THERMUS AQUATICUS: KARAKTERISTIK, SIKLUS HIDUP, APLIKASI - BIOLOGI - 2025

Thermus aquaticus adalah bakteri termofilik, ditemukan oleh Thomas Brock pada tahun 1967, terletak di Filum Deinococcus-Thermus. Ini adalah mikroorganisme gram negatif, heterotrofik dan aerobik, yang memiliki stabilitas termal sebagai sifat intrinsik.

Ini diperoleh dari berbagai mata air panas antara 50 ° C dan 80 ° C, dan pH 6,0 hingga 10,5, di Taman Nasional Yellowstone dan di California di Amerika Utara. Itu juga telah diisolasi dari habitat termal buatan.

Thermus aquaticus. Bakteri diendapkan pada filter Millipore 0,22 μm (skala = 1 μm).

Ini merupakan sumber enzim tahan panas, yang bertahan dari berbagai siklus denaturasi. Dalam konteks ini, protein dan enzim menjadi perhatian khusus industri bioteknologi.

Beginilah cara enzim yang menyusunnya digunakan dalam rekayasa genetika, dalam reaksi berantai polimerase (PCR), dan sebagai alat penelitian ilmiah dan forensik (Williams dan Sharp, 1995).

Karakteristik umum

Yellowstone Park Geyser. Thermus aquaticus diisolasi dari geyser. Sumber: Pixabay

Ini adalah gram negatif

Thermus aquaticus, saat menjalani proses pewarnaan Gram, memperoleh pewarnaan fuchsia. Ini karena dinding peptidoglikan sangat tipis sehingga partikel zat warna tidak terjebak di dalamnya.

Habitat

Bakteri ini dirancang untuk tahan terhadap suhu yang sangat tinggi. Ini menyiratkan bahwa habitat alami mereka adalah tempat-tempat di planet yang suhunya melebihi 50 ° C.

Dalam pengertian ini, bakteri ini telah diisolasi dari geyser, yang paling umum adalah yang ada di Taman Nasional Yellowstone; dari mata air panas di seluruh dunia, serta dari lingkungan air panas buatan.

Ini aerobik

Ini berarti Thermus aquaticus adalah bakteri dan harus berada di lingkungan yang menyediakan oksigen untuk melakukan proses metabolisme.

Apakah termofilik

Ini adalah salah satu karakteristik Thermus aquaticus yang paling representatif. Bakteri ini telah diisolasi dari tempat-tempat yang suhunya sangat tinggi.

Thermus aquaticus adalah bakteri yang sangat khusus dan resisten, karena pada suhu setinggi yang didukungnya, protein pada sebagian besar makhluk hidup mengalami perubahan sifat dan tidak dapat diubah lagi untuk memenuhi fungsinya.

Bakteri ini memiliki suhu tumbuh yang berkisar antara 40 ° C sampai 79 ° C, dengan suhu pertumbuhan optimum 70 ° C.

Ini heterotrofik

Seperti organisme heterotrofik lainnya, bakteri ini membutuhkan senyawa organik yang ada di lingkungan untuk berkembang. Sumber utama bahan organik adalah bakteri dan ganggang yang ada di sekitarnya, serta tanah di sekitarnya.

Ini tumbuh subur di lingkungan yang sedikit basa

PH optimum dimana Thermus aquaticus dapat berkembang tanpa protein yang membentuknya kehilangan fungsinya adalah antara 7,5 dan 8. Perlu diingat bahwa pada skala pH 7 adalah netral. Di atas ini bersifat basa dan di bawahnya bersifat asam.

Menghasilkan enzim dalam jumlah besar

Thermus aquaticus merupakan mikroorganisme yang sangat berguna pada tingkat percobaan karena kemampuannya untuk hidup di lingkungan dengan temperatur tinggi.

Nah, melalui berbagai penyelidikan telah ditentukan bahwa ia mensintesis banyak enzim yang, anehnya, dalam mikroorganisme lain, pada suhu yang sama, menjadi berubah sifat dan kehilangan fungsinya.

Enzim hasil sintesis Thermus aquaticus yang paling banyak dipelajari adalah;

• Aldolasse
• Enzim restriksi Taq I.
• DNA ligase
• Alkali fosfatase
• Isocitrate dehydrogenase
• Amilomaltase

Filogeni dan taksonomi

Mikroorganisme ini dibingkai dengan pendekatan klasik:

• Kingdom: Bakteri
• Filum: Deinococcus- Thermus
• Kelas: Deinococci
• Memesan: Thermales
• Keluarga: Thermaceae
• Genus: Thermus
• Jenis: Thermus aquaticus.

Morfologi

Bakteri Thermus aquaticus tergolong dalam kelompok bakteri berbentuk batang (basil). Sel berukuran sekitar 4 hingga 10 mikron. Sel yang sangat besar dapat dilihat di bawah mikroskop, begitu juga dengan sel kecil. Mereka tidak memiliki silia atau flagela di permukaan sel.

Sel Thermus aquaticus memiliki membran yang pada gilirannya terdiri dari tiga lapisan: lapisan plasma internal, lapisan luar yang tampak kasar, dan lapisan perantara.

Salah satu ciri yang membedakan dari jenis bakteri ini adalah terdapat struktur yang terlihat seperti batang pada membran bagian dalamnya, yang dikenal dengan istilah badan busuk.

Demikian pula, bakteri ini mengandung sangat sedikit peptidoglikan di dinding selnya dan, tidak seperti bakteri gram positif, ia mengandung lipoprotein.

