Pyrococcus furiosus

Pyrococcus furiosus é unha especie de microorganismos extremófilos do dominio das arqueas. Clasifícase como hipertermófilo porque prospera mellor a temperaturas moito máis altas que as preferidas polos termófilos. É notable por ter unha temperatura de crecemento óptima de 100 °C (á que morrerían a maioría dos organismos), e por ser un dos poucos organismos que se saiba que teñen encimas que conteñen volframio, un elemento que raramente se atopa nas moléculas biolóxicas. P. furiosus illouse orixinalmente anaerobicamente en sedimentos mariños quentes en zonas xeotérmicas con temperaturas entre 90 °C e 100 °C recollidas da praia de Porto Levante, na illa de Vulcano, Italia. O seu descubrimento en 1986 supuxo a creación dun novo xénero de arqueas.

 Propiedades 
A especie foi recollida en sedimentos mariños termais e estudada cultivándoa no laboratorio. P. furiosus é notable polo seu rápido tempo de duplicación de 37 minutos baixo condicións óptimas, o que é unha curva de crecemento exponencial. É un coco case esférico de entre 0,8 µm a 1,5 µm de diámetro con flaxelación politrica monopolar. Cada organismo está rodeado por unha envoltura celular composta de glicoproteínas.

Crece entre os 70 °C e os 103 °C, cunha temperatura óptima de 100 °C, e entre os pHs 5 e 9, cun óptimo de 7. Crece ben con extracto de lévedo, maltosa, celobiosa, β-glucanos, amidón, e fontes proteicas (triptona, peptona, caseína, e extractos de carne). Esta é un gama relativamente ampla comparada con outras arqueas. O crecemento é moi lento ou non se produce con aminoácidos, ácidos orgánicos, alcohois, e a maioría dos carbohidratos (incluíndo a glicosa, frutosa, lactosa, e galactosa). Os produtos metabólicos de P. furiosus son CO2 e H2. A presenza de hidróxeno inhibe fortemente o seu crecemento e metabolismo; este efecto pode ser evitado introducindo xofre no ambiente onde vive o microorganismo, xa que nese caso pode producirse H2S nos seus procesos metabólicos, aínda que non parce que se obteña enerxía destas reaccións. É interesante notar que, aínda que moitos outros hipertermófilos dependen do xofre para crecer, P. furiosus non.

P. furiosus é tamén notable por ter un sistema respiratorio pouco usual e enigmático, que obtén enerxía reducindo protóns a gas hidróxeno e utiliza esta enerxía para crear un gradiente electroquímico a través da membrana plasmática, o que impulsa a síntese de ATP. Este sistema pode ser un precursor evolutivo moi inicial dos sistemas respiratorios de todos os organismos superiores actuais.Sapra, R; Bagramyan, K; Adams, M. W. W. (2003) A simple energy-conserving system: proton reduction coupled to proton translocation, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100:13, 7545–7550. 

Descubriuse unha ADN polimerase en P. furiosus que non está relacionada coas outras ADN polimerases coñecidas, xa que non se encontrou que teña homoloxía de secuencias significativa coas demais. Esta ADN polimerase ten unha forte actividade exonucleolítica 3'-5' e unha preferencia molde-cebador que é característica dunha ADN polimerase replicativa, o que levou aos científicos a crer que este encima pode ser a ADN polimerase replicativa de P. furiosus.

 Xenoma 
A secuenciación do xenoma completo de P. furiosus completouse en 2001, e ten 1.908 kb, e codifica unhas 2.065 proteínas.

 Usos 
Os encimas de P. furiosus son extremadamente termoestables. Como consecuencia, a ADN polimerase de P. furiosus (tamén chamada ADN polimerase Pfu) pode utilizarse na reacción en cadea da polimerase (PCR) para realizar amplificacións de mostras de ADN, que funcionan a altas temperaturas.

 Na produción de dioles 
Unha aplicación práctica de P. furiosus é na produción de dioles en varios procesos industriais. Poden utilizarse os encimas de P. furiosus para aplicacións en industrias da alimentación, farmacéuticas, e químicas, nas cales as alcohol deshidroxenases son necesarias para a produción de dioles enantio- e diastereomericamente puros. Os encimas dos hipertermófilos como P. furiosus poden realizar ben no laboratorio estes procesos porque son relativamente resistentes: funcionan xeralmente ben a altas temperaturas e presións, e tamén en altas concentracións de compostos químicos.

Para facer que os encimas derivados dos naturais sexan útiles no laboratorio, a miúdo é necesario alterar as súas características xenéticas. Aínda que os encimas de P. furiosus funcionan optimamente a altas temperaturas, os científicos pode que non queiran necesariamente levar a cabo o procedemento á temperatura de 100 °C (óptima para o microorganismo), polo que primeiro se utiliza o encima AdhA de P. furiosus unha vez que este foi sometido a modificacións mutacionais no laboratorio para obter un encima adecuado para os usos industriais de que se trate.

 En plantas 
A expresión de certos xenes de P. furiosus en plantas pode facelas máis resistentes ao incrementar a súa tolerancia á calor. En resposta a estreses ambientais como a exposición á calor, as plantas producen especies reactivas do oxíxeno que poden orixinar a morte celular. Se estes radicais son eliminados, a morte celular pode atrasarse. Os encimas de plantas chamados superóxido dismutases eliminan radicais de anións superóxido das células, pero incrementar a cantidade e actividade destes encimas é difícil e non é o modo máis eficiente de aumentar a duración das plantas.

Ao introducir superóxido redutases de P. furiosus nas plantas, os niveis de O2 poden reducirse rapidamente. Comprobouse este método utilizando a planta Arabidopsis thaliana. Como resultado deste procedemento, a morte celular nas plantas ocorre menos fecuentemente, e, por tanto, prodúcese unha redución na gravidade das respostas aos estreses ambientais. Isto mellora a supervivencia das plantas, facéndoas máis resistentes á luz e compostos químicos.

Estes estudos potencialmente poderían servir como punto de partida para crear plantas que poidan sobrevivir en climas extremos ou noutros planetas como Marte.

 Investigación sobre aminoácidos 
Comparando P. furiosus con outras especies de arqueas relacionadas como Pyrococcus abyssi, tratouse de determinar a correlación entre certos aminoácidos e a afinidade por certas presións en diferentes especies. P. furiosus non é barófilo, mentres que P. abyssi si, o que significa que funciona optimamente a moi altas presións. Utilizar dúas especies hipertermófilas de arqueas diminúe a posibilidade de desviacións que teñan que ver coa tempertura ambiental.

Ademais, ao obter información sobre a barofilia de certos aminoácidos, estes experimentos tamén fornecen información valiosa sobre a orixe do código xenético. Viuse que a maioría dos aminoácidos que determinaron barofilia son tamén importantes na organización do código xenético. Os aminoácidos máis polares e pequenos son máis probablemente barofílicos. Por medio da comparación destas dúas arqueas, as conclusións ás que se chegou foron que o código xenético se estruturou probablemente a altas presións hidrostáticas, e que as presións foron un factor máis importante que a temperatura na determinación do código.

 Notas 

Categoría:Arqueas