Ջրային ջերմասեր
| Ջրային ջերմասեր | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | ||||||||||||
| Գիտական դասակարգում | ||||||||||||
|
||||||||||||
| Լատիներեն անվանում | ||||||||||||
| Thermus aquaticus
|
Ջրային ջերմասեր (լատ. Thermus aquaticus) բարձր ջեմաստիճաններում ապրող բակտերիայի տեսակ, Deinococcota տիպին պատկանող մի շարք ջերմասեր (թերմոֆիլ) բակտերաների տեսակներից։ Այն ջերմակայուն Taq ԴՆԹ պոլիմերազ ֆերմենտի աղբյուրն է, որը մոլեկուլային կենսաբանության ամենակարևոր ֆերմենտներից է, քանի որ այն օգտագործվում է պոլիմերազի շղթայական ռեակցիայի (PCR, հայ. ՊՇՌ) ԴՆԹ-ի ուժեղացման տեխնիկայում։
Պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Երբ 1960-ականներին սկսվեցին տաք աղբյուրներում կենսաբանական օրգանիզմների ուսումնասիրությունները, գիտնականները կարծում էին, որ ջերմասեր բակտերիաների կյանքը չի կարող պահպանվել մոտ 55 °C (131 °F)-ից բարձր ջերմաստիճաններում[1]։ Շուտով, սակայն, պարզվեց, որ բազմաթիվ բակտերիաներ տարբեր աղբյուրներում ոչ միայն գոյատևել են, այլև ծաղկել են ավելի բարձր ջերմաստիճաններում։ 1969 թվականին Թոմաս Դ. Բրոքը և Հադսոն Ֆրիզը Ինդիանայի համալսարանից զեկուցեցին ջերմասեր բակտերիաների նոր տեսակի մասին, որը նրանք անվանեցին Thermus aquaticu[2]s: Բակտերիան առաջին անգամ մեկուսացվել է Սնկի աղբյուրից Ելոուսթոն ազգային պարկի Ստորին գեյզեր ավազանում, որը գտնվում է հիմնական Մեծ Շատրվանային գեյզերի և Սպիտակ Գմբեթ գեյզերի մոտ[3], և այդ ժամանակվանից այն հայտնաբերվել է նմանատիպ ջերմային միջավայրերում ամբողջ աշխարհում։
Կենսաբանություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
T. aquaticus-ը լավագույնս աճում է 65–70 °C (149–158 °F) ջերմաստիճաններում, բայց կարող է գոյատևել 50–80 °C (122–176 °F) ջերմաստիճաններում։ Այն հիմնականում հեռացնում է սպիտակուցները իր միջավայրից, ինչի մասին վկայում են մեծ թվով արտաբջջային և ներբջջային պրոտեազներ և պեպտիդազներ, ինչպես նաև իր բջջային թաղանթի վրա ամինաթթուներ և օլիգոպեպտիդներ տեղափոխող սպիտակուցների առկայությունից։ Այս բակտերիան քեմոտրոֆ է. այն քիմիոսինթեզ է կատարում սնունդ ստանալու համար։ Այնուամենայնիվ, քանի որ նրա ջերմաստիճանի միջակայքը որոշ չափով համընկնում է ֆոտոսինթետիկ ցիանոբակտերիաների հետ, որոնք կիսում են իրենց իդեալական միջավայրը, այն երբեմն հայտնաբերվում է հարևանների հետ համատեղ ապրելով՝ աճի էներգիա ստանալով նրանց ֆոտոսինթեզից։ T. aquaticus-ը սովորաբար շնչում է աերոբիկ եղանակով, սակայն նրա շտամներից մեկը՝ Thermus aquaticus Y51MC23-ը, կարող է աճել անաէրոբ եղանակով[4]։
T. aquaticus-ի գենետիկական նյութը բաղկացած է մեկ քրոմոսոմից և չորս պլազմիդից, և դրա ամբողջական գենոմի սեքվենավորումը բազմաթիվ տեղամասերում երևան հանեց բազմաթիվ CRISPR գեներ[5]։
Կազմաբանություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Thermus aquaticus-ը սովորաբար գլանաձեւ է, 0,5 մկմ-ից 0,8 մկմ տրամագծով։ Ցուպիկը ունի 5 մկմ-ից մինչև 10 մկմ երկարություն։ Պարուրաձև տեսակն ունի ավելի երկար ձև, որը մեծապես տարբերվում է և որոշ դեպքերում գերազանցում է 200 մկմ։ T. aquaticus-ը տարբեր կուլտուրաներում ցույց է տվել բազմաթիվ հնարավոր մորֆոլոգիաներ։ Ցուպիկները համախմբվելու հակում ունեն։ Մի քանի անհատների միավորումները կարող են հանգեցնել 10 մկմ-ից 20 մկմ տրամագծով գնդաձև մարմինների ձևավորմանը, որոնք նաև կոչվում են կլոր մարմիններ[2][6]։ Այս մարմինները կազմված չեն բջջային ծրարից կամ արտաքին թաղանթային բաղադրիչներից, ինչպես նախկինում ենթադրվում էր, այլ փոխարենը պատրաստված են վերափոխված պեպտիդոգլիկան բջջային պատից։ Նրանց ստույգ գործառույթը T. aquaticus-ի գոյատևման գործում մնում է անհայտ, սակայն տեսականորեն ենթադրվում է, որ ներառում է սննդի և նուկլեոտիդների ժամանակավոր պահեստավորում, կամ նրանք կարող են դեր խաղալ գաղութների կցման և կազմակերպման մեջ[5]։
T. aquaticus-ի ֆերմենտները[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
T. aquaticus-ը հայտնի է դարձել որպես ջերմակայուն ֆերմենտների, մասնավորապես՝ Taq ԴՆԹ պոլիմերազի աղբյուր, ինչպես նկարագրված է ստորև։
Ալդոլազ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Այս ծայրահեղ ջերմասեր մանրէի ուսումնասիրությունը, որը աճեցվում էր բջիջների կուլտուրայում, սկզբում կենտրոնացած էր փորձերի վրա՝ հասկանալու, թե ինչպես են ֆերմենտները, որոնք սովորաբար չեն գործում բարձր ջերմաստիճանում, գործում թերմոֆիլների բարձր ջերմաստիճանում։ 1970 թվականին Ֆրիզը և Բրոքը հոդված են հրապարակել, որտեղ նկարագրվում է ջերմակայուն ալդոլազ ֆերմենտը T. aquaticus-ից[7]։
ՌՆԹ պոլիմերազ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
1974 թվականին T. aquaticus-ից մեկուսացված առաջին պոլիմերազային ֆերմենտը ԴՆԹ-ից կախված ՌՆԹ պոլիմերազն էր[8], որն օգտագործվում էր տրանսկրիպցիայի գործընթացում։
Taq I արգելակող ֆերմենտ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Մոլեկուլային կենսաբաններից շատերը հավանաբար գիտեին T. aquaticus-ի մասին 1970-ականների վերջին կամ 1980-ականների սկզբին՝ այս օրգանիզմից օգտակար արգելակող էնդոնուկլեազների մեկուսացման պատճառով[9]։ Taq տերմինի օգտագործումը Thermus aquaticus-ին մատնանշելու համար առաջացել է այս պահին սահմանափակող ֆերմենտներին կարճ անուններ տալու կոնվենցիայից, ինչպիսիք են Սալը և Հինը, որոնք ստացվել են սկզբնաղբյուր օրգանիզմների ցեղից և տեսակից։
ԴՆԹ պոլիմերազ ("Taq pol")[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