Saat terkena cahaya alami, sel bakteri bisa berubah menjadi kuning, merah muda, atau merah. Ini karena pigmen yang terkandung di dalam sel bakteri.

Materi genetik terdiri dari satu kromosom melingkar di mana DNA terkandung. Dari jumlah ini, sekitar 65% terdiri dari nukleotida Guanin dan Sitosin, dengan nukleotida Timin dan Adenin mewakili 35%.

Lingkaran kehidupan

Secara umum, bakteri, termasuk T. aquaticus, bereproduksi secara aseksual melalui pembelahan sel. Kromosom DNA tunggal mulai mereplikasi; itu mereplikasi untuk dapat mewarisi semua informasi genetik ke sel anak, karena adanya enzim yang disebut DNA polimerase. Dalam 20 menit, kromosom baru selesai dan telah menetap di tempatnya di dalam sel.

Pembelahan berlanjut dan setelah 25 menit, kedua kromosom mulai menggandakan. Pembelahan muncul di tengah sel dan pada menit ke-38. sel anak menunjukkan pembelahan yang dipisahkan oleh dinding, mengakhiri pembelahan aseksual pada 45-50 menit. (Dreifus, 2012).

Struktur dan metabolisme sel

Karena merupakan bakteri gram negatif, ia memiliki membran luar (lapisan lipoprotein) dan periplasma (membran berair), tempat peptidoglikan berada. Tidak ada silia atau flagela yang diamati.

Komposisi lipid organisme termofilik ini harus beradaptasi dengan fluktuasi suhu dalam konteks di mana mereka berkembang, untuk mempertahankan fungsionalitas proses seluler, tanpa kehilangan stabilitas kimia yang diperlukan untuk menghindari pelarutan pada suhu tinggi (Ray et al. 1971).

Di sisi lain, T. aquaticus telah menjadi sumber sebenarnya dari enzim termostabil. DNA polimerase Taq adalah enzim yang mengkatalisis lisis suatu substrat dengan menghasilkan ikatan rangkap, sehingga berhubungan dengan enzim tipe lyase (enzim yang mengkatalisis pelepasan ikatan).

Karena berasal dari bakteri termofilik, ia menahan inkubasi lama pada suhu tinggi (Lamble, 2009).

Perlu dicatat bahwa setiap organisme memiliki DNA polimerase untuk replikasinya, tetapi karena komposisi kimianya tidak tahan terhadap suhu tinggi. Itulah sebabnya taq DNA polimerase adalah enzim utama yang digunakan untuk memperkuat urutan genom manusia, serta genom spesies lain.

Aplikasi

Perkuat fragmen

Stabilitas termal enzim memungkinkannya digunakan dalam teknik untuk memperkuat fragmen DNA melalui replikasi in vitro, seperti PCR (polymerase chain reaction) (Mas dan Colbs, 2001).

Ini membutuhkan primer awal dan akhir (urutan nukleotida pendek yang memberikan titik awal untuk sintesis DNA), DNA polimerase, deoksiribonukleotida trifosfat, larutan buffer dan kation.

Tabung reaksi dengan semua elemennya ditempatkan di sebuah thermal cycler antara 94 dan 98 derajat Celcius, untuk membagi DNA menjadi untaian tunggal.

Kinerja primer dimulai dan pemanasan kembali terjadi antara 75-80 derajat Celcius. Memulai sintesis dari ujung 5 'sampai 3' DNA.

Di sinilah pentingnya menggunakan enzim termostabil. Jika ada polimerase lain yang digunakan, itu akan hancur selama suhu ekstrim yang diperlukan untuk menjalankan proses tersebut.

Kary Mullis dan peneliti lain di Cetus Corporation menemukan pengecualian kebutuhan untuk menambahkan enzim setelah setiap siklus denaturasi termal DNA. Enzim itu diklon, dimodifikasi, dan diproduksi dalam jumlah besar untuk penjualan komersial.

Katalis reaksi biokimia

Hidrolisis gluten oleh termoaktif serine peptidase aqualysin1 dari T. aquaticus, dimulai di atas 80 ° C dalam pembuatan roti.

Dengan ini, kontribusi relatif dari gluten tahan panas terhadap tekstur remah roti dipelajari (Verbauwhede dan Colb, 2017).

Degradasi senyawa bifenil poliklorinasi

1. Brock, TD., Bekukan H. Thermus aquaticus gen. n. dan sp. n., thermophile ekstrim tidak bersporulasi. 1969. J Bacteriol. Jilid 98 (1). 289-297.
2. Dreifus Cortes, George. Dunia mikroba. Dana Editorial untuk budaya ekonomi. Mexico. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. Ekspresi dan studi tentang enzim termostabil dari minat bioteknologi Universidad Autónoma de Madrid. TESIS DOKTER Madrid. 2011. Tersedia di: repositorio.uam.es.
4. Mas E, Poza J, Ciriza J, Zaragoza P, Osta R dan Rodellar C. Rasional untuk Polymerase Chain Reaction (PCR). AquaTIC nº 15, November 2001.
5. Ruiz-Aguilar, Graciela ML, Biodegradasi Polychlorinated Biphenyls (PCBs) oleh Mikroorganisme .. Acta Universitaria 2005, 15 (Mei-Agustus). Tersedia di redalyc.org.
6. Sharp R, spesies William R. Thermus. Buku Pegangan Bioteknologi. Springer Science Business Media, LLC. sembilan belas sembilan puluh lima.