Thermus aquaticus is a thermophilic gram-negative bacterium that has played a key role in the modern revolution in genetic research, genetic engineering, and biotechnology (see below). Thermophilic bacteria are bacteria that thrive at very high temperatures, often above 45° C (113° F). Thermus aquaticus was originally isolated from a number of hot springs in Yellowstone National Park and a hot spring in California (U.S.A.) and was subsequently isolated from hot springs in other parts of the world and even from artificial hot water environments such as hot tap water (Brock and Freeze 1969; Brock and Boylen 1973). Previously, microbiologists had enriched for thermophilic bacteria at 55° C, but the discoverer of T. aquaticus, Thomas Brock, found that many thermophiles in his studies of microbial ecology would not be easily detected at such a "low" temperature since they require temperatures above 70° C to flourish. As Brock has noted, his discovery provides an excellent illustration of the often unpredictable value (both academic and applied) of basic research (Brock 1997).
In the 1980s, a method known as the polymerase chain reaction (PCR) was developed to generate many copies of targeted segments of DNA from very tiny samples (Mullis and Faloona 1987; Arnheim and Erlich 1992; visit this site for a visual explanation of the principle of PCR) . This technique includes repeated cycles of melting apart of the two strands of each double-stranded DNA molecule (typically at 92° to 95° C) alternating with the extension of new complementary strands to create additional copies. To be practical, this method requires the use of a DNA polymerase that is not destroyed by this heating (DNA polymerases are enzymes that play a key role in DNA synthesis within cells; see Pavlov et al. 2004 for an overview of DNA polymerases). Fortunately, evolution has provided such polymerases in bacteria adapted to live at very high temperatures (e.g., in hot springs). Chien et al. (1976) had already purified a stable DNA polymerase from T. aquaticus with a temperature optimum of 80° C, which proved to serve very well for the automation of PCR.
The use of DNA polymerases from T. aquaticus and other thermophiles in PCR and related applications, such as DNA sequencing, has revolutionized biotechnology. The humble T. aquaticus enormously expanded what questions could be practically addressed in fields ranging from biomedical science ("what is the genetic basis for disease X and does this patient have this disorder?") to animal behavior ("were all the young in this bluebird nest actually sired by the mother's apparent mate?") to conservation ("is this whale meat being sold truly from the species the seller claims?") to forensics ("can this accused criminal possibly have left the DNA evidence found at the crime scene?") and beyond.
The use of DNA polymerases from T. aquaticus and other thermophiles in the polymerase chain reaction (PCR) and related applications, such as DNA sequencing, has revolutionized biotechnology. The humble T. aquaticus enormously expanded what questions could be practically addressed in fields ranging from biomedical science ("what is the genetic basis for disease X and does this patient have this disorder?") to animal behavior ("were all the young in this bluebird nest actually sired by the mother's apparent mate?") to conservation ("is this whale meat being sold truly from the species the seller claims?") to forensics ("can this accused criminal possibly have left the DNA evidence found at the crime scene?") and beyond.
In addition to its DNA polymerase, a range of other thermostable enzymes have been isolated from T. aquaticus for use in high temperature molecular biology applications. Largely as a result of the example of T. aquaticus, which has generated enormous profits for the biotechnology industry but not for the national park in which it was discovered (nor for U.S. taxpayers), the National Park Service now may require researchers working in national parks to sign "benefits sharing" agreements requiring that profits that may be derived at a later point in time from work done in the park be shared with the park.
Degryse et al. (1978) and Degryse and Glansdorff (1981) studied the metabolism of Thermus aquaticus. These bacteria are obligately aerobic and chemoheterotrophic (Degryse et al. 1978).
Gibbs et al. (2009) studied the phylogeny of Thermus isolates and found they fell into 8 clades. They then isolated the DNA polymerase I genes from 22 representatives and cloned the 8 most diverse genes (to represent the 8 clades) into an expression vector. They were able to purify the protein from six of these clones and examined their biochemical characteristics and suitability for PCR. They found that none was as thermostable as commercially available Taq polymerase and all had error-frequencies similar to those of Taq polymerase. They concluded that the initial selection of T. aquaticus for DNA polymerase purification was a fortuitous choice, although they suggest that simple mutagenesis procedures on other Thermus-derived polymerases should provide comparable thermostability for the PCR reaction.
Thermus aquaticus was originally isolated from a number of hot springs in Yellowstone National Park and a hot spring in California (U.S.A.) and was subsequently isolated from hot springs in other parts of the world and even from artificial hot water environments such as hot tap water (Brock and Freeze 1969; Brock and Boylen 1973). Previously, microbiologists had enriched for thermophilic bacteria (i.e, bacteria that thrive at high temperatures) at 55° C, but the discoverer of T. aquaticus, Thomas Brock, found that many thermophiles in his studies of microbial ecology would not be easily detected at such a "low" temperature since they require temperatures above 70° C to flourish.
Thermus aquaticus és una espècie d'eubacteri que es caracteritza per tolerar altes temperatures; per això mateix és la font de l'enzim resistent a la temperatura Taq polimerasa, un dels més importants en la biologia molecular, ja que és el principal en les PCR. Thermus aquaticus és un dels molts bacteris termofílics que pertanyen al grup Deinococcus-Thermus.
El 1969, Thomas Brock i Hudson Freeze de la Universitat d'Indiana van informar d'una nova espècie d'eubacteri que varen anomenar Thermus aquaticus. [1].
Prospera als 70 °C però no pot sobreviure a temperatures de 50 °C-80 °C (122 °F-176 °F). És un autòtrof, és a dir, que realitza la fotosíntesi per obtenir l'aliment. Va ser aïllat de gueisers del Parc Nacional de Yellowstone.
T. aquaticus ha esdevingut famós com a font de proteïnes termoestables, particularment la Taq polimerasa descrita més avall:
Thermus aquaticus és una espècie d'eubacteri que es caracteritza per tolerar altes temperatures; per això mateix és la font de l'enzim resistent a la temperatura Taq polimerasa, un dels més importants en la biologia molecular, ja que és el principal en les PCR. Thermus aquaticus és un dels molts bacteris termofílics que pertanyen al grup Deinococcus-Thermus.
Thermus aquaticus je aerobní gramnegativní bakterie z kmene Deinococcus-Thermus. Z metabolického hlediska se řadí mezi heterotrofy a navíc, protože je odolná k vysokým teplotám, označuje se také jako termofilní. Byla objevena ve vřídlech v Yellowstonském národním parku.[1]
Z této bakterie bylo izolováno množství různých termostabilních enzymů používaných ve výzkumu. Velmi známá je její tzv. Taq polymeráza (její DNA polymeráza, tedy bakteriálního typu), která se užívá v metodě známé jako PCR. Mimoto z této bakterie také pochází ribozomy, které byly podrobeny krystalografii, čímž byla poprvé zjištěna prostorová struktura 70S ribozomů.[1]
Thermus aquaticus je aerobní gramnegativní bakterie z kmene Deinococcus-Thermus. Z metabolického hlediska se řadí mezi heterotrofy a navíc, protože je odolná k vysokým teplotám, označuje se také jako termofilní. Byla objevena ve vřídlech v Yellowstonském národním parku.
Z této bakterie bylo izolováno množství různých termostabilních enzymů používaných ve výzkumu. Velmi známá je její tzv. Taq polymeráza (její DNA polymeráza, tedy bakteriálního typu), která se užívá v metodě známé jako PCR. Mimoto z této bakterie také pochází ribozomy, které byly podrobeny krystalografii, čímž byla poprvé zjištěna prostorová struktura 70S ribozomů.
Thermus aquaticus gehört zu den thermophilen (wärmeliebenden), gramnegativen Bakterien und lebt in heißen Quellen und Geysiren beispielsweise im Yellowstone-Nationalpark. Dort wurde das Bakterium 1969 in der Nähe des Great-Fountain-Geysirs von Forschern der Indiana University entdeckt.[1] Die Umgebungstemperatur in diesen Quellen liegt bei etwa 50 bis 80 °C. Thermus aquaticus ist auf Sauerstoff angewiesen (aerob), zur Ernährung werden Aminosäuren, Zucker, verschiedene organische Säuren oder Mischungen von anderen Stoffen genutzt. Das Bakterium ist also chemoorganotroph, es benötigt organische Stoffe zur Ernährung.
