Pyrococcus furiosus
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Pyrococcus furiosus es una especie de archaea extremófilos. Se puede clasificar como un hipertermófilo porque desarrolla mejor bajo temperaturas extremadamente altas-más altos que los preferido de un termófilo. Es notable para tener una temperatura óptima de crecimiento de 100 º C, y por ser uno de los pocos organismos identificados como poseedores de enzimas que contienen tungsteno, un elemento rara vez se encuentra en las moléculas biológicas.
El nombre de Pyrococcus significa "fireberry" en griego, para referirse a la forma y capacidad de crecer en temperaturas de alrededor de 100 grados Celsius ronda del extremófilos. El nombre furiosus especie significa 'corriendo' en latín, y se refiere al tiempo de duplicación del extremófilos.
Sumario
Descubrimiento
Pyrococcus furiosus fue aislado originalmente anaeróbico de sedimentos marinos de calefacción geotérmica con temperaturas entre 90 º C y 100 C recogido en la playa de Porto Levante, la isla de Vulcano, Italia. Fue descrita por primera vez por el Dr. Karl Stetter de la Universidad de Regensburg en Alemania, y un colega, el Dr. Gerhard Fiala. Pyrococcus furiosus realidad se originó un nuevo género de archaea con su relativamente reciente descubrimiento en 1986.
Genoma
La secuenciación del genoma completo de Pyrococcus furiosus fue terminado en 2001 por científicos de la Universidad de Maryland Biotechnology Institute. El equipo de Maryland encontró que el genoma tiene 1.908 kilobases, que codifica para algunas proteínas 2065.
Propiedades
Las especies fueron obtenidos de los sedimentos marinos térmicos y estudiados por el crecimiento en un cultivo en un laboratorio. Pyrococcus furiosus se caracteriza por su rápido tiempo de duplicación de 37 minutos en condiciones óptimas, lo que significa que cada 37 minutos, el número de organismos individuales se multiplica por 2, resultando en una curva de crecimiento exponencial. Parece que en su mayoría regulares cocos-lo que significa que es más o menos esférica de 0,8 m y 1,5 m de diámetro con monopolar flagelación polytrichous. Cada organismo está rodeado por una envoltura celular compuesta de glicoproteína, distinguiéndolos de bacterias.
Crece entre 70 C y 103 C, con una temperatura óptima de 100 º C, y entre pH 5 y 9. Crece bien en extracto de levadura, maltosa, celobiosa,-glucanos, almidón, y fuentes de proteínas. Se trata de una gama relativamente amplia en comparación con otras arqueas. El crecimiento es muy lenta, o inexistente, en aminoácidos, ácidos orgánicos, alcoholes, y la mayoría de los hidratos de carbono. Los productos metabólicos de Pyrococcus furiosus son el CO2 y H2. La presencia de hidrógeno inhibe gravemente su crecimiento y el metabolismo; este efecto se puede evitar, sin embargo, mediante la introducción de azufre en el entorno del organismo. En este caso, el H2S se pueden producir a través de sus procesos metabólicos, aunque no parece la energía que se deriva de esta serie de reacciones. Es interesante señalar que, mientras que muchos otros hyperthermophiles dependen de azufre para el crecimiento, P. furiosus no.
Pyrococcus furiosus es también notable por un sistema respiratorio inusual y curiosamente sencillo, que obtiene la energía mediante la reducción de protones a hidrógeno gas y usa esta energía para crear un gradiente electroquímico a través de su membrana celular, impulsando así a la síntesis de ATP. Este sistema podría ser un precursor evolutivo muy temprana de los sistemas respiratorios de todos los organismos superiores hoy.
Un ADN polimerasa fue descubierto en P. furiosus que no guarda relación con otras ADN polimerasas conocidas, como no se encontró significativa homología de secuencia entre las dos proteínas y de otras ADN polimerasas conocidas. Este ADN polimerasa tiene una fuerte 3'-5 'actividad exonucleolítica y una preferencia plantilla-cebador que es característica de una ADN polimerasa replicativa, lo que lleva a los científicos a creer que esta enzima puede ser la replicativa de ADN polimerasa de p. furiosus. Aunque arqueas son, en general, más como eukaroyotes procariotas que en términos de la transcripción, traducción, y la replicación de su ADN, los científicos no han sido capaces de encontrar muchos ejemplos de polimerasas de ADN en arqueas que son similares en estructura a las ADN polimerasas de eucariotas. Obtener más información acerca de estas enzimas permitiría una comprensión más amplia del mecanismo de replicación del ADN en arqueas.
