Wikipedie

Pyrococcus furiosus

jednobuněčný organismus

Pyrococcus furiosus je jednobuněčný, extrémofilní, striktně anaerobní heterotrofní organismus patřící do domény Archea.[1] Jedná se o hypertermofilní druh s teplotním optimem při 100 °C schopný růst i při teplotách přesahující bod varu vody. P. furiosus se stal modelovým organismem zejména díky své relativně snadné a rychlé kultivaci v porovnání s jinými hypertermofily. Svůj význam má zejména v oblasti biotechnologií, molekulární biologie a genetiky díky několika enzymům odolným vůči vysokým teplotám, například DNA-polymeráze Pfu využívané pro polymerázovou řetězovou reakci (PCR).[2] Některé enzymy Pyrococcus furiosus obsahují v aktivním místě wolfram, což je nejtěžší a zároveň jeden z nejvzácnějších prvků přítomných v biomakromolekulách.[3][4]

Jak číst taxoboxPyrococcus furiosus
alternativní popis obrázku chybí
Pyrococcus furiosus (ilustrace)
Vědecká klasifikace
DoménaArchea
ŘíšeMethanobacteriati
KmenMethanobacteriota
TřídaThermococci
ŘádThermococcales
ČeleďThermococcaceae
RodPyrococcus
Binomické jméno
Pyrococcus furiosus
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Morfologie

editovat

Buňky Pyrococcus furiosus mají kulovitý tvar o průměru 0,8 až 1,5 μm.[1] Povrch buňky je obalen vrstvou glykoproteinů označované jako S-vrstva.[5] Tvoří více bičíků o délce přibližně 7 μm a šířce 7 nm umístěných na jediném pólu buňky, které slouží k pohybu, k adhezi k povrchům a k mezibuněčným interakcím připomínajícím interakce v biofilmech bakterií.[6]

Vlastnosti

editovat
 
Kolorovaný snímek ze skenovacího elektronového mikroskopu buněk Pyrococcus furiosus

Pyrococcus furiosus byl poprvé izolován z horkých mořských sedimentů na pláži Porto di Levante na sopečném ostrově Vulcano v Itálii. Jeho název lze přeložit jako „zběsilá ohnivá koule“, což si získal díky své vysoké pohyblivosti, rychlému růstu a schopnosti prosperovat při vysokých teplotách. Je schopný růst v teplotním rozmezí 70 až 103 °C (optimum při 100 °C), v rozmezí pH 5 až 9 a koncentrace NaCl 0,5 až 5 %. Metabolismus je striktně anaerobní (nemohou přežívat v přítomnosti kyslíku) a heterotrofní (využívá organické látky jako zdroj uhlíku). Při optimálních podmínkách vykazoval organismus dobu zdvojení 37 minut. [1][2]

K relativně snadné kultivaci Pyrococcus furiosus přispívá zejména jeho preference sacharidů (škrobu, oligosacharidů) jako zdroje uhlíku, na rozdíl od ostatních hypertermofilů, které preferují proteiny a aminokyseliny. Pro metabolismus sacharidů využívá fermantaci přes Embden-Meyerhofovu dráhu, jejíž produkty jsou acetát, H2 a CO2. Vznikající vodík však může růst P. furiosus inhibovat, což lze eliminovat přidáním elementární síry (So), která s vodíkem reaguje za vzniku sulfanu (H2S). Pro efektivní růst na proteinech je elementární síra nezbytná, neboť funguje jako terminální elektronový akceptor.[2][7]

Enzymy

editovat
 
Struktura enzymu Pfu polymeráza

Enzymy P. furiosus jsou vysoce odolné vůči vysokým teplotám, což umožňuje jejich široké využití v průmyslu. Příklady mohou být enzymy β-glukosidáza (štěpící celulózu) a α-amyláza (štěpící například škrob a glykogen), které při 100°C ztrácí polovinu své aktivity za 85 a 12 hodin, v uvedeném pořadí.[8][9] Tyto enzymy nalézají uplatnění v potravinovém a farmaceutickém průmyslu, zemědělství či při produkci biopaliv. [10][11] Z P. furiosus bylo izolováno pět různých enzymů obsahujících wolfram (prvek který se napříč živými organismy vyskytuje jako biogenní vzácně), z nichž všechny patří do skupiny aldehydoxidoreduktáz [EC 1.2]. Enzym glyceraldehyd-3-fosfát:ferredoxin oxidoreduktáza (GAPOR) je přímo specifický pro intermediát glykolýzy glyceraldehyd-3-fosfát.[3]

Významným enzymem z P. furiosus je Pfu DNA-polymeráza, využívaná v polymerázové řetězové reakci (PCR). Tato metoda je důležitý nástroj v molekulární biologii, umožňující in vitro (mimo živý organismus) namnožit požadovanou sekvenci DNA.[12] Oproti první objevené termostabilní DNA-polymeráze Taq Pfu disponuje 3´-5´-exonukleázovou aktivitou, takzvaným „proofreadingem“, což je mechanismus sloužící k rozpoznávání a opravě chybně zařazených nukleotidů. Díky tomu je chybovost DNA-polymerázy Pfu přibližně o dva řády nižší než DNA-polymerázy Taq (5,1 · 10-6 oproti 1,5 · 10-4, v uvedeném pořadí), což činí prvně jmenovanou vhodnější pro laboratorní techniky vyžadující vyšší přesnost syntézy DNA. Na druhou stranu je DNA-polymeráza Pfu oproti Taq pomalejší (560 nukleotidů za minutu vs. 2800 nukleotidů za minutu). Dalším nedostatkem Pfu DNA-polymerázy je absence 5´-3´-exonukleázové aktivity, tj. schopnosti štěpení nukleotidů ve směru 5´-3´ (stejný směr jako polymerace DNA). Absence této aktivity znemožňuje využití polymerázy Pfu např. v kombinaci se sondami TaqMan při technice qPCR. Sondy TaqMan využívají značené oligonukleotidy komplementární k cílové oblasti DNA, které po rozštěpení 5´-3´-nukleázovou aktivitou přítomné DNA-polymerázy emitují fluorescenční signál. [13]