In der Zellwand von Thermus ist ein Peptidoglykan enthalten, in dem die Diaminopimelinsäure durch Ornithin ersetzt ist.[2]
T. aquaticus wurde ab 1988 durch seine thermostabile DNA-Polymerase (nach seinem Namen auch als Taq-Polymerase oder kurz Taq-Pol bezeichnet) bekannt, welche die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zur Vervielfältigung der DNA wesentlich vereinfacht. Dieses thermostabile Enzym übersteht den Denaturierungsschritt und die Polymerase muss nicht bei jedem Zyklus neu zugegeben werden.
Thermus aquaticus gehört zu den thermophilen (wärmeliebenden), gramnegativen Bakterien und lebt in heißen Quellen und Geysiren beispielsweise im Yellowstone-Nationalpark. Dort wurde das Bakterium 1969 in der Nähe des Great-Fountain-Geysirs von Forschern der Indiana University entdeckt. Die Umgebungstemperatur in diesen Quellen liegt bei etwa 50 bis 80 °C. Thermus aquaticus ist auf Sauerstoff angewiesen (aerob), zur Ernährung werden Aminosäuren, Zucker, verschiedene organische Säuren oder Mischungen von anderen Stoffen genutzt. Das Bakterium ist also chemoorganotroph, es benötigt organische Stoffe zur Ernährung.
In der Zellwand von Thermus ist ein Peptidoglykan enthalten, in dem die Diaminopimelinsäure durch Ornithin ersetzt ist.
T. aquaticus wurde ab 1988 durch seine thermostabile DNA-Polymerase (nach seinem Namen auch als Taq-Polymerase oder kurz Taq-Pol bezeichnet) bekannt, welche die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zur Vervielfältigung der DNA wesentlich vereinfacht. Dieses thermostabile Enzym übersteht den Denaturierungsschritt und die Polymerase muss nicht bei jedem Zyklus neu zugegeben werden.
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]
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]
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.
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.
T. aquaticus je bakterija koja je postala poznata kao izvor termostabilnih enzima, posebno Taq DNK polimeraze.
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]
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.
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.
Thermus aquaticus is a species of bacteria that can tolerate high temperatures, one of several thermophilic bacteria that belong to the Deinococcota phylum. It is the source of the heat-resistant enzyme Taq DNA polymerase, one of the most important enzymes in molecular biology because of its use in the polymerase chain reaction (PCR) DNA amplification technique.
When studies of biological organisms in hot springs began in the 1960s, scientists thought that the life of thermophilic bacteria could not be sustained in temperatures above about 55 °C (131 °F).[1] Soon, however, it was discovered that many bacteria in different springs not only survived, but also thrived in higher temperatures. In 1969, Thomas D. Brock and Hudson Freeze of Indiana University reported a new species of thermophilic bacteria which they named Thermus aquaticus.[2] The bacterium was first isolated from Mushroom Spring in the Lower Geyser Basin of Yellowstone National Park, which is near the major Great Fountain Geyser and White Dome Geyser,[3] and has since been found in similar thermal habitats around the world.
T. aquaticus shows best growth at 65–70 °C (149–158 °F), but can survive at temperatures of 50–80 °C (122–176 °F). It primarily scavenges for protein from its environment as is evidenced by the large number of extracellular and intracellular proteases and peptidases as well as transport proteins for amino acids and oligopeptides across its cell membrane. This bacterium is a chemotroph—it performs chemosynthesis to obtain food. However, since its range of temperature overlaps somewhat with that of the photosynthetic cyanobacteria that share its ideal environment, it is sometimes found living jointly with its neighbors, obtaining energy for growth from their photosynthesis. T. aquaticus normally respires aerobically but one of its strains, Thermus aquaticus Y51MC23, is able to be grown anaerobically.[4]
The genetic material of T. aquaticus consists of one chromosome and four plasmids, and its complete genome sequencing revealed CRISPR genes at numerous loci.[5]
Thermus aquaticus is generally of cylindrical shape with a diameter of 0.5 μm to 0.8 μm. The shorter rod shape has a length of 5 μm to 10 μm. The longer filament shape has a length that varies greatly and in some cases exceeds 200 μm. T. aquaticus has shown multiple possible morphologies in different cultures. The rod-shaped bacteria have a tendency to aggregate. Associations of several individuals can lead to the formation of spherical bodies 10 μm to 20 μm in diameter, also called rotund bodies.[2][6] These bodies are not composed of cell envelope or outer membrane components as previously thought, but are instead made from remodelled peptidoglycan cell wall. Their exact function in the survival of T. aquaticus remains unknown but has been theorised to include temporary food and nucleotide storage, or they may play a role in the attachment and organisation of colonies.[5]
T. aquaticus has become famous as a source of thermostable enzymes, particularly the Taq DNA polymerase, as described below.
Studies of this extreme thermophilic bacterium that could be grown in cell culture was initially centered on attempts to understand how enzymes, which are normally inactive at high temperature, can function at high temperature in thermophiles. In 1970, Freeze and Brock published an article describing a thermostable aldolase enzyme from T. aquaticus.[7]
The first polymerase enzyme isolated from T. aquaticus in 1974 was a DNA-dependent RNA polymerase,[8] used in the process of transcription.
Most molecular biologists probably became aware of T. aquaticus in the late 1970s or early 1980s because of the isolation of useful restriction endonucleases from this organism.[9] Use of the term Taq to refer to Thermus aquaticus arose at this time from the convention of giving restriction enzymes short names, such as Sal and Hin, derived from the genus and species of the source organisms.
DNA polymerase was first isolated from T. aquaticus in 1976.[10] The first advantage found for this thermostable (temperature optimum 72°C, does not denature even in 95 °C) DNA polymerase was that it could be isolated in a purer form (free of other enzyme contaminants) than could the DNA polymerase from other sources. Later, Kary Mullis and other investigators at Cetus Corporation discovered this enzyme could be used in the polymerase chain reaction (PCR) process for amplifying short segments of DNA,[11] eliminating the need to add E. coli polymerase enzymes after every cycle of thermal denaturation of the DNA. The enzyme was also cloned, sequenced, modified (to produce the shorter 'Stoffel fragment'), and produced in large quantities for commercial sale.[12] In 1989 Science magazine named Taq polymerase as its first "Molecule of the Year".[13] In 1993, Mullis was awarded the Nobel Prize in Chemistry for his work with PCR.[14]
The high optimum temperature for T. aquaticus allows researchers to study reactions under conditions for which other enzymes lose activity. Other enzymes isolated from this organism include DNA ligase, alkaline phosphatase, NADH oxidase, isocitrate dehydrogenase, amylomaltase, and fructose 1,6-disphosphate-dependent L-lactate dehydrogenase.
The commercial use of enzymes from T. aquaticus has not been without controversy. After Brock's studies, samples of the organism were deposited in the American Type Culture Collection, a public repository. Other scientists, including those at Cetus, obtained it from there. As the commercial potential of Taq polymerase became apparent in the 1990s,[15] the National Park Service labeled its use as the "Great Taq Rip-off".[16] Researchers working in National Parks are now required to sign "benefits sharing" agreements that would send a portion of later profits back to the Park Service.
Thermus aquaticus is a species of bacteria that can tolerate high temperatures, one of several thermophilic bacteria that belong to the Deinococcota phylum. It is the source of the heat-resistant enzyme Taq DNA polymerase, one of the most important enzymes in molecular biology because of its use in the polymerase chain reaction (PCR) DNA amplification technique.
Thermus aquaticus denominado también Thermophilus aquaticus, es una bacteria termófila que vive en la proximidad de manantiales de agua caliente. La descubrió por primera vez Thomas D. Brock en 1969, en un manantial del parque nacional de Yellowstone. Es una bacteria gram-negativa, aerobia y heterótrofa.
Esta bacteria vive a temperaturas comprendidas entre 50 y 80 °C, gracias a que sus enzimas resisten tales condiciones. Normalmente, a esas temperaturas las proteínas constitutivas de la mayoría de los seres vivos se desnaturalizan y no vuelven a ser funcionales. Debido a esa termorresistencia, la enzima que Thermus aquaticus emplea para replicar su ADN, llamada ADN polimerasa Taq, se utiliza con frecuencia en las reacciones de PCR. En la PCR se separan las cadenas de la doble hélice del ADN mediante desnaturalización térmica a temperaturas en torno a los 95°C, lo que conduciría a la inactivación de las DNA polimerasas ordinarias. La polimerasa Taq, en contraste, tiene su máxima actividad a 72 °C y su termoestabilidad es tal que su vida media a 95°C es de 40 minutos, lo que la hace idónea para este tipo de procesos.
