THERMUS AQUATICUS: CARACTÉRISTIQUES, CYCLE DE VIE, APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Thermus aquaticus est une bactérie thermophile, découverte par Thomas Brock en 1967, située dans le Phylum Deinococcus-Thermus. C'est un micro-organisme gram-négatif, hétérotrophe et aérobie, qui a une stabilité thermique comme propriété intrinsèque.

Il est obtenu à partir d'une variété de sources chaudes entre 50 ° C et 80 ° C, et pH 6,0 à 10,5, dans le parc national de Yellowstone et en Californie en Amérique du Nord. Il a également été isolé des habitats thermiques artificiels.

Thermus aquaticus. Bactéries déposées sur un filtre Millipore de 0,22 μm (échelle = 1 μm).

Il constitue une source d'enzymes résistantes à la chaleur, qui survivent aux différents cycles de dénaturation. Dans ce contexte, les protéines et les enzymes présentent un intérêt particulier pour l'industrie biotechnologique.

C'est ainsi que les enzymes qui le composent sont utilisées dans le génie génétique, dans la réaction en chaîne par polymérase (PCR) et comme outil de recherche scientifique et médico-légale (Williams et Sharp, 1995).

Caractéristiques générales

Geyser du parc de Yellowstone. Thermus aquaticus a été isolé d'un geyser. Source: Pixabay

C'est gram négatif

Thermus aquaticus, lorsqu'il est soumis au processus de coloration de Gram, acquiert une coloration fuchsia. Ceci est dû au fait que la paroi du peptidoglycane est extrêmement mince de sorte que les particules de colorant ne sont pas piégées à l'intérieur.

Habitat

Cette bactérie est conçue pour résister à des températures extrêmement élevées. Cela implique que leur habitat naturel se trouve dans des endroits de la planète où les températures dépassent 50 ° C.

En ce sens, cette bactérie a été isolée de geysers, les plus courants étant ceux du parc national de Yellowstone; des sources chaudes du monde entier, ainsi que des environnements artificiels d'eau chaude.

C'est aérobie

Cela signifie que Thermus aquaticus est une bactérie, il doit se trouver dans des environnements qui lui fournissent de l'oxygène pour mener à bien ses processus métaboliques.

Est thermophile

C'est l'une des caractéristiques les plus représentatives de Thermus aquaticus. Cette bactérie a été isolée des endroits où les températures sont extrêmement élevées.

Thermus aquaticus est une bactérie très spéciale et résistante, car à des températures aussi élevées que celles qu'elle supporte, les protéines de la plupart des êtres vivants sont dénaturées et cessent de manière irréversible de remplir leurs fonctions.

Cette bactérie a une température de croissance qui varie de 40 ° C à 79 ° C, la température de croissance optimale étant de 70 ° C.

C'est hétérotrophe

Comme tout organisme hétérotrophe, cette bactérie a besoin de composés organiques présents dans l'environnement pour se développer. Les principales sources de matière organique sont les bactéries et les algues présentes dans les environs, ainsi que le sol environnant.

Il prospère dans des environnements légèrement alcalins

Le pH optimal dans lequel Thermus aquaticus peut se développer sans que les protéines qui le composent ne perdent leur fonction se situe entre 7,5 et 8. Il convient de rappeler que 7 sur l'échelle de pH est neutre. Au-dessus, il est alcalin et en dessous acide.

Produit un grand nombre d'enzymes

Thermus aquaticus est un microorganisme qui a été très utile à un niveau expérimental en raison de sa capacité à vivre dans des environnements à températures élevées.

Eh bien, grâce à de nombreuses recherches, il a été déterminé qu'il synthétise de nombreuses enzymes qui, curieusement, dans d'autres micro-organismes, aux mêmes températures, se dénaturent et perdent leur fonction.

Les enzymes synthétisées par Thermus aquaticus qui ont été les plus étudiées sont;

• Aldolasse
• Enzyme de restriction Taq I
• ADN ligase
• Phosphatase alcaline
• Isocitrate déshydrogénase
• Amylomaltase

Phylogénie et taxonomie

Ce microorganisme est encadré sous l'approche classique:

• Royaume: Bactéries
• Embranchement: Deinococcus - Thermus
• Classe: Déinocoques
• Ordre: Thermales
• Famille: Thermaceae
• Genre: Thermus
• Espèce: Thermus aquaticus.

Morphologie

La bactérie Thermus aquaticus appartient au groupe des bactéries en forme de bâtonnet (bacilles). Les cellules ont une taille d'environ 4 à 10 microns. De très grandes cellules peuvent être vues au microscope, ainsi que de petites cellules. Ils n'ont pas de cils ou de flagelles à la surface des cellules.

