Thermococcus Gammatolerans

Transcripción

1 Thermococcus Gammatolerans Daniela Martínez Neira Pontificia Universidad Católica de Chile, Escuela de Ingeniería Desafíos de la Ingeniería Entrega: Domingo 30 de marzo, 2014

2 Thermococcus gammatolerans: Este organismo pertenece al género thermococcus, que forma parte del dominio de las arqueas, por el filo euryarcheota. Al contrario de lo que se piensa comúnmente de las arqueobacterias, estas no son perjudiciales para la salud de animales ni de las personas. Microbes/thermococcus.html Se caracterizan por ser quimiorganótrofos anaerobios obligados. Esto quiere decir que para alimentarse, utilizan el Azufre (S) en su estado elemental en vez de oxígeno (O) para captar electrones con el fin de oxidar materia orgánica, liberando sulfuro de hidrógeno, proceso que se resume por la siguiente fórmula: S + orgánicos ---> H 2 S + CO 2 Otra de sus características en común, es que son hipertermófilos, lo que quiere significa que su habitan lugares con temperaturas extremas, pudiendo ser encontrados en fuentes hidrotermales marítimas o terrestres, así como también en yacimientos profundos de petróleo y sedimentos abisales. En su mayoría prefieren ph neutro (6,0) para vivir. Sin embargo, esta investigación estará enfocada en uno de los 180 organismos que, aproximadamente, componen este género, la thermococcus gammatolerans, que destaca por sus particulares características que serán descritas a continuación. Características: Es el ser vivo conocido que hasta el momento presenta el mayor grado de resistencia a la radiación. Esto es debido a que soporta una radiación de alrededor de 5KGy sin perjudicar su capacidad de reproducción, llegando a una radiación de hasta 30KGy. Para poder comprender mejor, esta medida (Gy) es una medida de radiación ionizante recibida por un material, y haciendo una comparación, el ser

3 humano no soporta una radiación de 10 Gy. Por parte de otras bacterias, en el caso de la escherichia collie, al ser expuestas a 60 Gy se logra terminar con una colonia completa de ellas. Esta característica de radio resistencia a este nivel no es característica de las especies del género Thermococcus, ya que las demás distan mucho de la capacidad de esta arqueabacteria a pesar de la gran similitud de sus genomas. Otra de sus características más llamativas para el estudio de la ciencia se debe a que su alta radio resistencia indica que tiene mecanismos de reparación y mantenimiento de su ADN de una alta capacidad. El gran daño causado por la radiación a sus cromosomas es remediado de forma efectiva y en cantidades masivas, pero sin alguna pérdida de viabilidad. Este proceso de reconstrucción cromosómica ocurre más rápidamente en células que se encuentran en fase estacionaria, mientras que aquellas que se encuentran en fase exponencial lo hacen más lentamente. Por último, lo que no significa que sea menos importante, es un organismo termófilo, que vive casi exclusivamente en chimeneas hidrotermales marinas o terrestres. Fue encontrada en el año 2003 en la una cuenca de Guaymas a una profundidad de 2616 metros, lo cual es curioso, ya que en ese tipo de lugares no vive expuesta a radiaciones ionizantes. Sus colonias pueden tener un crecimiento dentro de un intervalo de temperaturas de ºC, siendo su temperatura óptima de crecimiento de ºC.

4 Explicación de características de la thermococcus gammatolerans: Una de sus características es su resistencia a la termodegradación. Para explicarla se han realizado estudios que indican que esta cuenta con la generación de vesículas de membrana en su medio de cultivo. Contiene una proteína, OppA, que se encarga de unir oligopéptidos permitiendo la flagelación del sistema, y también se une a proteínas periplásmicas, lo que evita la desnaturalización de proteínas frente a un choque de estrés, como lo es un incremento importante de temperatura. Por lo demás, las células contaban con una membrana citoplasmática y una capa S externa compuesta de glicoproteínas. Durante un experimento notaron la flexión de secciones delgadas de membrana y que las vesículas tenían la misma proteína y composición lipídica que la membrana celular, lo cual llevo a pensar que esta se produce por una separación de una pequeña porción de membrana. Estas vesículas pueden transferir plásmidos endógenos o exógenos a las células, como el Plc70. Estas se unen a sus células vecinas mediantes filamentos con membrana interna continua. Hyperthermophilic archaea produce membrane vesicles that can transfer DNA PDF)emi4_ Otra de sus características más destacadas en la sección anterior fue la radio resistencia. Este organismo requiere de triptona, peptona y levadura en su medio para poder desarrollarse. Durante un experimento, dejaron un cultivo en un medio suplementado con minerales de azufres, vitaminas y 20 aminoácidos en solución. Esto provocó que tuvieran que sintetizar por sus propios medios los compuestos necesarios a partir de los aminoácidos, retrasando su desarrollo. Luego se llegó a la conclusión de que la reserva de nutrientes en su medio o de energía es uno de los factores que afectan en la radio resistencia de este organismo. Al observar los fragmentos cromosómicos de aquellas que se desarrollaban en un medio rico y luego eran expuestas a una radiación de 2500 Gy, podía notarse que su genoma no estaba totalmente degradado, mientras las que estaban en un medio mínimo fueron más perjudicadas por la irradiación.