Thermus aquaticus edo Thermophilus aquaticus iturri termaletan bizi ohi den bakterio termofiloa da, Deinococcus-Thermus filumean sailkatua. Thomas Brock mikrobiologoak aurkitu zuen lehenbizikoz 1969an AEBetako Yellowstone Parke Nazionalean [1].
Bakterio Gram negatiboa da, eta bazilo itxura du, sarritan harizpiak eratuz. Aerobioa eta heterotrofoa. Zelula horma berezia du, beroarekiko oso erresistentea dena (azido diaminopimelikoaren ordez ornitina dago) [2].
Bakterio hau ospetsua da mikrobiologoen artean PCR burutu ahal izateko beharrezkoa den DNA polimerasa berak hornitzen duelako. Jakina denez, PCR tenperatura altuetan burutzen da. Horregatik, teknika honetan erabiltzen den DNA polimerasak termoegonkorra izan behar du, prozesuan suntsi ez dadin. Thermus aquaticusen DNA polimerasa (taq pol) tenperatura altuetan (70ºC-tan) lan egiten ohituta dago.
Bakterioa 50-80ºC bitarteko tenperaturetan bizi ohi da, eta bere entzimek tenperatura horiek arazorik gabe jasaten dituzte. Ur termaletan ez ezik, gizakiak sortutako inguru artifizial beroetan ere (ur-berogailuetan, adibidez) bizi da bakterio termofilo hau.
Thermus aquaticus edo Thermophilus aquaticus iturri termaletan bizi ohi den bakterio termofiloa da, Deinococcus-Thermus filumean sailkatua. Thomas Brock mikrobiologoak aurkitu zuen lehenbizikoz 1969an AEBetako Yellowstone Parke Nazionalean .
Bakterio Gram negatiboa da, eta bazilo itxura du, sarritan harizpiak eratuz. Aerobioa eta heterotrofoa. Zelula horma berezia du, beroarekiko oso erresistentea dena (azido diaminopimelikoaren ordez ornitina dago) .
Bakterio hau ospetsua da mikrobiologoen artean PCR burutu ahal izateko beharrezkoa den DNA polimerasa berak hornitzen duelako. Jakina denez, PCR tenperatura altuetan burutzen da. Horregatik, teknika honetan erabiltzen den DNA polimerasak termoegonkorra izan behar du, prozesuan suntsi ez dadin. Thermus aquaticusen DNA polimerasa (taq pol) tenperatura altuetan (70ºC-tan) lan egiten ohituta dago.
Bakterioa 50-80ºC bitarteko tenperaturetan bizi ohi da, eta bere entzimek tenperatura horiek arazorik gabe jasaten dituzte. Ur termaletan ez ezik, gizakiak sortutako inguru artifizial beroetan ere (ur-berogailuetan, adibidez) bizi da bakterio termofilo hau.
Thermus aquaticus est une espèce de bactérie pouvant tolérer de fortes températures. À Gram négatif et aérobie, elle fait partie des bactéries thermophiles appartenant au phylum des Deinococcus-Thermus. On a extrait de cette bactérie la Taq ADN polymérase, une des enzymes thermostables les plus utilisées en biologie moléculaire, notamment dans la technique de la PCR. Elle peut survivre à des températures allant jusqu'à 85 °C et dans des milieux très acides, ce qui en fait un des premiers extrêmophiles découverts[1].
Dans les années 1960, lorsque commencèrent les premières études biologiques des organismes vivant dans les sources chaudes, les scientifiques pensaient que les bactéries thermophiles ne pouvaient pas survivre à des températures supérieures à environ 55 °C[2]. Cependant, ils découvrirent rapidement que de nombreuses bactéries issues de sources chaudes diverses pouvaient non seulement survivre, mais également prospérer à des températures supérieures à 55 °C. En 1969, Thomas Brock et Hudson Freeze, de l'Université de l'Indiana, ont recensé une nouvelle espèce de bactérie thermophile qu'ils ont appelée Thermus aquaticus[3]. Elle fut d'abord isolée de la source Mushroom Spring du bassin Lower Geyser Basin du Parc National du Yellowstone, source qui se situe près des geysers Great Fountain et White Dome[4], et a depuis été retrouvée dans des environnements chauds similaires à travers le monde.
Sa température idéale de développement est de 70 °C mais elle peut tolérer une gamme de températures allant de 50 à 80 °C[2]. Cette bactérie est chimiotrophe, c'est-à-dire qu'elle utilise la chimiosynthèse pour opérer son métabolisme. Cependant, du fait que sa gamme de températures tolérées se chevauche un peu avec celle des cyanobactéries photosynthétiques qui partagent son environnement idéal, on la trouve parfois vivant étroitement avec ses cyanobactéries voisines, utilisant ainsi l'énergie issue de leur photosynthèse pour leur propre croissance.
Thermus aquaticus est en général de forme cylindrique (bâtonnet) avec un diamètre de 0,5 à 0,8 µm. Les bâtonnets les plus courts ont une longueur comprise entre 5 et 10 µm. Les filaments les plus longs ont une large gamme de tailles et peuvent parfois excéder 200 µm. Les bactéries en forme de bâtonnets ont tendance à former des agrégats, et dans le cas de T. aquaticus ces agrégats peuvent former des corps sphériques de diamètre 10 à 20 µm, qu'on appelle également corps rotondis (rotound bodies en anglais)[3],[5].
Thermus aquaticus est devenue célèbre de par sa capacité de production d'enzymes thermostables, notamment la Taq polymérase décrite plus bas.
Une fois que cette bactérie a été cultivée avec succès en laboratoire, les premières études tentaient de comprendre comment les enzymes des thermophiles (qui sont normalement dénaturées à haute température) pouvaient fonctionner à de telles températures. En 1970, Freeze et Brock ont publié un article décrivant une aldolase thermostable issue de T. aquaticus[6].
La première polymérase isolée de T. aquaticus en 1974 était une ARN polymérase ADN-dépendante[7], utilisée dans le processus de transcription.
La plupart des biologistes moléculaires ont probablement entendu parler de cette bactérie plutôt à la fin des années 1970 ou au début des années 1980 grâce à l'isolation d'enzymes de restriction chez cet organisme[8] pouvant être utiles dans leur discipline. L'utilisation du terme Taq (première lettre du nom de genre et deux premières lettres du nom d'espèce) a été proposée à cette époque, en même temps que la convention de donner des noms raccourcis aux enzymes de restriction à partir du nom de genre et d'espèce des organismes producteurs (comme Sal et Hin issues respectivement de Streptomyces albus[9] et Haemophilus influenzae[10]) est entrée en vigueur.
L'ADN polymérase de Thermus aquaticus a été isolée pour la première fois en 1976. Le premier avantage de cette enzyme thermostable (optimum de température à 72 °C) était qu'elle pouvait être isolée sous une forme plus pure (sans autres contaminants enzymatiques) que les polymérases issues d'autres organismes. Plus tard, Kary Mullis et d'autres chercheurs à la Cetus Corporation ont découvert que cette enzyme pouvait être utilisée dans la PCR[11], éliminant ainsi le besoin d'ajouter une enzyme après chaque cycle de dénaturation thermique de l'ADN. L'enzyme a également été clonée, séquencée, modifiée (pour produire un fragment plus court, le "Stoffel", ayant perdu l'activité 5'-3' exonucléase[12]) et produite en grandes quantités à des fins commerciales. En 1989 la revue Science a élu la Taq polymérase comme sa toute première "Molécule de l'année"[13]. En 1993, Kary Mullis a obtenu le Prix Nobel de Chimie pour ses travaux sur la PCR[14].
L'optimum important de température pour Thermus aquaticus permet aux chercheurs d'étudier des réactions biochimiques dans des conditions où d'autres enzymes perdraient leur activité. On a isolé d'autres enzymes de cet organisme, dont la ligase, la phosphatase alcaline, la NADH oxydase, l'isocitrate déshydrogénase, l'amylomaltase et la lactate déshydrogénase dépendante du fructose 1,6-bisphosphate.
