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Welches sind die extremsten thermophilen Bakterien, die wir kennen?

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Extrem thermophile Bakterien gedeihen bei jeder Temperatur über 40/50°C. Thermotoga Maritima scheint die Bakterien zu sein, die bei der höchsten Temperatur bis 90°C überleben können (Referenz 1, Tabelle 2). Ich frage mich, ob es eine umfassendere Liste extrem thermophiler Bakterien gibt und ob es Bakterien gibt, die bei höheren Temperaturen überleben können als Thermotoga Maritima.

Verweise: Ref.1 Vorderseite. Mikrobiol., 05.11.2015 | https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.01209 Extrem thermophile Mikroorganismen als Metabolic Engineering Plattformen für die Produktion von Kraftstoffen und Industriechemikalien


Geogemma barossii, ursprünglich als Stamm 121 bezeichnet, kann bei 121 °C mit einer optimalen Wachstumstemperatur von 103 °C überleben und sich vermehren. Es ist jedoch kein Bakterium, sondern ein Mitglied der Archaea-Domäne.


Extremophile und extreme Umgebungen

In den letzten Jahrzehnten waren Wissenschaftler von den faszinierenden Organismen fasziniert, die in extremen Umgebungen leben. Solche Organismen, bekannt als Extremophile, gedeihen in Lebensräumen, die für andere terrestrische Lebensformen unerträglich feindlich oder sogar tödlich sind. Sie gedeihen in extrem heißen Nischen, Eis und Salzlösungen sowie unter sauren und alkalischen Bedingungen, von denen einige in giftigen Abfällen, organischen Lösungsmitteln, Schwermetallen oder in mehreren anderen Lebensräumen wachsen können, die zuvor als lebensfeindlich galten. Extremophile wurden in Tiefen von 6,7 km in der Erdkruste gefunden, mehr als 10 km tief im Ozean, bei Drücken von bis zu 110 MPa von extremer Säure (pH 0) bis zu extremen basischen Bedingungen (pH 12,8) und von hydrothermalen Quellen bei 122 ଌ zu gefrorenem Meerwasser, bei � ଌ. Für jede untersuchte extreme Umweltbedingung hat eine Vielzahl von Organismen gezeigt, dass sie diese Bedingungen nicht nur vertragen, sondern oft auch zum Überleben benötigen.

Sie werden nach den Bedingungen, unter denen sie wachsen, eingeteilt: Als thermophile und hyperthermophile (bei hohen bzw basische pH-Werte), Barophile (Organismen, die am besten unter Druck wachsen) und Halophile (Organismen, die NaCl zum Wachstum benötigen). Darüber hinaus sind diese Organismen normalerweise polyextremophil und an das Leben in Habitaten angepasst, in denen verschiedene physikalisch-chemische Parameter extreme Werte erreichen. Zum Beispiel sind viele heiße Quellen gleichzeitig sauer oder alkalisch, und die Tiefsee ist normalerweise reich an Metallen.

Extremophile können in zwei große Kategorien eingeteilt werden: extremophile Organismen, die für ihr Wachstum eine oder mehrere extreme Bedingungen benötigen, und extremotolerante Organismen, die extreme Werte eines oder mehrerer physikalisch-chemischer Parameter tolerieren können, obwohl sie unter “normalen” Bedingungen optimal wachsen.

Extremophile umfassen Mitglieder aller drei Lebensbereiche, d.h., Bakterien, Archaeen und Eukarya. Die meisten Extremophilen sind Mikroorganismen (und ein hoher Anteil davon sind Archaeen), aber zu dieser Gruppe gehören auch Eukaryoten wie Protisten (z. B. Algen, Pilze und Protozoen) und vielzellige Organismen.

