde og en trunkeret form, der mangler 5 'til 3' exonukleaseaktivitet  ", PCR-metoder og applikationer , vol.  2, nr .  4,Maj 1993, s.  275-287 ( ISSN  1054-9803 , PMID  8.324.500 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  13. RL Guyer og DE Koshland , "  The Molecule of the Year  ", Science (New York, NY) , bind.  246, nr .  4937,22. december 1989, s.  1543-1546 ( ISSN  0036-8075 , PMID  2.688.087 , DOI  10,1126 / science.2688087 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  14. (da-DK) Kary B. Mullis, "  Nobelprisen i kemi i 1993  " på NobelPrize.org (tilgængelige på en st november 2019 )
  15. Joe Fore , Ilse R. Wiechers og Robert Kog-Deegan , ”  Virkningerne af forretningspraksis, licenser og intellektuel ejendomsret på udvikling og udbredelse af polymerasekædereaktion: casestudie  ”, Journal of Biomedical Discovery og Samarbejde , vol.  1,3. juli 2006, s.  7 ( ISSN  1747-5333 , PMID  16.817.955 , PMCID  1.523.369 , DOI  10,1186 / 1747-5333-1-7 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  16. (da-USA) Jim Robbins , "  The Search for Private Profit in the Nation's Public Parks  " , The New York Times ,28. november 2006( ISSN  0362-4331 , læse online , adgang 1 st november 2019 )
  17. (i) "  Fordele Deling i nationalparker (US National Park Service)  " på www.nps.gov (tilgængelige på en st november 2019 )

Relaterede artikler

eksterne links