L'utilisation commerciale des enzymes issues de Thermus aquaticus a suscité plusieurs controverses. À la suite des travaux de Brock, des échantillons de cet organisme ont été déposés à la American Type Culture Collection (Collection Américaine des Cultures-Type), qui est un dépôt public. D'autres scientifiques, dont ceux de la Cetus, y ont ainsi eu accès. Alors que le potentiel commercial de la Taq polymérase a commencé à émerger dans les années 1990[15], le National Park Service (Service des Parcs Nationaux) a dénommé son utilisation sous le nom de "Grande Escroquerie de la Taq" (Great Taq Rip-off en anglais)[16]. Les chercheurs travaillant dans les parcs nationaux américains sont dorénavant tenus de signer une charte de "partage des profits" qui reverse une part d'éventuels bénéfices futurs au Park Service[17].
Thermus aquaticus est une espèce de bactérie pouvant tolérer de fortes températures. À Gram négatif et aérobie, elle fait partie des bactéries thermophiles appartenant au phylum des Deinococcus-Thermus. On a extrait de cette bactérie la Taq ADN polymérase, une des enzymes thermostables les plus utilisées en biologie moléculaire, notamment dans la technique de la PCR. Elle peut survivre à des températures allant jusqu'à 85 °C et dans des milieux très acides, ce qui en fait un des premiers extrêmophiles découverts.
Thermus aquaticus é unha especie de bacterias que pode tolerar altas temperaturas (termófila) pertencente ao grupo Deinococcus-Thermus. É un bacilo (que pode formar rosetas ou patróns liñais) ou forma curtos filamentos, ten dobre membrana, é gramnegativo, e contén pigmentos que lle dan coloracións amarelas, rosas ou vermellas.[1][2] Desta especie obtense o encima resistente á calor Taq ADN polimerase, que é un dos encimas máis importantes usados nas técnicas e estudos de bioloxía molecular, xa que se utiliza na reacción en cadea da polimerase (PCR) para a amplificación do ADN.
Cando empezaron a estudarse os organismos que vivían en fontes termais na década de 1960, os científicos pensaban que as bacterias termófilas non podían vivir por riba dos 55 °C.[3] Porén, axiña se decataron de que moitas bacterias propias deses ambientes non só podían sobrevivir senón tamén prosperar con grande éxito a altas temperaturas. En 1969, Thomas D. Brock e Hudson Freeze da Universidade de Indiana informaron do descubrimento dunha nova especie de bacteria termófila, á que denominaron Thermus aquaticus.[4] A bacteria descubriuse primeiro en áreas hidrotermais do Parque Nacional de Yellowstone, EUA, preto dos grandes géyseres chamados Great Fountain Geyser e White Dome Geyser,[5] e foi desde entón atopado en hábitat termais similares por todo o mundo.
Thermus aquaticus ten xeralmente forma cilíndrica cun diámetro de 0,5 μm a 0,8 μm. A forma de bacilo máis curta ten unha lonxitude de 5 μm a 10 μm. A forma filamentosa máis longa ten uha lonxitude variable que pode chegar a 200 μm. A bacteria bacilar ten tendencia a agregarse. As asociacións de varios individuos poden orixinar corpos esféricos de 10 μm a 20 μm de diámetro, tamén chamados corpos redondos ou rotundos.[6][7]
A especie prospera a 70 °C, pero pode sobrevivir a temperatures de entre 50 °C e 80 °C. É unha bacteria heterótrofa, xa que utiliza compostos orgánicos para obter enerxía. Porén, como o seu rango de temperaturas se solapa algo co de certas cianobacterias fotosintéticas que comparten o seu ambiente, ás veces viven xuntas, e T. aquaticus obtén enerxía de produtos fotósintéticos dos seus veciños, pero tamén de quimioautótrofos ou doutros heterótrofos mortos do seu hábitat, ou de materia orgánica do solo que chega ás fontes termais.
T. aquaticus é famosa como fonte de encimas termoestables, especialmente da "Taq" ADN polimerase. Os seus principais encimas son:
O uso comercial dos encimas de T. aquaticus proporcionou grandes beneficios. Despois dos estudos do Dr. Brock, as mostras da bacteria depositáronse na Colección de Cultivos Tipo Americana (ATCC), que é un depósito público, de onde o tomaron outros científicos, incluídos os de Cetus Corporation. Posteriormente, os investigadores que traballan nos Parques Nacionais de EUA, de onde procedía a bacteria, reclamaron que a institución dos parque debería de compartir unha parte dos beneficios.[15][16]
Thermus aquaticus é unha especie de bacterias que pode tolerar altas temperaturas (termófila) pertencente ao grupo Deinococcus-Thermus. É un bacilo (que pode formar rosetas ou patróns liñais) ou forma curtos filamentos, ten dobre membrana, é gramnegativo, e contén pigmentos que lle dan coloracións amarelas, rosas ou vermellas. Desta especie obtense o encima resistente á calor Taq ADN polimerase, que é un dos encimas máis importantes usados nas técnicas e estudos de bioloxía molecular, xa que se utiliza na reacción en cadea da polimerase (PCR) para a amplificación do ADN.
Thermus aquaticus adalah spesies bakteri yang dapat mentoleransi suhu tinggi, salah satu dari beberapa bakteri termofilik yang termasuk dalam kelompok Deinococcus–Thermus. Bakteri ini adalah sumber enzim tahan panas Taq DNA polimerase, salah satu enzim paling penting dalam biologi molekuler karena digunakan dalam teknik amplifikasi DNA reaksi berantai polimerase (polymerase chain reaction, PCR).
Ketika studi tentang organisme biologis di mata air panas dimulai pada 1960-an, para ilmuwan berpikir bahwa bakteri termofilik tidak dapat bertahan hidup pada suhu di atas sekitar 55 °C (131 °F).[1] Namun demikian, ditemukan bahwa banyak bakteri di mata air yang berbeda tidak hanya bertahan hidup, tetapi juga berkembang dalam suhu yang lebih tinggi. Pada tahun 1969, Thomas D. Brock dan Hudson Freeze dari Indiana University melaporkan spesies baru bakteri termofilik yang mereka beri nama Thermus aquaticus.[2] Bakteri ini pertama kali ditemukan di Lower Geyser Basin di Taman Nasional Yellowstone, dekat Great Fountain Geyser dan White Dome Geyser,[3] dan sejak itu telah ditemukan di habitat termal yang serupa di seluruh dunia.
Thermus aquaticus tumbuh subur pada 70 °C (158 °F), tetapi dapat bertahan hidup pada suhu 50 °C hingga 80 °C (122 °F hingga 176 °F). Bakteri ini adalah kemotrof—ia melakukan kemosintesis untuk mendapatkan makanan. Namun, karena kisaran suhu tumpang tindih dengan cyanobacteria fotosintetik yang berbagi lingkungan yang ideal, kadang-kadang ditemukan hidup bersama dengan tetangganya, memperoleh energi untuk pertumbuhan dari fotosintesis mereka.
Thermus aquaticus umumnya berbentuk silindris dengan diameter 0,5 μm hingga 0,8 μm. Bentuk batang yang lebih pendek memiliki panjang 5 μm hingga 10 μm. Bentuk filamen yang lebih panjang memiliki panjang yang sangat bervariasi dan dalam beberapa kasus melebihi 200 μm. Bakteri berbentuk batang memiliki kecenderungan untuk membentuk agregat. Asosiasi beberapa individu dapat mengarah pada pembentukan badan berbentuk bola berdiameter 10 μm hingga 20 μm, juga disebut badan-badan rotund.[2][4]
T. aquaticus telah menjadi terkenal sebagai sumber enzim termostabil, terutama Taq polimerase DNA, seperti yang dijelaskan di bawah ini.
Studi pada bakteri termofilik ekstrim ini yang dapat ditumbuhkan dalam kultur sel pada awalnya berpusat pada upaya untuk memahami bagaimana enzim protein (yang biasanya terinaktivasi pada suhu tinggi) dapat berfungsi pada suhu tinggi di termofil. Pada tahun 1970, Freeze dan Brock menerbitkan sebuah artikel yang menjelaskan enzim aldolase termostabil dari T. aquaticus.[5]
Enzim polimerase pertama yang diisolasi dari T. aquaticus pada tahun 1974 adalah RNA polimerase yang bergantung pada DNA,[6] yang digunakan dalam proses transkripsi.
Sebagian besar ahli biologi molekuler mungkin menyadari T. aquaticus pada akhir 1970-an atau awal 1980-an karena isolasi endonuklease restriksi yang berguna dari organisme ini.[7] Penggunaan istilah Taq untuk merujuk pada Thermus aquaticus muncul pada masa ini dari konvensi pemberian nama pendek enzim restriksi, seperti Sal dan Hin, berasal dari genus dan spesies dari organisme sumber.
