THERMUS AQUATICUS: الخصائص ودورة الحياة والتطبيقات - مادة الاحياء - 2026

Thermus aquaticus هي بكتيريا محبة للحرارة ، اكتشفها توماس بروك في عام 1967 ، وتقع في Phylum Deinococcus-Thermus. وهو كائن حي مجهري سالب الجرام ، وغيرية التغذية ، وهوائي ، له ثبات حراري كخاصية جوهرية.

يتم الحصول عليها من مجموعة متنوعة من الينابيع الساخنة التي تتراوح بين 50 درجة مئوية و 80 درجة مئوية ، ودرجة الحموضة 6.0 إلى 10.5 ، في حديقة يلوستون الوطنية وفي كاليفورنيا في أمريكا الشمالية. كما تم عزله عن الموائل الحرارية الاصطناعية.

Thermus aquaticus. ترسبت البكتيريا على مرشح ميليبور 0.22 ميكرومتر (المقياس = 1 ميكرومتر).

إنه يشكل مصدرًا للإنزيمات المقاومة للحرارة ، والتي تنجو من الدورات المختلفة للتمسخ. في هذا السياق ، تعتبر البروتينات والإنزيمات ذات أهمية خاصة لصناعة التكنولوجيا الحيوية.

هذه هي الطريقة التي تستخدم بها الإنزيمات المكونة لها في الهندسة الوراثية ، في تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، وكأداة للتحقيق العلمي والطب الشرعي (Williams and Sharp ، 1995).

الخصائص العامة

يلوستون بارك جيسير. تم عزل Thermus aquaticus من السخان. المصدر: Pixabay

إنها سلبية الجرام

يكتسب Thermus aquaticus ، عند تعرضه لعملية تلطيخ الجرام ، تلوينًا باللون الفوشيا. وذلك لأن جدار الببتيدوغليكان رقيق للغاية بحيث لا يتم احتجاز جزيئات الصبغة فيه.

الموطن

تم تصميم هذه البكتيريا لتحمل درجات حرارة عالية للغاية. هذا يعني أن موطنهم الطبيعي هو أماكن على الكوكب حيث تتجاوز درجات الحرارة 50 درجة مئوية.

بهذا المعنى ، تم عزل هذه البكتيريا عن الينابيع الحارة ، وأكثرها شيوعًا تلك الموجودة في حديقة يلوستون الوطنية. من الينابيع الساخنة في جميع أنحاء العالم ، وكذلك من بيئات المياه الساخنة الاصطناعية.

إنها هوائية

هذا يعني أن Thermus aquaticus هي بكتيريا ويجب بالضرورة أن تكون في بيئات توفر لها الأكسجين من أجل تنفيذ عمليات التمثيل الغذائي الخاصة بها.

محبة للحرارة

هذه واحدة من أكثر الخصائص تمثيلا لـ Thermus aquaticus. تم عزل هذه البكتيريا من الأماكن التي تكون فيها درجات الحرارة مرتفعة للغاية.

تعتبر Thermus aquaticus بكتيريا خاصة ومقاومة للغاية ، حيث أنه في درجات حرارة عالية مثل تلك التي تدعمها ، يتم تغيير طبيعة البروتينات في معظم الكائنات الحية وتتوقف عن أداء وظائفها بشكل لا رجعة فيه.

هذه البكتيريا لها درجة حرارة نمو تتراوح من 40 درجة مئوية إلى 79 درجة مئوية ، مع درجة حرارة النمو المثلى 70 درجة مئوية.

إنه غير متجانسة

مثل أي كائن حي غير متجانسة ، تتطلب هذه البكتيريا مركبات عضوية موجودة في البيئة من أجل التطور. المصادر الرئيسية للمواد العضوية هي البكتيريا والطحالب الموجودة في المناطق المحيطة ، وكذلك التربة المحيطة.

تزدهر في البيئات القلوية قليلاً

يتراوح الرقم الهيدروجيني الأمثل الذي يمكن أن يتطور فيه Thermus aquaticus دون أن تفقد البروتينات التي يتكون منها وظيفتها بين 7.5 و 8. ومن الجدير بالذكر أنه على مقياس الأس الهيدروجيني 7 يكون متعادلًا. وفوقها قلوي وأسفله حمضي.