Utilidad
Las enzimas de Pyrococcus furiosus son extremadamente termoestable. Como consecuencia de ello, la ADN polimerasa de Pyrococcus furiosus se puede utilizar en el proceso de amplificación de ADN de reacción en cadena de polimerasa.
En la producción de dioles
Una aplicación práctica de P. furiosus es en la producción de dioles para diversos procesos industriales. Puede ser posible utilizar las enzimas de Pyrococcus furiosus para aplicaciones en industrias tales como alimentos, productos farmacéuticos, y productos químicos finos en el que alcohol deshidrogenasas son necesarios en la producción de dioles enantioselectividad y diastereoméricamente puras. Las enzimas de hyperthermophiles tales como P. furiosus se desempeñan bien en los procesos de laboratorio, ya que son relativamente resistentes: por lo general funcionan bien a altas temperaturas y altas presiones, así como en altas concentraciones de productos químicos.
Con el fin de hacer que las enzimas derivadas naturalmente útil en el laboratorio, a menudo es necesario para alterar su composición genética. De lo contrario, las enzimas de origen natural pueden no ser eficiente en un procedimiento inducido artificialmente. Aunque las enzimas de P. furiosus funcionar de manera óptima a una temperatura alta, los científicos no pueden necesariamente quiere llevar a cabo un procedimiento a 100 C. Por consiguiente, en este caso, la enzima específica de AdHA fue tomada a partir de P. furiosus y puesto a través de diversas mutaciones en un laboratorio con el fin de obtener una alcohol deshidrogenasa adecuado para su uso en los procesos artificiales. Esto permitió a los científicos para obtener una enzima mutante que podrían funcionar de manera eficiente a temperaturas más bajas y mantener la productividad.
En las plantas
La expresión de un determinado gen que se encuentra en P. furiosus en las plantas también puede hacerlos más duraderos mediante el aumento de su tolerancia al calor. En respuesta a las tensiones ambientales tales como la exposición al calor, las plantas producen especies reactivas de oxígeno que puede resultar en la muerte celular. Si se eliminan estos radicales libres, la muerte celular se puede retrasar. Las enzimas en plantas llamadas superóxido dismutasas eliminar los radicales anión superóxido a partir de células, pero el aumento de la cantidad y la actividad de estas enzimas es difícil y no es la forma más eficiente de ir sobre la mejora de la durabilidad de las plantas.
Mediante la introducción de las reductasas superóxido de P. furiosus en las plantas, los niveles de O2 se pueden reducir rápidamente. Los científicos probaron este método el uso de la planta Arabidopsis. Como resultado de este procedimiento, la muerte celular en plantas se produce con menos frecuencia, por lo tanto, lo que resulta en una reducción en la gravedad de las respuestas a estrés ambiental. Esto mejora la supervivencia de las plantas, haciéndolos más resistentes a la luz, químico, y el estrés por calor.
Este estudio podría ser utilizado como un punto de partida para la creación de plantas que pueden sobrevivir en climas más extremos en otros planetas como Marte. Por la introducción de más enzimas de extremófilos como P. Furiosus en otras especies de plantas, puede ser posible para crear especies increíblemente resistentes.
En la investigación de los aminoácidos
Mediante la comparación de P. furiosus con una especie relacionada de arqueas, Pyrococcus abyssi, los científicos han tratado de determinar la correlación entre ciertos aminoácidos y la afinidad para ciertas presiones en diferentes especies. P. furiosus no es barófilo, mientras que P. abyssi es, lo que significa que funciona de manera óptima a presiones muy altas. El uso de dos especies de arqueas hyperthermophilic disminuye la posibilidad de desviaciones que tienen que ver con la temperatura del medio ambiente, reducir esencialmente las variables en el diseño experimental.
Además de la información sobre el rendimiento barophily de ciertos aminoácidos, el experimento también proporcionó información valiosa sobre el origen del código genético y sus influencias organizacionales. Se encontró que la mayoría de los aminoácidos que determinaron barophily se encontraron también ser importante en la organización del código genético. También se encontró que los aminoácidos más polares y aminoácidos más pequeñas eran más propensos a ser barófilo. A través de la comparación de estos dos arqueas, se llegó a la conclusión de que el código genético fue probable estructurado bajo alta presión hidrostática, y que la presión hidrostática era un factor más influyente en la determinación de que la temperatura del código genético. Participación en la investigación espacial
Como furiosus Pyrococcus pueden soportar grandes variaciones de temperatura, que se utiliza para hacer la investigación en plantas de bio-ingeniería adecuadas para el cultivo en invernaderos en Marte. La investigación consiste en tomar un gen de furiosus Pyrococcus e introducir en la planta Arabidopsis.