La cellule Thermus aquaticus a une membrane qui à son tour est composée de trois couches: une couche de plasma interne, une couche externe d'aspect rugueux et une couche intermédiaire.

L'une des caractéristiques distinctives de ce type de bactérie est qu'il existe des structures qui ressemblent à des tiges sur sa membrane interne, appelées corps rondes.

De même, ces bactéries contiennent très peu de peptidoglycane dans leur paroi cellulaire et, contrairement aux bactéries à Gram positif, elles contiennent des lipoprotéines.

Lorsqu'elles sont exposées à la lumière naturelle, les cellules de la bactérie peuvent devenir jaunes, roses ou rouges. Cela est dû aux pigments contenus dans les cellules bactériennes.

Le matériel génétique est constitué d'un seul chromosome circulaire dans lequel l'ADN est contenu. Sur ce total, environ 65% sont constitués de nucléotides guanine et cytosine, les nucléotides thymine et adénine représentant 35%.

Cycle de vie

En général, les bactéries, y compris T. aquaticus, se reproduisent de manière asexuée par division cellulaire. Le chromosome d'ADN unique commence à se répliquer; il se réplique pour être en mesure d'hériter de toutes les informations génétiques aux cellules filles, en raison de la présence de l'enzyme appelée ADN polymérase. En 20 minutes, le nouveau chromosome est complet et s'est fixé en place dans la cellule.

La division continue et après 25 min, les deux chromosomes ont commencé à se dupliquer. Une division apparaît au centre de la cellule et à 38 min. les cellules filles présentent la division séparée par un mur, mettant fin à la division asexuée à 45-50 min. (Dreifus, 2012).

Structure cellulaire et métabolisme

Puisqu'il s'agit d'une bactérie à Gram négatif, elle possède une membrane externe (couche de lipoprotéines) et un périplasme (membrane aqueuse), où se trouve le peptidoglycane. Aucun cil ou flagelle n'est observé.

La composition des lipides de ces organismes thermophiles doit s'adapter aux fluctuations de température du contexte dans lequel ils se développent, afin de maintenir la fonctionnalité des processus cellulaires, sans perdre la stabilité chimique nécessaire pour éviter la dissolution à haute température (Ray et al. 1971).

D'un autre côté, T. aquaticus est devenu une véritable source d'enzymes thermostables. La Taq ADN polymérase est une enzyme qui catalyse la lyse d'un substrat en générant une double liaison, elle est donc liée aux enzymes de type lyase (enzymes qui catalysent la libération de liaisons).

Puisqu'il provient d'une bactérie thermophile, il résiste aux longues incubations à haute température (Lamble, 2009).

Il convient de noter que chaque organisme possède de l'ADN polymérase pour sa réplication, mais en raison de sa composition chimique, il ne résiste pas aux températures élevées. C'est pourquoi l'ADN polymérase taq est la principale enzyme utilisée pour amplifier les séquences du génome humain, ainsi que les génomes d'autres espèces.

Applications

Amplifier les fragments

La stabilité thermique de l'enzyme lui permet d'être utilisée dans des techniques d'amplification de fragments d'ADN par réplication in vitro, comme la PCR (réaction en chaîne par polymérase) (Mas et Colbs, 2001).

Cela nécessite des amorces initiales et finales (courte séquence nucléotidique qui fournit un point de départ pour la synthèse d'ADN), l'ADN polymérase, le désoxyribonucléotide triphosphate, une solution tampon et des cations.

Le tube de réaction avec tous les éléments est placé dans un cycleur thermique entre 94 et 98 degrés Celsius, pour diviser l'ADN en simples brins.

La performance des amorces commence et le réchauffage se produit à nouveau entre 75 et 80 degrés Celsius. Initie la synthèse de l'extrémité 5 'à 3' de l'ADN.

Voici l'importance d'utiliser l'enzyme thermostable. Si une autre polymérase était utilisée, elle serait détruite aux températures extrêmes nécessaires à la réalisation du processus.

Kary Mullis et d'autres chercheurs de Cetus Corporation ont trouvé l'exclusion de la nécessité d'ajouter une enzyme après chaque cycle de dénaturation thermique de l'ADN. L'enzyme a été clonée, modifiée et produite en grandes quantités pour la vente commerciale.

Catalyser les réactions biochimiques

L'hydrolyse du gluten par la sérine peptidase aqualysine1 thermoactive de T. aquaticus, commence au-dessus de 80 ° C dans la fabrication du pain.

Avec cela, la contribution relative du gluten thermostable à la texture de la mie de pain est étudiée (Verbauwhede et Colb, 2017).

Dégradation des composés biphényliques polychlorés

1. Brock, TD., Freeze H. Thermus aquaticus gen. n. et sp. n., un thermophile extrême non sporulant. 1969. J Bacteriol. Vol. 98 (1). 289-297.
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