DNA polimerase pertama kali diisolasi dari T. aquaticus pada tahun 1976.[8] Keuntungan pertama yang ditemukan untuk DNA polimerase termostabil ini (temperatur optimum 80 °C) adalah bahwa ia dapat diisolasi dalam bentuk yang lebih murni (bebas dari kontaminan enzim lain) daripada DNA polimerase dari sumber lain. Kemudian, Kary Mullis dan peneliti lain di Cetus Corporation menemukan enzim ini dapat digunakan dalam proses reaksi berantai polimerase (PCR) untuk memperbanyak segmen pendek DNA,[9] menghilangkan kebutuhan untuk menambahkan enzim setelah setiap siklus denaturasi termal DNA. Enzim juga dikloning, diurutkan, dimodifikasi (untuk menghasilkan 'fragmen Stoffel' yang lebih pendek), dan diproduksi dalam jumlah besar untuk dijual secara komersial.[10] Pada tahun 1989 majalah Science menyebut Taq polymerase sebagai "Molecule of the Year" pertama.[11] Pada tahun 1993, Dr. Kary Mullis[12] dianugerahi Penghargaan Nobel Kimia untuk karyanya dengan PCR.
Suhu optimum yang tinggi untuk T. aquaticus memungkinkan para peneliti untuk mempelajari reaksi dalam kondisi di mana enzim lain kehilangan aktivitasnya. Enzim lain yang diisolasi dari organisme ini termasuk DNA ligase, alkalin fosfatase, NADH oksidase, isositrat dehidrogenase, amilomaltase, dan L-laktat dehidrogenase bergantung fruktosa 1,6-disfosfat.
Penggunaan komersial enzim dari T. aquaticus tidak bebas dari kontroversi. Setelah studi Dr. Brock, sampel organisme itu disimpan di American Type Culture Collection, sebuah repositori publik. Ilmuwan lain, termasuk ilmuwan di Cetus, mendapatkannya dari sana. Ketika potensi komersial dari Taq polimerase menjadi jelas pada 1990-an,[13] National Park Service melabeli penggunaannya sebagai "Great Taq Rip-off".[14] Para peneliti yang bekerja di National Park Service sekarang diminta untuk menandatangani perjanjian "pembagian manfaat" yang akan mengirim sebagian dari laba yang didapatkan kembali ke Park Service.
. PMID 5781580. . PMID 5473907. . PMID 4984076. . PMID 8432. . PMID 16817955. — Detailed history of Cetus and the commercial aspects of PCR. . PMID 9258667.. PMID 9258667.Thermus aquaticus adalah spesies bakteri yang dapat mentoleransi suhu tinggi, salah satu dari beberapa bakteri termofilik yang termasuk dalam kelompok Deinococcus–Thermus. Bakteri ini adalah sumber enzim tahan panas Taq DNA polimerase, salah satu enzim paling penting dalam biologi molekuler karena digunakan dalam teknik amplifikasi DNA reaksi berantai polimerase (polymerase chain reaction, PCR).
Thermus aquaticus Brock & Freeze, 1969 è un batterio termofilo isolato per la prima volta nelle pozze di acqua calda del parco nazionale di Yellowstone, negli Stati Uniti. È divenuto famoso nel campo della biologia molecolare dopo la sensazionale invenzione di Kary Mullis, la reazione a catena della polimerasi (PCR), che ha rivoluzionato il modo di fare ricerca in questo ed in molti altri settori e che portò l'eccentrico scienziato al Premio Nobel per la chimica nel 1993.
La sua notorietà è dovuta alle caratteristiche di estrema termostabilità di un suo enzima, la DNA polimerasi (commercialmente detta Taq polimerasi), componente fondamentale della miscela di reazione nell'amplificazione del DNA per mezzo della PCR (che richiede numerosi cicli di riscaldamento per favorire la denaturazione del DNA). Prima della sua scoperta, per effettuare l'amplificazione del DNA con tecniche di laboratorio, era necessario aggiungere nuovo enzima dopo ciascun ciclo di riscaldamento, favorendo così la possibilità di inquinamento del campione e non permettendo la completa automazione del processo.
Attualmente sono disponibili a fini di ricerca e di diagnostica delle DNA polimerasi ottenute da diversi microrganismi e alcune ricombinanti, con diverse caratteristiche in termini di processività e accuratezza.
Systematyka Królestwo bakterie Typ Deinococcus-Thermus Klasa Deinococci Rząd Thermales Rodzaj Thermus Gatunek Thermus aquaticus Nazwa systematyczna Thermus aquaticus Thermus aquaticus – gatunek bakterii, który dobrze znosi wysokie temperatury. Pierwszy raz odkryto ją w gorących źródłach Yellowstone, a wkrótce później w gorącej wodzie wodociągowej na Uniwersytecie Indiany w Bloomington[1]. Rośnie w temperaturach od 65 do 102 °C[2] przy czym optymalne dla niego warunki to: temperatura 100 °C i ciśnienie 45 MPa, zaliczany jest więc do piezofili[3] i termofili ekstremalnych[4]. Jest chemotrofem. Z tej bakterii pochodzi termostabilna polimeraza Taq wykorzystywana w biologii molekularnej w reakcji PCR[5].
Thermus aquaticus – gatunek bakterii, który dobrze znosi wysokie temperatury. Pierwszy raz odkryto ją w gorących źródłach Yellowstone, a wkrótce później w gorącej wodzie wodociągowej na Uniwersytecie Indiany w Bloomington. Rośnie w temperaturach od 65 do 102 °C przy czym optymalne dla niego warunki to: temperatura 100 °C i ciśnienie 45 MPa, zaliczany jest więc do piezofili i termofili ekstremalnych. Jest chemotrofem. Z tej bakterii pochodzi termostabilna polimeraza Taq wykorzystywana w biologii molekularnej w reakcji PCR.
Thermus aquaticus é uma espécie de bactéria que pode tolerar altas temperaturas, uma das várias bactérias termofílicas que pertencem ao grupo Deinococcus-Thermus. É a fonte da enzima resistente ao calor Taq DNA polimerase, uma das enzimas mais importantes em biologia molecular devido ao seu uso na técnica de amplificação de DNA por reação em cadeia da polimerase (PCR).
Quando os estudos de organismos biológicos em fontes termais começaram na década de 1960, os cientistas pensaram que a vida das bactérias termofílicas não poderia ser sustentada em temperaturas acima de cerca de 55 °C[1]. Logo, porém, foi descoberto que muitas bactérias em diferentes fontes não apenas sobreviveram, mas também prosperaram em temperaturas mais altas. Em 1969, Thomas D. Brock e Hudson Freeze, da Universidade de Indiana, relataram uma nova espécie de bactéria termofílica que chamaram de Thermus aquaticus.[2]
A bactéria foi isolada pela primeira vez da Mushroom Spring na Lower Geyser Basin do Parque Nacional de Yellowstone, que fica perto do grande Great Fountain Geyser e do White Dome Geyser, e desde então foi encontrada em habitats térmicos semelhantes ao redor do mundo.[3]
Thermus aquaticus é geralmente de forma cilíndrica com um diâmetro de 0,5 μm a 0,8 μm. A forma de haste mais curta tem um comprimento de 5 μm a 10 μm. O formato do filamento mais longo tem um comprimento que varia muito e, em alguns casos, excede 200 μm. T. aquaticus apresentou múltiplas morfologias possíveis em diferentes culturas. As bactérias em forma de bastonete têm tendência a se agregar.
As associações de vários indivíduos podem levar à formação de corpos esféricos de 10 μm a 20 μm de diâmetro, também chamados de corpos rotundos[4]. Esses corpos não são compostos de envelope celular ou componentes de membrana externa como se pensava anteriormente, mas, em vez disso, são feitos de parede celular de peptidoglicano remodelada. Sua função exata na sobrevivência de T. aquaticus permanece desconhecida, mas foi teorizado que inclui comida temporária e armazenamento de nucleotídeos, ou eles podem desempenhar um papel na fixação e organização das colônias.[5]
O uso comercial de enzimas de Thermus aquaticus gerou várias controvérsias. Como resultado do trabalho de Brock, amostras deste organismo foram depositadas na American Type Culture Collection, que é um repositório público. Outros cientistas, incluindo os da Cetus Corporation, tiveram acesso a ele. Como o potencial comercial da Taq polimerase começou a surgir na década de 1990, o National Park Service se referiu ao seu uso como "Great Taq Rip-off". Os pesquisadores que trabalham em parques nacionais americanos agora são obrigados a assinar uma carta de "participação nos lucros" que paga uma parte de quaisquer lucros futuros para o Serviço de Parques.[6]
Thermus aquaticus é uma espécie de bactéria que pode tolerar altas temperaturas, uma das várias bactérias termofílicas que pertencem ao grupo Deinococcus-Thermus. É a fonte da enzima resistente ao calor Taq DNA polimerase, uma das enzimas mais importantes em biologia molecular devido ao seu uso na técnica de amplificação de DNA por reação em cadeia da polimerase (PCR).