5 MedCentral/image/gb r70-7 Tampoco se descarta la posibilidad de que aumente la sensibilidad a la radiación en el caso de aquellas colonias en una fase estacionaria ya tardía, que cuenten con menos componentes antioxidantes en sus sistemas o una pared celular más frágil. Otros señalan la existencia de un virus que podría provocar la ruptura de la célula luego de la exposición a la radiación. Por ejemplo, un cultivo en la fase estacionaria tardía puede tener un mecanismo de autodestrucción, que se activa con una alta dosis de radiación gamma, disminuyendo las posibilidades de supervivencia celular. Finalmente, para explicar con mayor profundidad esta radio resistencia es fundamental su capacidad de reconstruir su ADN luego del daño, ya que ambas características se encuentran estrechamente ligadas entre sí. Esto no quiere decir que se excluyan otras formas que cooperen con la supervivencia celular de ésta arqueabacteria, que minimicen el daño en el ADN, protejan estructuras celulares de los efectos de la radiación, etc. Su genoma contiene un cromosoma circular que cuenta con nucleótidos, que codifican para 2157 proteínas, como también contiene segmentos extracromosómicos. Esta regeneración es efectiva y rápida, permitiendo contrarrestar los daños causados por la radiación, y vale destacar que las variaciones de tiempo en el proceso se deben a que el tamaño molecular de los fragmentos generados por la irradiación era menor en el caso de las células en fase exponencial que en las estacionarias, pero las células en crecimiento activo tienen un puerto de replicación de genoma que producen fragmentos más pequeños de ADN de doble cadena, por lo que no se puede descartar que estas variaciones se relacionen con daños menos extensos en el ADN en una célula en fase estacionaria. Análisis de sus características:

6 Análisis de sus características: Análisis de sus características: La thermococcus gammatolerans es un ser vivo con capacidades muy interesantes, debido a su alta resistencia y su desarrollo en condiciones extremas, que resultan letales para el ser humano y otra gran parte de seres vivos conocidos por él. Sin embargo, aún hay aspectos de ella que son un misterio para la ciencia, debido a que su descubrimiento es relativamente reciente, por lo que aún se encuentra en investigación. Sin duda una de las características que más se relaciona con su hábitat natural es su resistencia a las altas temperaturas. Esto se debe a que determina su estadía en fuentes hidrotermales calientes, proceso explicado por la creación de vesículas de membrana que permiten generar redes de células que comparten ADN durante su exposición a altas temperaturas, que no sólo está presente en la thermococcus gammatolerans, sino que es común a todas las especies del género thermococcus, algunas de las cuales también cuentan una proteína de membrana homóloga de la estomatina, que coopera con la vesiculación. Por otro lado, sus mecanismos de reparación de ADN son de gran interés porque trabajan de forma precisa, al menos en cuanto a estructuras se trata, ya que al comparar los patrones de las células irradiadas con las no irradiadas no se muestran diferencias entre ellas, siendo un aspecto fundamental para aquello que es lo que más la destaca por sobre los otros organismos, su radio resistencia, que no sólo depende de regenerar su ADN, sino también de las condiciones ambientales en que estas se desarrollan, siendo lo más importante la cantidad de nutrientes y la edad de sus cultivos.

7 Aplicaciones en la vida del hombre: La thermococcus gammatolerans ha sido estudiada por sus características que son de gran interés por las aplicaciones que a ésta se le pueden dar, que favorecerían de forma primordial a la vida del hombre, pudiendo a través de ella lograr grandes invenciones que hasta el momento, con las condiciones actuales, no se han podido conseguir. A continuación se presentarán los contextos a los cuales puede aplicarse esta arqueabacteria, que se relacionan directamente con el área biológica y farmacéutica. En primer lugar, se está tratando de incorporar al genoma de organismos superiores sus mecanismos de reparación de ADN, con el fin de mejorar la eficiencia de la reparación de ADN de estos organismos y también lograr retrasar su envejecimiento a nivel celular. Por otro lado, se está incluyendo en el estudio de la carcinogénesis, la cual se refiere al proceso del cáncer que inicia por diversos cambios en las células que cambian su codificación. Esto puede ser causado precisamente por los errores en la división celular o mutaciones genéticas. Por lo demás, se busca la forma de aplicarlo a las enfermedades mitocondriales. Estas corresponden a, como su nombre lo dice, un error en el funcionamiento de las mitocondrias, ocasionando problemas para generar la energía necesaria para el organismo, afectando órganos y sistemas y generando lesiones o muerte de la célula. Esto se debe a mutaciones del ADNmt, que es la información genética de las mitocondrias que se encuentra en una replicación constante, y del ADN nuclear, encargado de codificar subunidades de proteínas de la cadena respiratoria y de cada una de sus etapas. Por otro lado, cu condición de hipertermófilos los hace una buena alternativa para la realización de nuevos tipos de marcadores enzimáticos que resistan temperaturas más altas. Estos corresponden a exámenes que se utilizan para poder medir la actividad de las distintas enzimas del cuerpo, que sirven para detectar una disminución o detención de su funcionamiento por enfermedades. Finalmente, la característica que más llama la atención es su radio resistencia. Esta tiene una importancia fundamental, ya que podría aplicarse al problema de la contaminación radiactiva. Como ya es sabido, su reparación de ADN coopera de manera imprescindible en esto, sin embargo está demostrado que no es lo único. Por esta razón, puede investigarse en mayor profundidad su composición química, para así poder aplicarla a medicamentos para las personas que vean afectado su organismo por la exposición a la radiación, ya sea por alimentos, inyecciones, inhalación o por exposición a radioisótopos que quedan depositados en lugares de su cuerpo como la piel. Estos radioisòtopos también pueden estar presentes en los suelos o en el agua, pudiendo de esta forma afectar su organismo externa o internamente, hasta los órganos, generando graves consecuencias.

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