Thermococcus

Thermococcus é un xénero de microorganismos termófilos extremos do dominio das arqueas pertencente á familia Thermococcaceae. Todos os membros deste xénero teñen características termofílicas-hipertermofílicas. Estes microorganismos teñen formas cocoides tipicamente irregulares, con tamaños entre 0, 6 e 2, 0 μm de diámetro. Algunhas especies de Thermococcus son inmóbiles e outras móbiles con flaxelos. Estes flaxelos están situados normalmente nun polo específico do organismo. Este movemento observouse a temperaturas moderadas e a altas, dependendo da especie. Nalgunhas especies estes organismos poden agregarse e formar placas de cor gris clara, e todos poden vivir a temperaturas entre 70-<100 °C, en chemineas negras hidrotermais mariñas ou en fontes termais de auga doce, en concentracións salinas (NaCl) de 1%-3%. As especies do xénero son estritamente anaerobias, e a maioría son barófilas (viven a altas presións) á vez que termófilas, e poden vivir a profundidades entre 60-<300 m. Estes organismos prosperan a pHs entre 5, 6 e 7, 9. Membros deste xénero encontráronse en moitos sistemas de chemineas hidrotermais por todo o mundo, desde os mares do Xapón, ás costas de California. Sorprendentemente, non requiren sal (NaCl) como substrato, e un estudo mostrou que membros do xénero vivían en sistemas de augas doces quentes en Nova Zelandia, aínda que requirían unha concentración baixa de litio para crecer. Os membros de Thermococcus descríbense como heterótrofos, quimiótrofosc e sulfáxenos organotróficos; que utilizan xofre elemental (S0) e fontes de carbono como aminoácidos, carbohidratos, e ácidos orgánicos como o piruvato. Metabolismo
Metabolicamente, Thermococcus ten algunhas peculiaridades; por exemplo, desenvolveu unha forma diferente da habitual de glicólise. Un exemplo de vía metabólica deste organismo é o metabolismo dos péptidos, que ocorre en tres etapas: primeiro, hai unha hidrólise de péptidos a aminoácidos catalizada por peptidases, despois, hai unha conversión dos aminoácidos en cetoácidos catalizada por aminotransferases, e, finalmente, libérase CO2 na descarboxilación oxidativa dos cetoácidos na que interveñen catro encimas, na cal se producen derivados de coencima A que se utilizan noutras vías metabólicas importantes. As especies de Thermococcus tamén teñen o encima Rubisco, que non se utiliza no ciclo de Calvin senón no metabolismo de nucleótidos e serve para introducir o azucre dos nucleótidos no metabolismo central do carbono en Thermococcus kodakarensis, o que indica o integrados que están estes sistemas metabólicos nestes microorganismos hipertermófilos. Algúns nutrientes son limitantes para o crecemento de Thermococcus, entre os cales os máis determinantes son as fontes de carbono e nitróxeno. Como as especies de Thermococcus non xeran no seu metabolismo todos os aminoácidos que precisan, algúns deben obtelos procedentes do ambiente onde viven, como é o caso da leucina, isoleucina, e valina (os aminoácidos de cadea lateral ramificada). Cando se suplementa con estes aminoácidos ás especies de Thermococcus, estas poden metabolizalos e producir acetil-CoA ou succinil-CoA, que son importantes precursores utilizados noutras vías metabólicas esenciais para o crecemento celular e a respiración. Coa tecnoloxía actual, os membros de Thermococcus son relativamente fáciles de cultivar no laboratorio, polo que se consideran organismos modelo para o estudo da fisioloxía e vías moleculares dos extremófilos. Thermococcus kodakarensis é un exemplo de especie modelo, un microorganismo do cal se examinou e replicou todo o seu xenoma. Ecoloxía
As especies de Thermococcus crecen entre os 60 e os 80 °C, o que lles dá unha grande vantaxe ecolóxica ao seren os primeiros organismos que colonizan os novos ambientes hidrotermais. Algunhas das especies producen CO2, H2, e H2S como produtos do seu metabolismo e respiración. Estes compostos liberados son utilizados por outras especies autótrofas, o que favorece a diversidade das comunidades microbianas hidrotermais. Este tipo de cultivo de enriquecemento continuo xoga un papel fundamental na ecoloxía das fontes hidrotermais do océano profundo, o que suxire que os Thermococcus interaccionan con outros organismos por medio do intercambio de metabolitos que sostén o crecemento dos autótrofos. As especies de Thermococcus que liberan H2 utilizando múltiples hidroxenases (incluíndo as hidroxenases dependentes de CO) considéranse biocatalizadores potenciais nas reaccións de desprazamento auga-gas como: CO + H2O → CO2 + H2. Mecanismos de transporte
Os membros de Thermococcus son naturalmente competentes para captar ADN e incorporar o ADN doante nos seus xenomas por recombinación homóloga. Estas especies poden producir vesículas de membrana, formadas por evaxinación desde a membrana celular externa, que poden capturar e obter plásmidos de especies de arqueas veciñas para transferiren o ADN ao seu propio interior ou a outras especies. Estas vesículas son segregadas desde as células en grupos, formando nanosferas ou nanotubos, e mantendo a continuidade das membranas internas. Un estudo indicou que as especies de Thermococcus producen numerosas vesículas de membrana, transferindo así ADN, metabolitos, e mesmo toxinas nalgunhas especies; ademais, estas vesículas de membrana protexen os seus contidos contra a termodegradación ao transferiren estas macromoléculas nun ambiente protexido. As vesículas de membrana tamén impiden as infeccións por partículas de virus capturadas. Xunto co transporte de macromoléculas, os membros de Thermococcus utilizan as vesículas para comunicarse unhas con outras. Ademais, estas vesículas utilízanse por especies específicas (Thermococcus coalescens) para indicar cando debería ter lugar a agregación, de modo que estes microorganismos unicelulares poden fusionarse formando unha soa célula masiva.
Informouse que T. kodakarensis ten catro elementos xénicos e tipo vírico integrados que conteñen precursores de serina proteases de tipo subtilisina. Ata o momento, só se illaron dous virus de membros de Thermococcus, o PAVE1 e o TPV1. Estes virus existen nos seus hóspedes en estado de portador. O proceso da replicación do ADN e elongación foi moi estudado en T. kodakarensis. A molécula de ADN é unha estrutura circular duns 2 millóns de pares de bases, e ten máis de 2. 000 secuencias codificadoras de proteínas. Futura tecnoloxía
Un encima de Thermococcus, a Tpa-S ADN polimerase, é máis eficiente no seu uso na técnica da PCR rápida e longa que a Taq polimerase xeralmente utilizada. A Tk-SP é outro encima de T. kodakarensis, que pode degradar proteínas priónicas anormais (PrPSc); os prións son proteínas incorrectamente pregadas que causan graves doenzas en todos os organismos. A Tk-SP ten unha ampla especificidade de substrato, e degrada prións exponencialmente no laboratorio. Este encima non require calcio nin ningún outro substrato para pregarse, e, por tanto, mostrou ter un grande potencial nos estudos feitos ata agora. Outros estudos realizáronse sobre o encima PSP (fosfoserina fosfatase) de T. onnurineus, e proporcionaron un compoñente esencial na regulación da actividade da PSP. Esta información é útil para as compañías farmacéuticas, porque a actividade da PSP anormal causa un descenso importante nos niveis de serina do sistema nervioso, causando enfermidades neurolóxicas e complicacións.
Un estudo atopou que os membros da familia á que pertence Thermococcus poden incrementar a eficiencia da minaría do ouro ata un 85-95% debido ás súas capacidades específicas de biolixiviación.