Thermus aquaticus je vrsta bakterije, za katero je značilno, da prenaša zelo visoke temperature. DNK-polimeraza iz te vrste bakterij, imenovana Taq-polimeraza, je zelo pomemben encim v molekularni biologiji, saj se zaradi odpornosti na visoke temperature uporablja pri verižni reakciji s polimerazo.
Najbolj uspeva pri temperaturi okoli 70 °C, preživi pa tudi temperature do 80 °C. Je kemotrof, kar pomeni, da za pridobivanje hranil izvaja kemosintezo.
Bakterija je postala slavna kot vir termofilnih encimov (že omenjena Taq-polimeraza, aldolaza, restriktaza, RNK-polimeraza ...).
Prva sta jo opisala Thomas Brock in Hudson Freeze z univerze v Indiani in jo poimenovala Thermus aquaticus. Prvič so jo odkrili v vročih vrelcih yellowstonskega narodnega parka, kasneje pa so jo našli tudi v vročih izvirih drugod po svetu.
Thermus aquaticus är en bakterie som klarar av höga temperaturer. Den trivs vid 70° Celsius, och lever i heta källor. Den innehåller det värmetåliga enzymet Taq-polymeras som är viktigt vid polymeraskedjereaktioner (PCR).
År 1969 rapporterade Thomas Brock och Hudson Freeze, verksamma vid Indiana University, en ny typ av termofil bakterie som de döpte till Thermus aquaticus. Bakterien upptäcktes först i Yellowstone nationalpark i USA och har därefter upptäckts i andra liknande områden.
Bakterien påträffades först i heta gejsrar i nationalparken Yellowstone. Upptäckten gjordes av Thomas D. Brock, i samarbete med sin kollega Hudson Freeze, i slutet av 1960-talet. Den nya bakteriearten gavs först namnet Caldobacter trichogenes, vilket senare ändrades till Thermus balnearius. Det slutgiltiga namnet blev dock Thermus aquaticus, vilket var det namn som användes i publikationen som beskrev organismen 1969[1].
Forskare tror att bakterier har funnits på jorden i ungefär 3 miljarder år. De flesta bakterier är ca i mikrometer långa och har oftast följande organeller[2]:
T. aquaticus bildar inte sporer och är inte heller motilt, då bakterien till skillnad från vissa andra bakterier saknar flagell, d.v.s. organellen som ger bakterien möjlighet att förflytta sig[3].
Thermus aquaticus är en gramnegativ bakterie[3], vilket innebär att dess celler innehåller ett tunnare lager peptidoglykan jämfört med grampositiva bakterier. Gramnegativa bakterier har dessutom liposackarider samt ett dubbelt cellmembran (inre och yttre), vilket saknas hos grampositiva bakterier. Hos de gramnegativa bakterierna finns cellväggen mellan de båda cellmembranen, i det så kallade periplasmiska utrymmet. Denna egenskap kan påvisas med hjälp av gramfärgning[4].
Thermus aquaticus är en termofil bakterie, vilket innebär att den trivs vid relativt höga temperaturer som andra bakterier inte klarar av. Att termofila bakterier överlever under sådana förhållanden beror på att deras enzym samt cellulära strukturer är värmestabila. Just den här bakterien lever och reproducerar sig vid temperaturer runt 85 °C[5]. Thermus aquaticus är en kemoautotrof och kan erhålla sin mat genom kemosyntes, vilket innebär att den är självnärande genom oxidation av oorganiska ämnen. Dessutom har bakterien påträffats leva tillsammans med cyanobakterier, och har då kunnat skaffa sig energi till tillväxt genom dessa organismers fotosyntes[6].
Thermus aquaticus är en mycket användbar bakterie då den innehåller enzymet Taq DNA-polymeras som används vid den biokemiska metodenPCR, där DNA framställs i stora mängder[7]. PCR-reaktionen består av 3 huvudsteg. I det första steget hettas reaktionsblandningen upp till 96 °C och det dubbelsträngade DNA:t denatureras till enkelsträngat DNA. Därefter sänks temperaturen till 60 °C och två primrar binder in till det enkelsträngade DNA:t. I det tredje steget förlängs DNA-molekylen genom att Taq DNA-polymeraset adderar en nukleotid i taget till primern för att skapa en komplementär kopia av DNA-mallen. Under detta steg är temperaturen 72 °C, vilket är Taq-polymerasets optimala temperatur. Det är enzymets värmetålighet som gör att det inte förstörs, d.v.s. denatureras, vid de höga temperaturer som krävs för PCR[8].
Taq DNA-polymeras är inte det enda enzymet som forskare har kunnat utvinna från Thermus aquaticus, ett annat exempel är aldolase. Det värmestabila enzymets optimala temperatur är 95˚C och när temperaturen sjunker till under 60˚C, minskar enzymets aktivitet. Enzymet aktiveras bl.a. av höga halter av ammoniumjoner (NH4+), låga halter av järnjoner (Fe2+) och av cystein[9].
Thermus aquaticus är en bakterie som klarar av höga temperaturer. Den trivs vid 70° Celsius, och lever i heta källor. Den innehåller det värmetåliga enzymet Taq-polymeras som är viktigt vid polymeraskedjereaktioner (PCR).
År 1969 rapporterade Thomas Brock och Hudson Freeze, verksamma vid Indiana University, en ny typ av termofil bakterie som de döpte till Thermus aquaticus. Bakterien upptäcktes först i Yellowstone nationalpark i USA och har därefter upptäckts i andra liknande områden.
Thermus aquaticus yüksek ısıya dayanıklı olan bir bakteri türüdür. Moleküler biyoloji ve genetik çalışmalarında kullanılan Taq DNA Polimeraz enziminin izole edildiği bakteridir.
Bakteri ile ilgili bu madde bir taslaktır. Madde içeriğini geliştirerek Vikipedi'ye katkıda bulunabilirsiniz. T. aquaticus — грам-негативна паличкоподібна бактерія. Не утворює капсул і спор, частина штамів рухомі та мають джгутики. На сонячному світлі продукує різноманітні пігменти[1]. Екстремально-термофільний хемоорганогетеротроф, аероб[2], розвивається при температурі вище за 55 °C (оптимальною є температура 70 °C). Мешкає в гарячих джерелах, гейзерах[3], два штами було виділено з гарячої водопровідної води[4].
Геном T. aquaticus штаму HB27 представлений кільцевою хромосомою розміром 1894877 пар основ і мегаплазмідою pTT27 розміром 232605 пар основ. Відміченв велика схожість геномк T. aquaticus з геномом мезофільного організму Deinococcus radiodurans[5]. Продовжується секвенування і аналіз геному T. aquaticus штаму Y51MC23, розмір хромосоми якого становить 2340768 пар основ, хромосома містить 2570 генів, з яких 2520 кодують білки, вміст ГЦ становить 68 %[6]. T, aquaticus штаму NTU103 має плазміду pTA103 розміром 1965 пар основ, яка реплікується за принципом «кільця, що котиться»[7]. T. aquaticus вражається бактеріофагом IN93, геном якого представлений дволанцюжковою кільцевою молекулою ДНК розміром 19603 пар основ[8].
T. aquaticus є екстремально-термофільною бактерією, тому її ферменти термостабільні й не інактівіруются при підвищених температурах. Деякі ферменти T. aquaticus (рестриктаза Taq1 і особливо полімераза Taq) активно використовуються як інструменти для молекулярно-біологічних та генетичних досліджень[9].
Спочатку не було зрозумілим, як T. aquaticus може виживати в екстремальних температурних умовах, тому необхідно було детально вивчити ферменти T. aquaticus, зокрема як вони уникають денатурації за стіль високими температурами. Одними з перших досліджених ферментів T. aquaticus були альдолази[10].
