2.54: Термус водний

Last updated
Save as PDF

Page ID: 7156

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

T. aquaticus - це організм, який робить можливим ПЛР (полімеразна ланцюгова реакція). Це «термофіл», здатний жити при високих температурах, зокрема при температурі понад 70° C (150° F). Він був відкритий в 1969 році, в той час, коли біологи припускали, що жодна жива істота не може вижити при температурі понад 55° C, хоча Thermus може «тільки» витримувати температуру до 80° C, інші організми можуть жити при температурах ще ближче до температури кипіння води.

Фото пари, що випускається з гарячого джерела, пар освітлюється сонячним світлом, що надходить через вічнозелені дерева в лісі — Гаряче джерело Йеллоустоуна, порівнянне з тим, де вперше був виявлений *Thermus aquaticus*.

Філогенія

На відміну від багатьох теплолюбних (теплолюбних) прокаріотів Thermus не знаходиться в області Archaea, а є родом в області бактерій домену. Поряд з одним іншим родом Thermus утворює виразну і давню родовід всередині бактерій.

Структура

Клітини Thermus aquaticus - це стрижнеподібні, а іноді нитчасті, що не джгутикові грамнегативні бактерії, які часто зустрічаються у вигляді ниток. Грамонегативні бактерії мають шар клітинної стінки пептидоглікану, затиснутий між внутрішньою та зовнішньою фосфоліпідною мембраною.

Пол і розмноження

Як і всі бактерії, Термуси не статеві, але здатні обмінюватися генетичним матеріалом іншими способами.

Матерія і енергія

Термус - це гетеротроф і набуває речовину та енергію, поглинаючи органічні сполуки з навколишнього середовища, органічні сполуки, які походять від інших живих організмів або шляхом виведення або деградації біомолекул, які колись були частиною організму.

Взаємодії

Термус зустрічається в місцях з підвищеною температурою, гарячих джерелах і поблизу термальних отворів в океанах. Іноді він зустрічається в системах гарячого водопостачання та в районах теплового забруднення (наприклад, поблизу електростанцій). Він харчується органічними речовинами, виробленими іншими термофілами, включаючи обидва інших членів доменних бактерій (включаючи деякі фотосинтетичні ціанобактерії), а також члени доменної археї (див. Halobacterium)

Полімеразна ланцюгова реакція

За останні 20 років методика ПЛР зробила революцію в біологічних дослідженнях і відіграє дуже важливу роль у «прикладній біології» (наприклад, тестування на уханський грип, тестування на батьківство, діагностика спадкових захворювань, криміналістика, безпека). Це ситуації, коли потрібно мати кілька копій певної частини молекули ДНК, а методи ПЛР дозволяють синтезувати кілька копій певної частини (часто «гена») ДНК. Синтез ДНК здійснюється ферментом ДНК-полімерази, ферментом, що міститься у всіх клітині. У нормальному процесі, що здійснюється всіма клітинами, два ферменти (топоізомераза, хеліказа) розділяють частину подвійної нитки ДНК на дві однонитки, а ДНК-полімераза потім здатна розширити нитки ДНК, що доповнюють кожну з окремих ниток, які були виявлені. У ПЛР тепло використовується для поділу («розплавлення») подвійної багатониткової ДНК на окремі нитки. Потім суміш трохи охолоджують, щоб один з двох «праймерів» зв'язався (відпалював) на окремі пасма. Праймери - це дві короткі послідовності однониткових ДНК (по одній на кожну нитку), що доповнюють кожен кінець гена, який повинен бути скопійований. Відпал праймерів виробляє дві багатониткові «початкові точки», з яких ДНК-полімераза може додавати нуклеотиди, розширюючи молекулу ДНК, що доповнює існуючу одну нитку. ДНК-полімераза від Thermus aquaticus (називається «Taq polymerase») корисна в цьому процесі, оскільки її можна нагріти до температури, досить високої, щоб розплавити ДНК, але все ще здатна функціонувати. Машина ПЛР (називається «термоциклером») виконує повторювані цикли високої температури, плавлячи подвійну багатониткову ДНК, потім трохи охолоджуючи, щоб послідовності праймера зв'язували «відпал» з однією ниткою, і тим самим дозволяючи полімеразі Taq працювати над розширенням нитка праймера таким чином, що доповнює одна пасмо. Цей процес (тепловий цикл) повторюється кілька разів, щоб отримати кілька копій досліджуваної ДНК. Хоча методика можлива з використанням полімераз, а не з термофільних бактерій, після кожного нагрівання доведеться додавати додатковий фермент, оскільки більшість ферментів руйнуються температурами, необхідними для розплавлення подвійної багатониткової ДНК. Полімеразу Taq можна додати на початку, і вона залишається стабільною через кілька циклів (зазвичай близько 30), необхідних для отримання достатньої кількості (зазвичай мільйонів!) копії гена.

Графік, що зображує основний принцип ПЛР, фіолетова лінія зображує циклічні зміни температури протягом чотирьох циклів. — Метод ПЛР 1 = плавлення (T ~ 90° C, 2 = відпал (T ~ 55° C, 3 = подовження (T ~ 72° C Зверніть увагу, що є два праймери, по одному на кожну пасмо. У циклі 1 показано як до (центр), так і після (права сторона) розширення. Після циклу #1 відображаються лише кінцеві продукти після цього циклу. Зверніть увагу, що ДНК-полімераза рухається від 3 'до 5'.