Archaea ist die Hauptgruppe, die in extremen Umgebungen gedeiht. Obwohl Mitglieder dieser Gruppe im Allgemeinen weniger vielseitig sind als Bakterien und Eukaryoten, sind sie im Allgemeinen sehr geschickt in der Anpassung an verschiedene extreme Bedingungen und halten häufig Extremophilie-Rekorde. Einige Archaeen gehören zu den hyperthermophilen, acidophilen, alkaliphilen und halophilen Mikroorganismen, die bekannt sind. Zum Beispiel die Archaeen Methanopyrus kandleri Stamm 116 wächst bei 122 °C (252 °F, die höchste gemessene Temperatur), während die Gattung Picrophilus (z.B., Picrophilus torridus) umfassen die derzeit am stärksten acidophilen Organismen mit der Fähigkeit, bei einem pH-Wert von 0,06 zu wachsen.

Unter den Bakterien sind die Cyanobakterien die am besten an verschiedene extreme Bedingungen angepasste Gruppe. Sie bilden oft mikrobielle Matten mit anderen Bakterien, vom antarktischen Eis bis hin zu kontinentalen heißen Quellen. Cyanobakterien können sich auch in hypersalinen und alkalischen Seen entwickeln, hohe Metallkonzentrationen unterstützen und xerophile Bedingungen tolerieren (d.h., geringe Verfügbarkeit von Wasser), die in Wüstenregionen endolithische Gemeinschaften bilden. Cyanobakterien werden jedoch selten in sauren Umgebungen bei pH-Werten unter 5𠄶 gefunden.

Unter den Eukaryoten sind Pilze (allein oder in Symbiose mit Cyanobakterien oder algenbildenden Flechten) die vielseitigste und ökologisch erfolgreichste phylogenetische Linie. Mit Ausnahme der Hyperthermophilie passen sie sich gut an extreme Umgebungen an. Pilze leben in sauren und metallangereicherten Gewässern aus Bergbauregionen, alkalischen Bedingungen, heißen und kalten Wüsten, der Tiefsee und in hypersalinen Regionen wie dem Toten Meer. Nichtsdestotrotz ist das Bärtierchen, ein mikroskopisch kleines Wirbelloses, in Bezug auf die hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Bedingungen eines der beeindruckendsten eukaryotischen Polyextremophilen. Bärtierchen können in einen Winterschlafmodus gehen, den sogenannten Tun-Zustand, wobei sie Temperaturen von � ଌ (1 ଌ über dem absoluten Nullpunkt!) von 6.000 atm sowie Röntgen- und Gammastrahlen. Darüber hinaus zeigen sogar aktive Bärtierchen Toleranz gegenüber einigen extremen Umgebungen wie extrem niedrigen Temperaturen und hohen Strahlendosen.

Im Allgemeinen ist die phylogenetische Diversität von Extremophilen hoch und sehr komplex zu untersuchen. Einige Ordnungen oder Gattungen enthalten nur Extremophile, während andere Ordnungen oder Gattungen sowohl Extremophile als auch Nicht-Extremophile enthalten. Interessanterweise können Extremophile, die an die gleichen extremen Bedingungen angepasst sind, im phylogenetischen Baum des Lebens breit gestreut sein. Dies ist bei verschiedenen Psychrophilen oder Barophilen der Fall, deren Mitglieder in den drei Lebensbereichen verstreut zu finden sind. Es gibt auch Gruppen von Organismen, die derselben phylogenetischen Familie angehören, die sich an sehr unterschiedliche extreme oder mäßig extreme Bedingungen angepasst haben.

In den letzten Jahrzehnten hat die schnelle Entwicklung molekularbiologischer Techniken zu bedeutenden Fortschritten auf diesem Gebiet geführt, die es uns ermöglichen, faszinierende Fragen zur Natur von Extremophilen mit beispielloser Präzision zu untersuchen. Insbesondere neue Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierungstechnologien haben die Erforschung der extremen Mikrobiologie revolutioniert und mikrobielle Ökosysteme mit unerwartet hoher Vielfalt und Komplexität aufgedeckt. Dennoch ist eine gründliche Kenntnis der Physiologie von Organismen in Kultur zur Ergänzung genomischer oder transkriptomischer Studien unerlässlich und kann durch keinen anderen Ansatz ersetzt werden. Folglich kann die Kombination aus verbesserten traditionellen Methoden der Isolierung/Kultivierung und modernen kulturunabhängigen Techniken als der beste Ansatz für ein besseres Verständnis davon angesehen werden, wie Mikroorganismen in solch extremen Umgebungen überleben und funktionieren.