Першою полімеразою, виділеною з T. aquaticus, була РНК-полімераза (транскриптаза), вперше отримана в 1974 році[11]. Пізніше були проведені кристалографічні дослідження даного фермента[12], а потім з нього була створена рекомбінантна РНК-полімераза, призначена для молекулярно-біологічних досліджень транскрипції[13].
Рестріктаза Taq1 (Taq1-рестриктаза) була одним з перших ферментів T. aquaticus, що використовувався для молекулярно-біологічних дсліджень[14]. Її ділянка рестрикції — TCGA.
Полімераза Taq була вперше виділена в 1976 році[15]. Перевагами цієї полімерази для біотехнології у порівнянні з полімеразами інших організмів є здатність працювати при підвищених температурах (оптимум 72-80 °C) і можливість отримувати цю полімеразу в чистому вигляді. У 1986 році Карі Мулліс (англ. Kary Mullis) вирішив використовувати полімеразу Taq для розробленої їм в 1983 році полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) з огляду на те, що ця полімераза витримувала високу (94—96 °C) температуру, необхідну для денатурації ДНК, через що не було необхідності вносити нову порцію дорогої ДНК-полімерази після кожного циклу ампліфікації. Пініше ген полімерази Taq був клонований і модифікований з метою отримати високоефективний комерційний продукт[16]. Ця полімераза гомологічна ДНК-полімеразі I (pol I) Escherichia coli[17].
Полімераза Taq також обмежено використовується в секвенуванні ДНК[18], але зважаючи на велику кількість пимилок[19] (через відсутність 3'-5' екзонуклеазної активності) у секвенуванні й при точному аналізі частіше використовується полімераза Pfu з архєї Pyrococcus furiosus[20] (хоча полімераза AmpliTaqR має перевагу перед Pfu полімеразою через більш високу процесивність[21]).
|yea= (довідка)
Thermus aquaticus
Brock and Freeze 1969
Thermus aquaticus (лат.) — грамотрицательная палочковидная экстремально термофильная бактерия рода Thermus. Обитает в горячих источниках Йеллоустонского национального парка и других подобных регионах, гейзерах при температурах выше 55 °C. Впервые открыта Томасом Броком (англ. Thomas Brock) и Хадсоном Фризом (англ. Hudson Freeze) в районе Больших Фонтанов (англ. Great Fountain) Йеллоустонского национального парка. Термостабильные ферменты (в особенности термостабильная Taq-полимераза) используются как инструменты в молекулярно-генетических исследованиях.
Грамотрицательная палочковидная бактерия. Не образует капсул и спор, часть штаммов подвижна и имеют жгутики. На солнечном свету продуцирует разнообразные пигменты[1]. Экстремально-термофильный хемоорганогетеротроф, облигатный аэроб[2], развивается при температуре выше 55 °С (оптимальной является температура 70 °C). Обитает в горячих источниках, гейзерах[2], два штамма были выделены из горячей водопроводной воды[3].
Геном T. aquaticus штамма HB27 представлен хромосомой размером 1 894 877 п.н. и мегаплазмидой pTT27 размером 232 605 п.н. Имеется большое сходство генома T. aquaticus с геномом мезофильного организма Deinococcus radiodurans[4]. Продолжается секвенирование генома T. aquaticus штамма Y51MC23, размер хромосомы составляет 2 340 768 п.н., хромосома содержит 2570 гена, из которых 2520 кодируют белки, доля пар Г+Ц составляет 68 %[5]. T, aquaticus штамм NTU103 имеет плазмиду pTA103 размером 1965 п.н., которая реплицируется по типу «катящегося кольца»[6]. T. aquaticus поражается бактериофагом IN93, чей геном представлен двухцепочечной кольцевой молекулой ДНК размером 19 603 п.н.[7]
T. aquaticus является экстремально-термофильной бактерией, поэтому ферменты T. aquaticus термостабильны и не инактивируются при повышенных температурах. Некоторые ферменты T. aquaticus (рестриктаза TaqI и в особенности Taq-полимераза) активно используются в качестве инструментов для молекулярно-генетических исследований[8].
Первоначально не было понятно, как T. aquaticus может выживать в экстремальных температурных условиях, поэтому необходимо было детально изучить ферменты T. aquaticus и то, как они избегают денатурации при таких высоких температурах. Одним из первых изученных ферментов T. aquaticus была альдолаза[9].
Первой из полимераз из T. aquaticus была выделена РНК-полимераза (транскриптаза) в 1974 г.[10] Проведены кристаллографические исследования данного фермента[11] и получена рекомбинантная РНК-полимераза, предназначенная для молекулярно-биологических исследований транскрипции[12].
Эндонуклеаза рестрикции (рестриктаза) TaqI была одним из первых ферментов T. aquaticus, которые стали использовать для молекулярно-генетических исследований[13]. Сайт рестрикции — TCGA.
Taq-полимераза была впервые выделена и охарактеризована в 1976 году[14]. Преимуществами Taq-полимеразы является её способность работать при повышенных температурах (оптимум 72—80 °C) и возможность получать Taq-полимеразу в чистом виде. В 1986 г. Кэри Муллис (англ. Kary Mullis) решил использовать для изобретённой им в 1983 г. полимеразной цепной реакции (ПЦР) Taq-полимеразу ввиду того, что она выдерживала высокую (94—96 °C) температуру, необходимую для денатурации ДНК и не было необходимости вносить новую порцию дорогостоящей ДНК-полимеразы после каждого раунда амплификации. Затем ген Taq-полимеразы был клонирован и модифицирован с целью получить высокоэффективный коммерческий продукт[15]. Taq-полимераза гомологична ДНК-полимеразе I (pol I) Escherichia coli[16]. Taq-полимераза также ограниченно используется в секвенировании ДНК[17], но ввиду большого количества ошибок[18] (из-за отсутствия 3',5'-экзонуклеазной активности) в секвенировании и точных анализах чаще используется Pfu-полимераза из археи Pyrococcus furiosus[19] (хотя полимераза AmpliTaqR имеет преимущество перед Pfu-полимеразой в виде более высокой процессивности[20]).
T. aquaticus является источником термостабильных ферментов, используемых в молекулярной биологии (рестриктаза TaqI, РНК-полимераза, Taq-полимераза). Секвенирование генома T. aquaticus может помочь в поиске других необходимых для биотехнологии ферментов (протеаз[21], амиломальтазы[22], НАД-оксидаз[23]).
Thermus aquaticus (лат.) — грамотрицательная палочковидная экстремально термофильная бактерия рода Thermus. Обитает в горячих источниках Йеллоустонского национального парка и других подобных регионах, гейзерах при температурах выше 55 °C. Впервые открыта Томасом Броком (англ. Thomas Brock) и Хадсоном Фризом (англ. Hudson Freeze) в районе Больших Фонтанов (англ. Great Fountain) Йеллоустонского национального парка. Термостабильные ферменты (в особенности термостабильная Taq-полимераза) используются как инструменты в молекулярно-генетических исследованиях.
