Thermus aquaticus

? Thermus aquaticus
Thermus aquaticus, СЭМ
Научная классификация
Царство: Бактерии Тип: Deinococcus-Thermus Класс: Deinococci Порядок: Thermales Семейство: Thermaceae Род: Thermus Вид: Thermus aquaticus
Латинское название
Thermus aquaticus Brock et Freeze, 1969
Систематика на Викивидах Изображения на Викискладе NCBI 271

Thermus aquaticus — 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 полимераза TaqPol) используются как инструменты в молекулярно-генетических исследованиях.

Биологические свойства

Грамотрицательная палочковидная бактерия. Не образует капсул и спор, часть штаммов подвижно 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

Геном T. aquaticus штамма HB27 представлен хромосомой размером 1894877 п.н. и мегаплазмидой pTT27 размером 232605 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 2340768 п.н., хромосома содержит 2570 гена, из которых 2520 кодируют белки, процент % Г+Ц пар 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 двуцепочечной кольцевой молекулой ДНК размером 19603 п.н.^[7].

Термостабильные ферменты

T. aquaticus является экстремально-термофильной бактерией, поэтому ферменты T. aquaticus термостабильны и не инактивируются при повышенных температурах. Некоторые ферменты T. aquaticus (Taq1 рестриктаза и в особенности Taq-полимераза) активно используются в качестве инструментов для молекулярно-генетических исследований^[8].

Альдолаза

Первоначально не было понятно, как T. aquaticus может выживать в экстремальных температурных условиях, поэтому необходимо было детально изучить ферменты T. aquaticus и как они избегают денатурации при таких повышенных температурах. Одними из первых изученных ферментов T. aquaticus были альдолаза^[9].

РНК-полимераза

Первым полимеразным ферментом, выделенным из T. aquaticus была 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].

Taq1-рестриктаза

Рестриктаза Taq1 была одним из первых ферментов T. aquaticus, использовавшихся для молекулярно-генетических исследований^[13]. Сайт рестрикции — TCGA.

Taq полимераза

Основная статья: Taq полимераза

Taq полимераза была впервые выделена в 1976 г.^[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. Кери Маллис (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]).

Применение

T. aquaticus является источником термостабильных ферментов, используемых в молекулярной биологии (Taq1-рестриктаза, РНК-полимераза, Taq полимераза). Секвенирование генома T. aquaticus может помочь в помощи других необходимых для биотехнологии ферментов (протеаз^[21], амиломальтазы^[22], НАД оксидаз^[23]).

См. также

• Йеллоустоун (национальный парк)
• Полимеразная цепная реакция

Примечания

1. ↑ Brock T. D.,Mercedes R. E. Fine Structure of Thermus aquaticus, an Extreme Thermophile// Journal of Bacteriology, Oct 1970, Vol 104. р. 509—517.
2. ↑ ^{1 2} Brock T.D. and Freeze H. (1969). «Thermus aquaticus gen. n. and sp. n., a nonsporulating extreme thermophile». Journal of Bacteriology 98 (1): 289-97. PMID 5781580.
3. ↑ Pask-Hughes R. and Williams R.A.D. (1975). «Extremely thermophilic gram-negative bacteria from hot tap water». Journal of General Microbiology 88 (2): 321-8. DOI:10.1099/00221287-88-2-321. PMID 1097586.
4. ↑ The genome sequence of the extreme thermophile : Thermus thermophilus : Abstract : Nature Biotechnology
5. ↑ uid=6010 Genome Result
6. ↑ ScienceDirect — Plasmid : Characterization of a rolling-circle replication plasmid from Thermus aquaticus NTU103
7. ↑ uid=16835 Genome Result
8. ↑ Thermostable DNA Polymerases
9. ↑ Freeze H., Brock T.D. Thermostable Aldolase from Thermus aquaticus//J. Bact. 1970, vol. 101(2) pp. 541—550
10. ↑ Air G.M., Harris J.I. DNA-Dependent RNA Polymerase From the Thermophilic Bacterium Thermus aquaticus // FEBS Letters 1974, vol. 38(3) pp. 277—281
11. ↑ http://www.aps.anl.gov/Science/Reports/1999/darsts2.pdf
12. ↑ Recombinant Thermus aquaticus RNA Polymerase, a New Tool for Structure-Based Analysis of Transcription — Minakhin et al. 183 (1): 71 — The Journal of Bacteriology
13. ↑ Sato S. A single cleavage of Simian virus 40 (SV40) DNA by a site specific endonuclease from Thermus aquaticus, Taq I // J. Biochem (Tokyo), 1978 83 (2) Р. 633
14. ↑ Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus
15. ↑ High-level expression, purification, and enzymatic… [PCR Methods Appl. 1993] — PubMed result
16. ↑ Crystal structure of Thermus aquaticus DNA polymerase
17. ↑ DNA sequencing with Thermus aquaticus DNA polymerase and direct sequencing of polymerase chain reaction-amplified DNA — PNAS
18. ↑ Thermus aquaticus (Taq) error rates adn REP-PCR | British Journal of Biomedical Science | Find Articles at BNET
19. ↑ ФЕРМЕНТЫ ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ И ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ. Национальный информационный центр по науке и инновациям Sciencerf.ru. В МИРЕ НАУКИ
20. ↑ ДНК полимеразы | molbiol.ru
21. ↑ http://cancerweb.ncl.ac.uk/cgi-bin/omd?Thermus+aquaticus+Rt41A+proteinase
22. ↑ Thermus aquaticus ATCC 33923 Amylomaltase Gene Cloning and Expression and Enzyme Characterization: Production of Cycloamylose - Terada et al. 65 (3): 910 - Applied and Environ...
23. ↑ NADH oxidase from the extreme thermophile Thermus aquaticus YT-1 — COCCO — 2005 — European Journal of Biochemistry — Wiley Online Library

Ссылки

• Thermus aquaticus
• Thermus Brock and Freeze 1969
• Terrestrial Life in Extreme Environments
• History of PCR
• Thermus aquaticus Y51MC23
• The Microbiology of Thermus Aquaticus