ينتج عددًا كبيرًا من الإنزيمات

Thermus aquaticus هو كائن حي دقيق كان مفيدًا جدًا على المستوى التجريبي نظرًا لقدرته على العيش في بيئات ذات درجات حرارة عالية.

حسنًا ، من خلال العديد من التحقيقات ، تم تحديد أنه يصنع العديد من الإنزيمات التي ، بشكل مثير للفضول ، في الكائنات الحية الدقيقة الأخرى ، في نفس درجات الحرارة ، تصبح مشوهة وتفقد وظيفتها.

الإنزيمات التي تم تصنيعها بواسطة Thermus aquaticus والتي تمت دراستها أكثر هي ؛

• ألدولاس
• إنزيم تقييد طق الأول
• ligase DNA
• الفوسفاتيز القلوية
• نازعة هيدروجين الإيزوسترات
• أميلومالتاز

علم الوراثة والتصنيف

تم تأطير هذا الكائن الدقيق وفقًا للنهج الكلاسيكي:

• المملكة: البكتيريا
• شعبة: Deinococcus- Thermus
• الفئة: Deinococci
• الترتيب: Thermales
• العائلة: Thermaceae
• الجنس: ترمس
• الأنواع: Thermus aquaticus.

علم التشكل المورفولوجيا

تنتمي بكتيريا Thermus aquaticus إلى مجموعة البكتيريا على شكل قضيب (العصيات). حجم الخلايا ما يقرب من 4 إلى 10 ميكرون. يمكن رؤية الخلايا الكبيرة جدًا تحت المجهر ، وكذلك الخلايا الصغيرة. ليس لديهم أهداب أو سوط على سطح الخلية.

تحتوي خلية Thermus aquaticus على غشاء يتكون بدوره من ثلاث طبقات: طبقة بلازما داخلية وطبقة خارجية خشنة وطبقة وسيطة.

من السمات المميزة لهذا النوع من البكتيريا أن هناك هياكل تشبه قضبان في غشاءها الداخلي ، والتي تُعرف باسم الأجسام المستديرة.

وبالمثل ، تحتوي هذه البكتيريا على القليل جدًا من الببتيدوغليكان في جدارها الخلوي ، وعلى عكس البكتيريا موجبة الجرام ، فهي تحتوي على البروتينات الدهنية.

عند تعرضها للضوء الطبيعي ، يمكن أن تتحول خلايا البكتيريا إلى اللون الأصفر أو الوردي أو الأحمر. هذا بسبب الأصباغ الموجودة في الخلايا البكتيرية.

تتكون المادة الوراثية من كروموسوم دائري واحد يحتوي على الحمض النووي. من هذا ، ما يقرب من 65 ٪ يتكون من نيوكليوتيدات الجوانين والسيتوزين ، بينما تمثل نيوكليوتيدات الثايمين والأدينين 35٪.

دورة الحياة

بشكل عام ، تتكاثر البكتيريا ، بما في ذلك T. aquaticus ، لاجنسيًا عن طريق الانقسام الخلوي. يبدأ كروموسوم الحمض النووي الفردي في التكاثر ؛ تتكاثر لتكون قادرة على وراثة جميع المعلومات الجينية إلى الخلايا الوليدة ، بسبب وجود إنزيم يسمى DNA polymerase. في غضون 20 دقيقة يكتمل الكروموسوم الجديد ويثبت في مكانه في الخلية.

يستمر الانقسام وبعد 25 دقيقة ، بدأ الكروموسومات في التكاثر. يظهر الانقسام في وسط الخلية وعند 38 دقيقة. تقدم الخلايا الوليدة التقسيم المفصول بجدار ، وينهي الانقسام اللاجنسي في 45-50 دقيقة. (دريفوس ، 2012).

هيكل الخلية والتمثيل الغذائي

لأنها بكتيريا سالبة الجرام ، لها غشاء خارجي (طبقة بروتين شحمي) و periplasm (غشاء مائي) ، حيث يوجد الببتيدوغليكان. لم يلاحظ أي أهداب أو سوط.

يجب أن يتكيف تكوين الدهون في هذه الكائنات المحبة للحرارة مع التقلبات في درجة حرارة السياق الذي تتطور فيه ، من أجل الحفاظ على وظائف العمليات الخلوية ، دون فقدان الاستقرار الكيميائي الضروري لتجنب الانحلال في درجات حرارة عالية (Ray et al. 1971).

