THERMUS AQUATICUS: CARACTERÍSTICAS, CICLO DE VIDA, APLICAÇÕES - BIOLOGIA - 2024

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 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 Califórnia na América do Norte. Também foi isolado de habitats térmicos artificiais.

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

Constitui 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 pesquisa científica e forense (Williams e Sharp, 1995).

Características gerais

Géiser do Parque Yellowstone. Thermus aquaticus foi isolado de um gêiser. Fonte: Pixabay

É gram negativo

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 Thermus aquaticus é uma bactéria, deve estar em ambientes que lhe proporcionem disponibilidade de oxigênio para a realização de 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.

Thermus aquaticus é uma bactéria muito especial e resistente, pois em temperaturas tão altas quanto as que ela 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 todo organismo heterotrófico, essa bactéria necessita de compostos orgânicos presentes no meio ambiente para se desenvolver. As principais fontes de matéria orgânica são bactérias e algas presentes nas redondezas, bem como no solo circundante.

Ele prospera em ambientes ligeiramente alcalinos

O pH ótimo em que o Thermus aquaticus pode se desenvolver sem que as proteínas que o compõem percam sua função está entre 7,5 e 8. Vale lembrar que 7 na escala de pH 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 a nível experimental devido à sua capacidade de viver em ambientes com altas temperaturas.

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

As enzimas sintetizadas por Thermus aquaticus mais estudadas 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

A bactéria 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.

A célula Thermus aquaticus possui uma membrana que por sua vez é composta por três camadas: uma camada interna de plasma, uma camada externa de aparência áspera e uma camada intermediária.

Uma das características distintivas desse tipo de bactéria é que existem 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 min, 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 ligação dupla, 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).

Ressalte-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).

Isso requer primers iniciais e finais (sequência de nucleotídeos curta que fornece um ponto de partida para a síntese de DNA), DNA polimerase, trifosfato de desoxirribonucleotídeo, 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

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

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. Fundo Editorial para a cultura econômica. México. 2012
3. 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.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R e Rodellar C. Justificativa para a reação em cadeia da polimerase (PCR). AquaTIC nº 15, novembro de 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradation of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) by Microorganisms.. Acta Universitaria 2005, 15 (maio-agosto). Disponível em redalyc.org.
6. Sharp R, espécie William R. Thermus. Biothecnology Handbooks. Springer Science Business Media, LLC. novecentos e noventa e cinco.