Thermus aquaticus

Thermus aquaticus
Klasifikasi ilmiah
Domain:	Bacteria
Filum:	Deinococcus–Thermus
Kelas:	Deinococci
Ordo:	Thermales
Famili:	Thermaceae
Genus:	Thermus
Spesies:	T. aquaticus
Nama binomial
	Thermus aquaticus; Brock & Freeze, 1969

Thermus aquaticus adalah spesies bakteri yang dapat mentoleransi suhu tinggi, salah satu dari beberapa bakteri termofilik yang termasuk dalam kelompok Deinococcus–Thermus. Bakteri ini adalah sumber enzim tahan panas Taq DNA polimerase, salah satu enzim paling penting dalam biologi molekuler karena digunakan dalam teknik amplifikasi DNA reaksi berantai polimerase (polymerase chain reaction, PCR).

Sejarah

Ketika studi tentang organisme biologis di mata air panas dimulai pada 1960-an, para ilmuwan berpikir bahwa bakteri termofilik tidak dapat bertahan hidup pada suhu di atas sekitar 55 °C (131 °F).^[1] Namun demikian, ditemukan bahwa banyak bakteri di mata air yang berbeda tidak hanya bertahan hidup, tetapi juga berkembang dalam suhu yang lebih tinggi. Pada tahun 1969, Thomas D. Brock dan Hudson Freeze dari Indiana University melaporkan spesies baru bakteri termofilik yang mereka beri nama Thermus aquaticus.^[2] Bakteri ini pertama kali ditemukan di Lower Geyser Basin di Taman Nasional Yellowstone, dekat Great Fountain Geyser dan White Dome Geyser,^[3] dan sejak itu telah ditemukan di habitat termal yang serupa di seluruh dunia.

Biologi

Thermus aquaticus tumbuh subur pada 70 °C (158 °F), tetapi dapat bertahan hidup pada suhu 50 °C hingga 80 °C (122 °F hingga 176 °F). Bakteri ini adalah kemotrof—ia melakukan kemosintesis untuk mendapatkan makanan. Namun, karena kisaran suhu tumpang tindih dengan cyanobacteria fotosintetik yang berbagi lingkungan yang ideal, kadang-kadang ditemukan hidup bersama dengan tetangganya, memperoleh energi untuk pertumbuhan dari fotosintesis mereka.

Morfologi

Thermus aquaticus umumnya berbentuk silindris dengan diameter 0,5 μm hingga 0,8 μm. Bentuk batang yang lebih pendek memiliki panjang 5 μm hingga 10 μm. Bentuk filamen yang lebih panjang memiliki panjang yang sangat bervariasi dan dalam beberapa kasus melebihi 200 μm. Bakteri berbentuk batang memiliki kecenderungan untuk membentuk agregat. Asosiasi beberapa individu dapat mengarah pada pembentukan badan berbentuk bola berdiameter 10 μm hingga 20 μm, juga disebut badan-badan rotund.^[2]^[4]

Enzim dari T. aquaticus

T. aquaticus telah menjadi terkenal sebagai sumber enzim termostabil, terutama Taq polimerase DNA, seperti yang dijelaskan di bawah ini.

Aldolase

Studi pada bakteri termofilik ekstrim ini yang dapat ditumbuhkan dalam kultur sel pada awalnya berpusat pada upaya untuk memahami bagaimana enzim protein (yang biasanya terinaktivasi pada suhu tinggi) dapat berfungsi pada suhu tinggi di termofil. Pada tahun 1970, Freeze dan Brock menerbitkan sebuah artikel yang menjelaskan enzim aldolase termostabil dari T. aquaticus.^[5]

RNA polimerase

Enzim polimerase pertama yang diisolasi dari T. aquaticus pada tahun 1974 adalah RNA polimerase yang bergantung pada DNA,^[6] yang digunakan dalam proses transkripsi.

Enzim restriksi Taq I

Sebagian besar ahli biologi molekuler mungkin menyadari T. aquaticus pada akhir 1970-an atau awal 1980-an karena isolasi endonuklease restriksi yang berguna dari organisme ini.^[7] Penggunaan istilah Taq untuk merujuk pada Thermus aquaticus muncul pada masa ini dari konvensi pemberian nama pendek enzim restriksi, seperti Sal dan Hin, berasal dari genus dan spesies dari organisme sumber.

DNA polymerase ("Taq pol")

DNA polimerase pertama kali diisolasi dari T. aquaticus pada tahun 1976.^[8] Keuntungan pertama yang ditemukan untuk DNA polimerase termostabil ini (temperatur optimum 80 °C) adalah bahwa ia dapat diisolasi dalam bentuk yang lebih murni (bebas dari kontaminan enzim lain) daripada DNA polimerase dari sumber lain. Kemudian, Kary Mullis dan peneliti lain di Cetus Corporation menemukan enzim ini dapat digunakan dalam proses reaksi berantai polimerase (PCR) untuk memperbanyak segmen pendek DNA,^[9] menghilangkan kebutuhan untuk menambahkan enzim setelah setiap siklus denaturasi termal DNA. Enzim juga dikloning, diurutkan, dimodifikasi (untuk menghasilkan 'fragmen Stoffel' yang lebih pendek), dan diproduksi dalam jumlah besar untuk dijual secara komersial.^[10] Pada tahun 1989 majalah Science menyebut Taq polymerase sebagai "Molecule of the Year" pertama.^[11] Pada tahun 1993, Dr. Kary Mullis^[12] dianugerahi Penghargaan Nobel Kimia untuk karyanya dengan PCR.