Basierend auf solchen technologischen Fortschritten hat die Erforschung von Extremophilen in den letzten Jahren bahnbrechende Entdeckungen geliefert, die die Paradigmen der modernen Biologie in Frage stellen und uns dazu bringen, faszinierende Fragen wie “was ist das Leben?”, ”, “ neu zu überdenken. x0201cWas sind die Grenzen des Lebens?” und “was sind die grundlegenden Merkmale des Lebens?”. Diese Erkenntnisse haben das Studium des Lebens in extremen Umgebungen zu einem der spannendsten Forschungsgebiete gemacht und können uns viel über die Grundlagen des Lebens sagen.

Die Mechanismen, mit denen sich verschiedene Organismen an extreme Umgebungen anpassen, bieten eine einzigartige Perspektive auf die grundlegenden Eigenschaften biologischer Prozesse, wie die biochemischen Grenzen der makromolekularen Stabilität und die genetischen Anweisungen zum Aufbau von Makromolekülen, die sich unter einer oder mehreren extremen Bedingungen stabilisieren. Diese Organismen weisen eine breite und vielseitige metabolische Vielfalt auf, gepaart mit außergewöhnlichen physiologischen Fähigkeiten, extreme Umgebungen zu besiedeln. Neben dem bekannten Stoffwechselweg der Photosynthese besitzen Extremophile Stoffwechselvorgänge, die auf Methan, Schwefel und sogar Eisen basieren.

Obwohl die zum Überleben in solchen Umgebungen verwendeten molekularen Strategien noch nicht vollständig geklärt sind, ist bekannt, dass diese Organismen angepasste Biomoleküle und besondere biochemische Wege haben, die für biotechnologische Zwecke von großem Interesse sind. Ihre Stabilität und Aktivität unter extremen Bedingungen machen sie zu nützlichen Alternativen zu labilen mesophilen Molekülen. Dies gilt insbesondere für ihre Enzyme, die unter extremen Temperatur-, Salzgehalt-, pH- und Lösungsmittelbedingungen katalytisch aktiv bleiben. Interessanterweise zeigen einige dieser Enzyme Polyextremophilie (d.h., Stabilität und Aktivität unter mehr als einer Extrembedingung), die ihren breiten Einsatz in der industriellen Biotechnologie ermöglichen.

Aus evolutionärer und phylogenetischer Sicht ist eine wichtige Errungenschaft, die aus Studien mit Extremophilen hervorgegangen ist, dass einige dieser Organismen einen Cluster auf der Basis des Baumes des Lebens bilden. Viele Extremophile, insbesondere die Hyperthermophilen, liegen in der Nähe des “universalen Vorfahren” aller Organismen auf der Erde. Aus diesem Grund sind Extremophile für evolutionäre Studien über die Ursprünge des Lebens von entscheidender Bedeutung. Es ist auch wichtig darauf hinzuweisen, dass die dritte Domäne des Lebens, die Archaeen, teilweise aufgrund der ersten Studien an Extremophilen entdeckt wurde, mit tiefgreifenden Konsequenzen für die Evolutionsbiologie.