من ناحية أخرى ، أصبح T. aquaticus مصدرًا حقيقيًا للإنزيمات القابلة للحرارة. إن إنزيم Taq DNA polymerase هو إنزيم يحفز تحلل الركيزة عن طريق توليد رابطة مزدوجة ، لذلك فهو مرتبط بأنزيمات من نوع اللياز (الإنزيمات التي تحفز إطلاق الروابط).

نظرًا لأنه يأتي من بكتيريا محبة للحرارة ، فإنه يقاوم الحضانات الطويلة في درجات حرارة عالية (لامبل ، 2009).

وتجدر الإشارة إلى أن كل كائن حي لديه بوليميريز DNA لتكاثره ، ولكن بسبب تركيبته الكيميائية فإنه لا يقاوم درجات الحرارة العالية. هذا هو السبب في أن taq DNA polymerase هو الإنزيم الرئيسي المستخدم لتضخيم تسلسل الجينوم البشري ، وكذلك جينومات الأنواع الأخرى.

التطبيقات

تضخيم الشظايا

يسمح الثبات الحراري للإنزيم باستخدامه في تقنيات تضخيم شظايا الحمض النووي من خلال التكرار في المختبر ، مثل PCR (تفاعل البلمرة المتسلسل) (Mas and Colbs ، 2001).

وهذا يتطلب بادئات أولية ونهائية (تسلسل نوكليوتيد قصير يوفر نقطة انطلاق لتخليق الحمض النووي) ، بوليميريز الحمض النووي ، ثلاثي فوسفات ديوكسي ريبونوكليوتيد ، محلول عازل وكاتيونات.

يتم وضع أنبوب التفاعل مع جميع العناصر في دائري حراري بين 94 و 98 درجة مئوية ، لتقسيم الحمض النووي إلى خيوط مفردة.

يبدأ أداء البرايمر ويحدث إعادة التسخين مرة أخرى بين 75-80 درجة مئوية. يبدأ التوليف من 5 إلى 3 نهاية DNA.

وهنا تكمن أهمية استخدام الإنزيم القابل للحرارة. إذا تم استخدام أي بوليميراز آخر ، فسيتم تدميره خلال درجات الحرارة القصوى اللازمة لتنفيذ العملية.

وجد كاري موليس وباحثون آخرون في شركة Cetus Corporation استبعاد الحاجة إلى إضافة إنزيم بعد كل دورة من التمسخ الحراري للحمض النووي. تم استنساخ الأنزيم وتعديله وإنتاجه بكميات كبيرة للبيع التجاري.

تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية

يبدأ التحلل المائي للجلوتين بواسطة سيرين ببتيداز أكواليسين 1 النشط حرارياً من T. aquaticus ، فوق 80 درجة مئوية في صناعة الخبز.

مع هذا ، تمت دراسة المساهمة النسبية للجلوتين المستقر للحرارة في نسيج فتات الخبز (Verbauwhede and Colb ، 2017).

تحلل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

1. Brock، TD.، Freeze H. Thermus aquaticus gen. ن. و sp. ن. ، غير محب للحرارة الشديدة. 1969. J Bacteriol. المجلد. 98 (1). 289-297.
2. دريفوس كورتيس ، جورج. عالم الميكروبات. صندوق التحرير للثقافة الاقتصادية. المكسيك. 2012.
3. Ferreras P. Eloy R. التعبير ودراسة الإنزيمات المقاومة للحرارة ذات الاهتمام بالتكنولوجيا الحيوية في جامعة مدريد المستقلة. أطروحة الدكتوراه مدريد. 2011. متاح على: repositorio.uam.es.
4. Mas E و Poza J و Ciriza J و Zaragoza P و Osta R و Rodellar C. الأساس المنطقي لتفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). AquaTIC nº 15 ، نوفمبر 2001.
5. Ruiz-Aguilar، Graciela ML، Biodegradation of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) بواسطة الكائنات الدقيقة.. Acta Universitaria 2005 ، 15 (May-August). متاح في redalyc.org.
6. شارب R ، وليم ر. ترمس مسكوكة. كتيبات علم الأحياء. Springer Science Business Media ، LLC. تسعة عشر خمسة وتسعين.