Pyrococcus furiosus -Pyrococcus furiosus

Pyrococcus furiosus
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Pyrococcus furiosus
Classificação científica
Domínio:
Archaea
Reino:
Euryarchaeota
Filo:
Euryarchaeota
Classe:
Termococos
Pedido:
Thermococcales
Família:
Thermococcaceae
Gênero:
Pyrococcus
Espécies:
P. furiosus
Nome binomial
Pyrococcus furiosus
Erauso et al. 1993

Pyrococcus furiosus é umaespécie extremofílica de Archaea . Pode ser classificado como hipertermófilo porque se desenvolve melhor sob temperaturas extremamente altas - mais altas do que as preferidas de um termófilo . É notável por ter uma temperatura ótima de crescimento de 100 ° C (uma temperatura que destruiria a maioria dos organismos vivos), e por ser um dos poucos organismos identificados como possuidores deenzimas aldeído ferredoxina oxidorredutase contendo tungstênio , um elemento raramente encontrado em moléculas biológicas.

Propriedades

A espécie foi retirada dos sedimentos termais marinhos e estudada cultivando-a em cultura em laboratório. Pyrococcus furiosus é conhecido por seu rápido tempo de duplicação de 37 minutos em condições ideais, o que significa que a cada 37 minutos, o número de organismos individuais é multiplicado por 2, produzindo uma curva de crescimento exponencial. Aparece principalmente como cocos regulares - o que significa que é aproximadamente esférico - de 0,8 µm a 1,5 µm de diâmetro com flagelação politriquosa monopolar. Cada organismo está rodeada por um envelope celular composto por glicoproteína, um chamado de camada S .

Cresce entre 70  ° C (158  ° F ) e 103 ° C (217 ° F), com temperatura ótima de 100 ° C (212 ° F), e entre pH 5 e 9 (com ótima pH 7). Ele cresce bem com extrato de levedura, maltose , celobiose , β-glucanos, amido e fontes de proteína (triptona, peptona, caseína e extratos de carne). Esta é uma faixa relativamente ampla quando comparada a outras arquéias. O crescimento é muito lento ou inexistente em aminoácidos, ácidos orgânicos, álcoois e na maioria dos carboidratos (incluindo glicose , frutose , lactose e galactose ). Os produtos metabólicos de P. furiosus são CO 2 e H 2 . A presença de hidrogênio inibe severamente seu crescimento e metabolismo; este efeito pode ser contornado, entretanto, introduzindo enxofre no ambiente do organismo. Nesse caso, o H 2 S pode ser produzido por meio de seus processos metabólicos, embora nenhuma energia pareça ser derivada dessa série de reações. É interessante notar que, enquanto muitos outros hipertermófilos dependem do enxofre para crescer, P. furiosus não.

P. furiosus também é notável por um sistema respiratório incomum e intrigantemente simples, que obtém energia reduzindo prótons a gás hidrogênio e usa essa energia para criar um gradiente eletroquímico em sua membrana celular, conduzindo assim a síntese de ATP . Tal sistema poderia ser um precursor evolucionário muito antigo dos sistemas respiratórios em todos os organismos superiores de hoje.

Usos

As enzimas de Pyrococcus furiosus são extremamente termoestáveis. Como consequência, a DNA polimerase de P. furiosus (também conhecida como Pfu DNA polimerase ) pode ser usada no processo de amplificação de DNA por reação em cadeia da polimerase (PCR).

Na amplificação de DNA

Uma DNA polimerase foi descoberta em P. furiosus que se pensava não estar relacionada a outras DNA polimerases conhecidas, uma vez que nenhuma homologia de sequência significativa foi encontrada entre suas duas proteínas e aquelas de outras DNA polimerases conhecidas. Esta DNA polimerase tem uma forte atividade exonucleolítica 3'-5 'e uma preferência por primer modelo que é característica de uma DNA polimerase replicativa, levando os cientistas a acreditar que esta enzima pode ser a DNA polimerase replicativa de P. furiosus . Desde então, foi colocado na família B das polimerases, a mesma família da DNA Polimerase II . Sua estrutura, que parece bastante típica da Polimerase B, também foi resolvida.

Na produção de dióis

Uma aplicação prática de P. furiosus é na produção de dióis para vários processos industriais. Pode ser possível usar as enzimas de P. furiosus para aplicações em indústrias como alimentos, produtos farmacêuticos e química fina em que as álcool desidrogenases são necessárias na produção de dióis enantio- e diastereomericamente puros. Enzimas de hipertermófilos como P. furiosus podem ter um bom desempenho em processos de laboratório porque são relativamente resistentes: geralmente funcionam bem em altas temperaturas e altas pressões, bem como em altas concentrações de produtos químicos.