ԴՆԹ պոլիմերազը առաջին անգամ մեկուսացվել է T. aquaticus-ից 1976թ.-ին[10]։ Այս ջերմակայուն (օպտիմալ ջերմաստիճանը 72°C, չի քայքայվում նույնիսկ 95°C-ում) ԴՆԹ պոլիմերազի առաջին առավելությունն այն էր, որ այն կարող էր մեկուսացվել ավելի մաքուր ձևով (առանց այլ ֆերմենտային աղտոտիչների), քան այլ աղբյուրներից ստացված ԴՆԹ պոլիմերազը։ Ավելի ուշ, Կարի Մալիսը և Cetus Corporation-ի այլ հետազոտողներ հայտնաբերեցին, որ այս ֆերմենտը կարող է օգտագործվել պոլիմերազային շղթայական ռեակցիայի (ՊՇՌ) գործընթացում՝ ԴՆԹ-ի կարճ հատվածների ուժեղացման համա[11] ր՝ վերացնելով E. coli-ի պոլիմերազային ֆերմենտների ավելացման անհրաժեշտությունը ԴՆԹ-ի ջերմային քայքայման յուրաքանչյուր ցիկլից հետո։ Այս ֆերմենտը նաև կլոնավորվեց, սեքվենավորվեց, ձևափոխվեց (ավելի կարճ «Սթոֆել ֆրագմենտ» արտադրելու համար) և մեծ քանակությամբ արտադրվեց մեծածախ վաճառքի համար։ 1989 թվականին Science ամսագիրը Taq polymerase-ն անվանեց իր առաջին «Տարվա մոլեկուլը»[12]։ 1993 թվականին Մալիսն արժանացել է քիմիայի Նո[13] բելյան մրցանակի՝ ՊՇՌ-ի հետ աշխատանքի համար[14]։
Այլ ֆերմենտներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
T. aquaticus-ի համար բարձր օպտիմալ ջերմաստիճանը թույլ է տալիս հետազոտողներին ուսումնասիրել ռեակցիաները այն պայմաններում, որոնց դեպքում այլ ֆերմենտները կորցնում են ակտիվությունը։ Այս օրգանիզմից մեկուսացված այլ ֆերմենտներ ներառում են ԴՆԹ լիգազը, ալկալային ֆոսֆատազը, NADH օքսիդազը, իզոցիտրատ դեհիդրոգենազը, ամիլոմալթազը և ֆրուկտոզ 1,6-դիֆոսֆատից կախված L-լակտատ դեհիդրոգենազը։
Քննդատություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
T. aquaticus-ից ֆերմենտների լայնածավալ օգտագործումը չի եղել առանց հակասությունների։ Բրոքի ուսումնասիրություններից հետո օրգանիզմի նմուշները պահվեցին Ամերիկյան Type Culture Collection-ում՝ հանրային շտեմարանում։ Այլ գիտնականներ, այդ թվում՝ Cetus Corporation-ի գիտնականները, այն ստացել են այնտեղից։ Քանի որ Taq պոլիմերազի առևտրային ներուժը ակնհայտ դարձավ 1990-ականներին[15], Ազգային պարկի ծառայությունը դրա օգտագործումը պիտակեց որպես «Great Taq Rip-off» («Taq-ի մեծ շահագործում»)[16]։ Ազգային պարկերում աշխատող հետազոտողներից այժմ պահանջվում է ստորագրել «օգուտների բաշխման» համաձայնագրեր, որոնք հետագայում շահույթի մի մասը կուղարկեն Պարկի ծառայությանը։
Տես նաև[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
- ↑ «Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"». Արխիվացված է օրիգինալից 2012 թ․ հուլիսի 7-ին. Վերցված է 2023 թ․ օգոստոսի 20-ին.
- ↑ 2,0 2,1 Brock TD; Freeze H (1969). «Thermus aquaticus, a Nonsporulating Extreme Thermophile». J. Bacteriol. 98 (1): 289–97. doi:10.1128/jb.98.1.289-297.1969. PMC 249935. PMID 5781580.
- ↑ Bryan, T. Scott (2008). Geysers of Yellowstone, The (4th ed.). University Press of Colorado. ISBN 978-0-87081-924-7.
