Thermus aquaticus

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
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
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 Taq-полимераза) используются как инструменты в молекулярно-генетических исследованиях.

Биологические свойства[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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]

Термостабильные ферменты[править | править вики-текст]

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].

Альдолаза[править | править вики-текст]

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].

РНК-полимераза[править | править вики-текст]

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 TaqI[править | править вики-текст]

Эндонуклеаза рестрикции (рестриктаза) TaqI была одним из первых ферментов T. aquaticus, которые стали использовать для молекулярно-генетических исследований[13]. Сайт рестрикции — TCGA.

Taq-полимераза[править | править вики-текст]

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]).

Применение[править | править вики-текст]

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]).

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  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. Chien A., Edgar D. B., Trela J. M. Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus // J Bacteriol. — 1976. — В. 3. — Т. 127. — С. 1550—1557. — PMID 8432.
  15. High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase and a truncated form deficient in 5' to 3' exonuclease activity. PCR Methods Appl. 1993 May; 2(4):275-87
  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 environmental microbiology
  23. NADH oxidase from the extreme thermophile Thermus aquaticus YT-1 — COCCO — 2005 — European Journal of Biochemistry — Wiley Online Library

Ссылки[править | править вики-текст]