Reference

editovat
  1. ↑ a b c FIALA, Gerhard; STETTER, Karl O. Pyrococcus furiosus sp. nov. represents a novel genus of marine heterotrophic archaebacteria growing optimally at 100°C. Archives of Microbiology. 1986-06-01, roč. 145, čís. 1, s. 56–61. Dostupné online [cit. 2024-10-29]. ISSN 1432-072X. DOI 10.1007/BF00413027. (anglicky) 
  2. ↑ a b c KENGEN, Servé W. M. ‘ Pyrococcus furiosus , 30 years on’. Microbial Biotechnology. 2017-11, roč. 10, čís. 6, s. 1441–1444. Dostupné online [cit. 2024-10-29]. ISSN 1751-7915. DOI 10.1111/1751-7915.12695. PMID 28217936. (anglicky) 
  3. ↑ a b SEVCENCO, Ana-Maria; PINKSE, Martijn W. H.; BOL, Emile. The tungsten metallome of Pyrococcus furiosus. Metallomics. 2009, roč. 1, čís. 5, s. 395. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 1756-5901. DOI 10.1039/b908175e. 
  4. ↑ ANDREESEN, Jan R.; MAKDESSI, Kathrin. Tungsten, the Surprisingly Positively Acting Heavy Metal Element for Prokaryotes. Annals of the New York Academy of Sciences. 2008-03, roč. 1125, čís. 1, s. 215–229. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 0077-8923. DOI 10.1196/annals.1419.003. (anglicky) 
  5. ↑ DAUM, Bertram; VONCK, Janet; BELLACK, Annett. Structure and in situ organisation of the Pyrococcus furiosus archaellum machinery. eLife. 2017-06-27, roč. 6, s. e27470. Dostupné online [cit. 2024-11-18]. ISSN 2050-084X. DOI 10.7554/eLife.27470. PMID 28653905. 
  6. ↑ NÄTHER, Daniela J.; RACHEL, Reinhard; WANNER, Gerhard. Flagella of Pyrococcus furiosus : Multifunctional Organelles, Made for Swimming, Adhesion to Various Surfaces, and Cell-Cell Contacts. Journal of Bacteriology. 2006-10, roč. 188, čís. 19, s. 6915–6923. Dostupné online [cit. 2024-11-18]. ISSN 0021-9193. DOI 10.1128/JB.00527-06. PMID 16980494. (anglicky) 
  7. ↑ KENGEN, S.W.; DE BOK, F.A.; VAN LOO, N.D. Evidence for the operation of a novel Embden-Meyerhof pathway that involves ADP-dependent kinases during sugar fermentation by Pyrococcus furiosus. Journal of Biological Chemistry. 1994-07, roč. 269, čís. 26, s. 17537–17541. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 0021-9258. DOI 10.1016/s0021-9258(17)32474-2. 
  8. ↑ KENGEN, Servé W. M.; LUESINK, Evert J.; STAMS, Alfons J. M. Purification and characterization of an extremely thermostable β‐glucosidase from the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus furiosus. European Journal of Biochemistry. 1993-04, roč. 213, čís. 1, s. 305–312. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 0014-2956. DOI 10.1111/j.1432-1033.1993.tb17763.x. (anglicky) 
  9. ↑ JØRGENSEN, Steen; VORGIAS, Constantin E.; ANTRANIKIAN, Garabed. Cloning, Sequencing, Characterization, and Expression of an Extracellular α-Amylase from the Hyperthermophilic ArchaeonPyrococcus furiosus in Escherichia coli andBacillus subtilis. Journal of Biological Chemistry. 1997-06, roč. 272, čís. 26, s. 16335–16342. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 0021-9258. DOI 10.1074/jbc.272.26.16335. 
  10. ↑ SINGH, Gopal; VERMA, A. K.; KUMAR, Vinod. Catalytic properties, functional attributes and industrial applications of β-glucosidases. 3 Biotech. 2016-06, roč. 6, čís. 1. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 2190-572X. DOI 10.1007/s13205-015-0328-z. PMID 28330074. (anglicky) 
  11. ↑ SOUZA, Paula Monteiro de; MAGALHÃES, Pérola de Oliveira e. Application of microbial α-amylase in industry - A review. Brazilian Journal of Microbiology. 2010-12, roč. 41, čís. 4, s. 850–861. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 1678-4405. DOI 10.1590/S1517-83822010000400004. PMID 24031565. (anglicky) 
  12. ↑ MCDONALD, Caitlin; TAYLOR, Duncan; LINACRE, Adrian. PCR in Forensic Science: A Critical Review. Genes. 2024-04, roč. 15, čís. 4, s. 438. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 2073-4425. DOI 10.3390/genes15040438. PMID 38674373. (anglicky) 
  13. ↑ NIKOOMANZAR, Ali; CHIM, Nicholas; YIK, Eric J. Engineering polymerases for applications in synthetic biology. Quarterly Reviews of Biophysics. 2020, roč. 53. Dostupné online [cit. 2024-11-19]. ISSN 0033-5835. DOI 10.1017/S0033583520000050. (anglicky) 
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Pyrococcus_furiosus&oldid=24439111“