水生棲熱菌(Thermus aquaticus)是一種嗜熱細菌，其DNA聚合酶——Taq酶被全世界的分子生物學實驗室廣泛應用於聚合酶鏈式反應(PCR)。
类型
分類 ドメテルムス・アクウァーティクス（Thermus aquaticus）は、グラム陰性桿菌好気好熱性の真正細菌である[1]。学名はラテン語とラテン化されたギリシャ語で、「水中に棲む、熱を好む菌」といったほどの意味がある[1]。
1969年にイエローストーン国立公園から発見された[1]。増殖温度は40-79℃で[1]、当時としては非常に高かった。至適増殖温度70-72°Cは、それまで知られていたGeobacillus stearothermophilus（55-60°C）よりも10°C以上高いものであった。
形態は0.5-0.8μm×5-10μmの細長い桿菌で、鞭毛を持たず、運動性はない[1]。トリプトンや酵母粉末などを主体とする、中性からややアルカリ性の培地でよく増殖する[1]。糖類、アミノ酸、有機酸などを吸収して好気・従属栄養的に増殖する化学合成従属栄養生物である。
分布域は非常に広く、世界中のかなり広範囲の熱水系から分離されており、陸地海洋双方の熱水噴出孔、温泉、人工熱水環境など広い熱水環境に及んでいる。
その高い好熱性から産生するタンパク質の耐久性も高く、多くの酵素類が実用化されている。特に、DNAポリメラーゼのTaqポリメラーゼ、制限酵素のTaqIは広く知られている。
この項目は、真正細菌（バクテリア）に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（Portal:生き物と自然／ウィキプロジェクト 生物）。 テルムス・アクウァーティクス（Thermus aquaticus）は、グラム陰性桿菌好気好熱性の真正細菌である。学名はラテン語とラテン化されたギリシャ語で、「水中に棲む、熱を好む菌」といったほどの意味がある。
1969年にイエローストーン国立公園から発見された。増殖温度は40-79℃で、当時としては非常に高かった。至適増殖温度70-72°Cは、それまで知られていたGeobacillus stearothermophilus（55-60°C）よりも10°C以上高いものであった。
形態は0.5-0.8μm×5-10μmの細長い桿菌で、鞭毛を持たず、運動性はない。トリプトンや酵母粉末などを主体とする、中性からややアルカリ性の培地でよく増殖する。糖類、アミノ酸、有機酸などを吸収して好気・従属栄養的に増殖する化学合成従属栄養生物である。
分布域は非常に広く、世界中のかなり広範囲の熱水系から分離されており、陸地海洋双方の熱水噴出孔、温泉、人工熱水環境など広い熱水環境に及んでいる。
その高い好熱性から産生するタンパク質の耐久性も高く、多くの酵素類が実用化されている。特に、DNAポリメラーゼのTaqポリメラーゼ、制限酵素のTaqIは広く知られている。
더무스 아쿠아티쿠스(Thermus aquaticus, T. aquaticus)는 이상구균-서열균류(Deinococcus–Thermus) 그룹에 속하는 여러 호열성 세균 중 하나로 고온을 견딜 수 있는 세균종이다. 중합효소 연쇄 반응 (PCR)기술에 사용되기 때문에 분자생물학에서 가장 중요한 효소 중 하나인 내열성 효소 Tap 중합효소의 근원이다.
1960년대에 온천에서 생물학적 유기체에 대한 연구가 시작되었을 때 과학자들은 고온성 세균의 수명이 약 55 °C (131 °F) 이상의 온도에서 지속될 수 없다고 생각했다.[1] 그러나 곧 다른 샘에 있는 많은 세균이 생존할뿐만 아니라 더 높은 온도에서도 번성한다는 사실이 밝혀졌다. 1969년 인디애나 대학 블루밍턴의 토마스 블록 (Thomas D. Brock)과 허드슨 프리즈 (Hudson Freeze)는 더무스 아쿠아티쿠스(Thermus aquaticus)라고 명명한 새로운 호열성 세균 종을 보고했다.[2] 이 박테리아는 옐로스톤 국립공원 (Yellowstone National Park)의 머쉬룸 샘(Mushroom Spring)에서 처음 분리되었으며, 그 이후로 전 세계의 유사한 열 서식지에서 발견되었다.
더무스 아쿠아티쿠스는 65 ~ 70°C에서 가장 잘 성장한다. 그러나 50°C에서 80°C의 온도에서도 생존 할 수 있다. 세포 외 및 세포 내 단백질 가수 분해 효소와 펩타이드 가수 분해 효소뿐만 아니라 세포막을 가로지르는 아미노산 및 올리고 펩타이드에 대한 수송 단백질에 의해 입증된 바와 같이 주로 환경에서 단백질을 청소한다. 이 세균은 화학 합성 생물(chemotroph)이다. 이는 화학 합성을 통해 에너지를 얻는다는 뜻이다. 그러나 이상적인 환경을 공유하는 남세균의 온도 범위와 다소 겹치기 때문에 때때로 공생으로 살아가며 광합성을 통해 성장 에너지를 얻는다. 더무스 아쿠아티쿠스는 일반적으로 호기성 호흡을 하지만, 균주 중 하나인 Thermus aquaticus Y51MC23은 혐기성으로 자랄 수 있다.
더무스 아쿠아티쿠스의 유전 물질은 하나의 염색체와 네 개의 플라스미드로 구성되어 있으며, 완전한 게놈 시퀀싱을 통해 수많은 유전자좌에서 CRISPR 유전자가 밝혀졌다.[3]
더무스 아쿠아티쿠스는 일반적으로 직경 0.5μm에서 0.8μm의 원통형 모양이다. 짧은 막대 모양의 길이는 5μm에서 10μm이다. 긴 필라멘트 모양은 길이가 크게 변하고 경우에 따라 200μm을 초과한다. 더무스 아쿠아티쿠스는 막대 모양으로 응집하는 경향을 보인다. 여러 개체의 연합은 직경 10μm에서 20μm의 구형체를 형성하며, 이는 로턴드 바디(rotund body)라고도 불린다.[2][4] 이 군체는 이전에 생각했던 것처럼 세포 외피 또는 외막 구성 요소로 구성되지 않은 대신 개조된 펩티도글리칸 세포벽으로 만들어져 있다. 더무스 아쿠아티쿠스의 생존에 있어 그들의 정확한 기능은 아직 알려지지 않았지만 일시적인 음식과 뉴클레오타이드 저장을 포함하는 것으로 보거나, 콜로니의 부착과 조직화에 역할을 할 수도 있다는 이론이 있다.[3]
더무스 아쿠아티쿠스는 Taq 중합효소의 공급원으로 유명하다.
세포 배양에서 성장할 수 있는 이 극한의 호열성 박테리아에 대한 연구는 처음에는 고온에서 단백질 효소가 호열균에서 기능할 수 있는 방법을 이해하려는 시도에 집중되었다. 1970년 프리즈(Freeze)와 브록(Brock)은 더무스 아쿠아티쿠스의 열 안정성 알돌레이스를 설명하는 논문을 발표했다.[5]
1974년 T. aquaticus에서 분리된 최초의 중합 효소는 전사 과정에 사용된 DNA 의존 RNA 중합효소이다.[6]
대부분의 분자생물학자들은 이 유기체로부터 유용한 제한효소를 분리했기 때문에 1970년대 후반 또는 1980년대 초에 더무스 아쿠아티쿠스를 알게되었다.[7] Thermus aquaticus를 가리키는 용어 Taq의 사용은 현재 원래의 유기체 속과 종에서 파생된 Sal 및 Hin 같은 제한 효소 짧은 이름을 부여하는 관습에서 비롯되었다.
DNA 중합효소는 1976년 더무스 아쿠아티쿠스에서 처음으로 분리되었다.[8] 이 내열성(최적 온도 72°C, 95°C에서도 변성되지 않음) DNA 중합효소에 대해 발견 된 첫 번째 이점은 DNA 중합효소가 다른 공급원에서 얻을 수 있는 것보다 더 순수한 형태로 분리 할 수 있다는 것이다. 이후, 캐리 멀리스와 다른 연구자는 세투스 사(Cetus Corporation)에서 중합효소 연쇄 반응의 짧은 DNA 세그먼트 증폭 과정[9]에서 사이클마다 DNA 변성(denaturation)단계 다음에 대장균 중합효소를 추가할 필요가 없게끔 하는 효소를 발견했다. 그 효소는 클론을 만들고, 시퀀스하고, 변형하여 상업적 판매를 위해 대량으로 생산되었다.[10] 1989년 사이언스(Science)에서는 Taq 중합 효소를 최초의 올해의 분자로 선정했다.[11] 1993년, 캐리 멀리스 박사는 PCR로 노벨상을 수상했다.[12]
더무스 아쿠아티쿠스의 높은 최적 온도는 연구자들이 다른 효소가 활동을 잃는 조건에서 반응을 연구할 수 있도록 해 주었다. 이 유기체에서 분리된 다른 효소로는 DNA 연결 효소 (DNA Ligase), 알칼리성 인산화효소 (Alkaline phosphatase), NADH 산화 효소 (NADH oxidase), 아이소시트르산 탈수소효소 (Isocitrate dehydrogenase), 아밀로말테이스 (Aamylomaltase) 및 과당 1,6-다이포스페이트 의존 L-젖산 탈수소효소가 있다.
더무스 아쿠아티쿠스(Thermus aquaticus, T. aquaticus)는 이상구균-서열균류(Deinococcus–Thermus) 그룹에 속하는 여러 호열성 세균 중 하나로 고온을 견딜 수 있는 세균종이다. 중합효소 연쇄 반응 (PCR)기술에 사용되기 때문에 분자생물학에서 가장 중요한 효소 중 하나인 내열성 효소 Tap 중합효소의 근원이다.