- ↑ Pierson, Beverly K.; Bauld, John; Castenholz, Richard W.; D'Amelio, Elisa; Marais, David J. Des; Farmer, Jack D.; Grotzinger, John P.; Jørgensen, Bo Barker; Nelson, Douglas C. (1992 թ․ հունիսի 26), Schopf, J. William; Klein, Cornelis (eds.), «Modern Mat-Building Microbial Communities: a Key to the Interpretation of Proterozoic Stromatolitic Communities», The Proterozoic Biosphere (1 ed.), Cambridge University Press, էջեր 245–342, doi:10.1017/cbo9780511601064.008, ISBN 978-0-521-36615-1
- ↑ 5,0 5,1 Brumm, Phillip J.; Monsma, Scott; Keough, Brendan; Jasinovica, Svetlana; Ferguson, Erin; Schoenfeld, Thomas; Lodes, Michael; Mead, David A. (2015). «Complete Genome Sequence of Thermus aquaticus Y51MC23». PLOS ONE. 10 (10): e0138674. Bibcode:2015PLoSO..1038674B. doi:10.1371/journal.pone.0138674. ISSN 1932-6203. PMC 4605624. PMID 26465632.
- ↑ Brock TD; Edwards MR (1970). «Fine Structure of Thermus aquaticus, an Extreme Thermophile». J. Bacteriol. 104 (1): 509–517. doi:10.1128/jb.104.1.509-517.1970. PMC 248237. PMID 5473907.
- ↑ Freeze H; Brock TD (1970). «Thermostable Aldolase from Thermus aquaticus». J. Bacteriol. 101 (2): 541–50. doi:10.1128/jb.101.2.541-550.1970. PMC 284939. PMID 4984076.
- ↑ Air GM; Harris JI (1974). «DNA-Dependent RNA Polymerase From the Thermophilic Bacterium Thermus aquaticus». FEBS Letters. 38 (3): 277–281. doi:10.1016/0014-5793(74)80072-4. PMID 4604362. S2CID 38553550.
- ↑ Sato, S (1978 թ․ փետրվար). «A single cleavage of Simian virus 40 (SV40) DNA by a site specific endonuclease from Thermus aquaticus, Taq I». J. Biochem. 83 (2): 633–5. doi:10.1093/oxfordjournals.jbchem.a131952. PMID 204628.
- ↑ Chien, A; Edgar DB; Trela JM (1976 թ․ սեպտեմբերի 1). «Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus». J. Bacteriol. 127 (3): 1550–7. doi:10.1128/jb.127.3.1550-1557.1976. PMC 232952. PMID 8432.
- ↑ Saiki, RK; և այլք: (1988). «Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase». Science. 239 (4839): 487–91. Bibcode:1988Sci...239..487S. doi:10.1126/science.239.4839.487. PMID 2448875.
- ↑ Guyer RL; Koshland DE (1989 թ․ դեկտեմբեր). «The Molecule of the Year». Science. 246 (4937): 1543–6. doi:10.1126/science.2688087. PMID 2688087.
- ↑ Lawyer FC; և այլք: (1993). «High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase». Genome Research. 2 (4): 275–87. doi:10.1101/gr.2.4.275. PMID 8324500.
- ↑ Mullis, Kary B. (1993 թ․ դեկտեմբերի 8). «Nobel Lecture – The Polymerase Chain Reaction».
- ↑ Fore J; Wiechers IR; Cook-Deegan R (2006). «The effects of business practices, licensing, and intellectual property on development and dissemination of the polymerase chain reaction: case study». J Biomed Discov Collab. 1: 7. doi:10.1186/1747-5333-1-7. PMC 1523369. PMID 16817955.
{{cite journal}}: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link) — Detailed history of Cetus and the commercial aspects of PCR. - ↑ Robbins J (2006 թ․ նոյեմբերի 28). «The Search for Private Profit in the Nation's Public Parks». The New York Times.
Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
- Brock, Thomas D. (1997 թ․ օգոստոսի 1). «The Value of Basic Research: Discovery of Thermus aquaticus and Other Extreme Thermophiles». Genetics. 146 (4): 1207–10. doi:10.1093/genetics/146.4.1207. PMC 1208068. PMID 9258667.
- Hogan, C.Michael (2010). «Extremophiles». Encyclopedia of Earth. 146 (4): 1207–10. doi:10.1093/genetics/146.4.1207. PMC 1208068. PMID 9258667.