Para tornar as enzimas derivadas naturalmente úteis no laboratório, muitas vezes é necessário alterar sua composição genética. Caso contrário, as enzimas que ocorrem naturalmente podem não ser eficientes em um procedimento induzido artificialmente. Embora as enzimas de P. furiosus funcionem perfeitamente em alta temperatura, os cientistas podem não querer necessariamente realizar um procedimento a 100 ° C (212 ° F). Consequentemente, neste caso, a enzima específica AdhA foi retirada de P. furiosus e submetida a várias mutações em um laboratório para se obter uma álcool desidrogenase adequada para uso em processos artificiais. Isso permitiu aos cientistas obter uma enzima mutante que poderia funcionar com eficiência em temperaturas mais baixas e manter a produtividade.

Nas plantas

A expressão de um determinado gene encontrado em P. furiosus em plantas também pode torná-las mais duráveis, aumentando sua tolerância ao calor. Em resposta a estresses ambientais, como a exposição ao calor, as plantas produzem espécies reativas de oxigênio que podem resultar na morte celular. Se esses radicais livres forem removidos, a morte celular pode ser retardada. As enzimas em plantas chamadas superóxido dismutases removem os radicais ânion superóxido das células, mas aumentar a quantidade e a atividade dessas enzimas é difícil e não é a maneira mais eficiente de melhorar a durabilidade das plantas.

Ao introduzir as superóxido redutases de P. furiosus nas plantas, os níveis de O 2 podem ser reduzidos rapidamente. Os cientistas testaram esse método usando a planta Arabidopsis thaliana . Como resultado desse procedimento, a morte celular nas plantas ocorre com menor frequência, resultando, portanto, na redução da severidade das respostas ao estresse ambiental. Isso aumenta a sobrevivência das plantas, tornando-as mais resistentes à luz, produtos químicos e estresse térmico.

Este estudo poderia ser usado como um ponto de partida para a criação de plantas que poderiam sobreviver em climas mais extremos em outros planetas como Marte. Ao introduzir mais enzimas de extremófilos como P. furiosus em outras espécies de plantas, pode ser possível criar espécies incrivelmente resistentes.

Na pesquisa de aminoácidos

Comparando P. furiosus com uma espécie aparentada de archaea, Pyrococcus abyssi , os cientistas tentaram determinar a correlação entre certos aminoácidos e afinidade por certas pressões em diferentes espécies. P. furiosus não é barofílico , enquanto P. abyssi é, o que significa que funciona de forma otimizada em pressões muito altas. O uso de duas espécies hipertermofílicas de arquéias diminui a possibilidade de desvios relacionados à temperatura do ambiente, reduzindo essencialmente as variáveis ​​no desenho experimental.

Além de fornecer informações sobre a barofilicidade de certos aminoácidos, o experimento também forneceu informações valiosas sobre a origem do código genético e suas influências organizacionais. Verificou-se que a maioria dos aminoácidos que determinam a barofilicidade também são importantes na organização do código genético. Também foi descoberto que aminoácidos mais polares e aminoácidos menores eram mais propensos a serem barofílicos. Por meio da comparação dessas duas arquéias, chegou-se à conclusão de que o código genético provavelmente foi estruturado sob alta pressão hidrostática, e que a pressão hidrostática foi um fator mais influente na determinação do código genético do que a temperatura.

Descoberta

Pyrococcus furiosus foi originalmente isolado anaerobicamente de sedimentos marinhos aquecidos geotermicamente com temperaturas entre 90 ° C (194 ° F) e 100 ° C (212 ° F) coletados na praia de Porto Levante, Ilha Vulcano , Itália. Ele foi descrito pela primeira vez por Karl Stetter, da Universidade de Regensburg, na Alemanha, e um colega, Gerhard Fiala. Pyrococcus furiosus, na verdade, originou um novo gênero de archaea com sua descoberta relativamente recente em 1986.

Genoma

O sequenciamento do genoma completo de Pyrococcus furiosus foi concluído em 2001 por cientistas do Instituto de Biotecnologia da Universidade de Maryland . A equipe de Maryland descobriu que o genoma tem 1.908 quilobases, codificando cerca de 2.065 proteínas.

Enzimas

Mre11

P. furiosus produz uma enzima da família Mre11 com uma forma de dobra de dois domínios .

Nome científico

O nome Pyrococcus significa "bola de fogo" em grego , para se referir à forma redonda do extremófilo e à capacidade de crescer em temperaturas de cerca de 100 graus Celsius. O nome da espécie furiosus significa 'corrida' em latim , e se refere ao tempo de duplicação do extremófilo e natação rápida.

Referências

Leitura adicional

links externos