Enzim lainnya

Suhu optimum yang tinggi untuk T. aquaticus memungkinkan para peneliti untuk mempelajari reaksi dalam kondisi di mana enzim lain kehilangan aktivitasnya. Enzim lain yang diisolasi dari organisme ini termasuk DNA ligase, alkalin fosfatase, NADH oksidase, isositrat dehidrogenase, amilomaltase, dan L-laktat dehidrogenase bergantung fruktosa 1,6-disfosfat.

Kontroversi

Penggunaan komersial enzim dari T. aquaticus tidak bebas dari kontroversi. Setelah studi Dr. Brock, sampel organisme itu disimpan di American Type Culture Collection, sebuah repositori publik. Ilmuwan lain, termasuk ilmuwan di Cetus, mendapatkannya dari sana. Ketika potensi komersial dari Taq polimerase menjadi jelas pada 1990-an,^[13] National Park Service melabeli penggunaannya sebagai "Great Taq Rip-off".^[14] Para peneliti yang bekerja di National Park Service sekarang diminta untuk menandatangani perjanjian "pembagian manfaat" yang akan mengirim sebagian dari laba yang didapatkan kembali ke Park Service.

Lihat pula

Referensi

^ Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"
^ ^a ^b Brock TD & Freeze H (1969). "Thermus aquaticus, a Nonsporulating Extreme Thermophile". J. Bacteriol. 98 (1): 289–97. PMC 249935 . PMID 5781580.
^ Bryan, T. Scott (2008). Geysers of Yellowstone, The (edisi ke-4th). University Press of Colorado. ISBN 978-0-87081-924-7.
^ Brock TD & Edwards MR (1970). "Fine Structure of Thermus aquaticus, an Extreme Thermophile". J. Bacteriol. 104 (1): 509–517. PMC 248237 . PMID 5473907.
^ Freeze H & Brock TD (1970). "Thermostable Aldolase from Thermus aquaticus". J. Bacteriol. 101 (2): 541–50. 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.
^ Sato, S (February 1978). "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 (September 1, 1976). "Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus". J. Bacteriol. 127 (3): 1550–7. PMC 232952 . PMID 8432.
^ Saiki, RK; et al. (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.2448875. PMID 2448875. ^{[pranala nonaktif permanen]}
^ Lawyer FC; et al. (1993). "High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase". PCR Methods Appl. 2 (4): 275–87. doi:10.1101/gr.2.4.275. PMID 8324500.
^ Guyer RL; Koshland DE (December 1989). "The Molecule of the Year". Science. 246 (4937): 1543–6. doi:10.1126/science.2688087. PMID 2688087.
^ https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1993/mullis-lecture.html
^ 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. — Detailed history of Cetus and the commercial aspects of PCR.
^ Robbins J (28 November 2006). "The Search for Private Profit in the Nation's Public Parks". The New York Times.

Bacaan lebih lanjut

Brock, Thomas D. (August 1, 1997). "The Value of Basic Research: Discovery of Thermus aquaticus and Other Extreme Thermophiles". Genetics. 146 (4): 1207–10. PMC 1208068 . PMID 9258667.
Hogan, C.Michael (2010). "Extremophiles". Encyclopedia of Earth. 146 (4): 1207–10. PMC 1208068 . PMID 9258667.

Pranala luar

Type strain of Thermus aquaticus at BacDive - the Bacterial Diversity Metadatabase

[1] Thomas Brock's essay "Life at High Temperatures"

[BrockFreeze1969-2] Brock TD & Freeze H (1969). "Thermus aquaticus, a Nonsporulating Extreme Thermophile". J. Bacteriol. 98 (1): 289–97. PMC 249935 . PMID 5781580.

[Bryan-Scott-3] Bryan, T. Scott (2008). Geysers of Yellowstone, The (edisi ke-4th). University Press of Colorado. ISBN 978-0-87081-924-7.

[BrockEdwards1970-4] Brock TD & Edwards MR (1970). "Fine Structure of Thermus aquaticus, an Extreme Thermophile". J. Bacteriol. 104 (1): 509–517. PMC 248237 . PMID 5473907.

[5] Freeze H & Brock TD (1970). "Thermostable Aldolase from Thermus aquaticus". J. Bacteriol. 101 (2): 541–50. PMC 284939 . PMID 4984076.

[6] 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.

[7] Sato, S (February 1978). "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.

[8] Chien, A; Edgar DB; Trela JM (September 1, 1976). "Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus". J. Bacteriol. 127 (3): 1550–7. PMC 232952 . PMID 8432.

[9] Saiki, RK; et al. (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.2448875. PMID 2448875. ^{[pranala nonaktif permanen]}

[Lawyer_et_al.-10] Lawyer FC; et al. (1993). "High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase". PCR Methods Appl. 2 (4): 275–87. doi:10.1101/gr.2.4.275. PMID 8324500.

[11] Guyer RL; Koshland DE (December 1989). "The Molecule of the Year". Science. 246 (4937): 1543–6. doi:10.1126/science.2688087. PMID 2688087.

[12] ttps://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1993/mullis-lecture.html

[13] 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. — Detailed history of Cetus and the commercial aspects of PCR.

[14] Robbins J (28 November 2006). "The Search for Private Profit in the Nation's Public Parks". The New York Times.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]