Darüber hinaus ist die Untersuchung extremer Umgebungen zu einem zentralen Forschungsgebiet der Astrobiologie geworden. Das Verständnis der Biologie von Extremophilen und ihren Ökosystemen ermöglicht die Entwicklung von Hypothesen über die Bedingungen, die für die Entstehung und Entwicklung von Leben anderswo im Universum erforderlich sind. Folglich können Extremophile als Modellorganismen betrachtet werden, wenn die Existenz außerirdischen Lebens auf Planeten und Monden des Sonnensystems und darüber hinaus erforscht wird. Zum Beispiel könnten die Mikroorganismen, die in Eisbohrkernen aus der Tiefe des Wostok-Sees und anderer mehrjährig subglazialer Seen der Antarktis entdeckt wurden, als Modelle für die Suche nach Leben im Jupitermond Europa dienen. Mikrobielle Ökosysteme, die in extremen Umgebungen wie der Atacama-Wüste, den antarktischen Trockentälern und dem Rio Tinto gefunden werden, können potentiellen Lebensformen entsprechen, die an die Bedingungen des Mars angepasst sind. Ebenso können hyperthermophile Mikroorganismen, die in heißen Quellen, hydrothermalen Quellen und anderen durch vulkanische Aktivität erhitzten Orten in terrestrischen oder marinen Gebieten vorkommen, potentiellen Lebensformen ähneln, die in anderen außerirdischen Umgebungen existieren. Die Einführung neuartiger Techniken wie der Raman-Spektroskopie in die Suche nach Lebenszeichen unter Verwendung extremophiler Organismen als Modelle hat in letzter Zeit weitere Perspektiven eröffnet, die in der Astrobiologie sehr nützlich sein könnten.

Mit diesen bahnbrechenden Entdeckungen und jüngsten Fortschritten in der Welt der Exthemophilen, die tiefgreifende Auswirkungen auf verschiedene Zweige der Lebenswissenschaften haben, ist unser Wissen über die Biosphäre gewachsen und die mutmaßlichen Grenzen des Lebens haben sich erweitert. Trotz der jüngsten Fortschritte stehen wir jedoch erst am Anfang der Erforschung und Charakterisierung der Welt der Extremophilen. Diese Sonderausgabe diskutiert verschiedene Aspekte dieser faszinierenden Organismen und erforscht ihre Lebensräume, Biodiversität, Ökologie, Evolution, Genetik, Biochemie und biotechnologischen Anwendungen in einer Sammlung spannender Übersichten und Originalartikel von führenden Experten und Forschungsgruppen auf diesem Gebiet. Ich bedanke mich bei den Autoren und Co-Autoren für die Einsendung so interessanter Beiträge. Ebenso danke ich der Redaktion und zahlreichen Gutachtern für ihre wertvolle Unterstützung bei der Begutachtung der Manuskripte.


Welches sind die extremsten thermophilen Bakterien, die wir kennen? - Biologie

Artikelübersicht:

"Extremophil" ist ein Begriff, der sich auf Bakterien bezieht, die in extrem rauen Umgebungen wachsen und überleben können, verglichen mit Umgebungen, die als günstig für das Wachstum von Bakterien bezeichnet werden. Organismen wurden in den vulkanischen Mündungen, in der Kälte der antarktischen und arktischen Regionen, auf dem Meeresgrund, in hydrothermalen Tiefseeschloten, in sehr trockenen Umgebungen, anorganischen Umgebungen wie Säure, Alkali und Salz entdeckt, die für die meisten Leben schädlich sind Formen, in Umgebungen mit tödlicher ionisierender Strahlung und auch in Gesteinen, die sich weit ins Erdinnere erstrecken. Erst in den 1970er Jahren wurden diese Organismen erkannt. Thermophile waren die ersten entdeckten Extremophile. Die Domäne Archaea besteht aus Extremophilen und viele Eukaryoten leben auch in solch rauen Umgebungen. Es gibt auch einen Wohlstand von Organismen und einzigartigen lebenden Organismen, die als Röhrenwürmer bekannt sind und um hydrothermale Quellen der Tiefsee wachsen. Diese Organismen werden aufrechterhalten, ohne Energie von der Sonne zu erhalten. Die Entdeckung von Extremophilen hat die Spekulationen über die Chancen für bakterielles Leben auf Planeten wie Mars, Europa (Jupitermond) und anderen Sternkörpern erhöht.

Die beispiellosen Enzyme "Extremoenzyme", die von den Extremophilen verwendet werden, um ihre biochemischen Prozesse in rauen Umgebungen durchzuführen, sind in biotechnologischen Prozessen nützlich. Die Eigenschaft der Enzyme, unter harten Bedingungen zu überleben, wie die Fähigkeit, bei sehr hohem Druck und hoher Temperatur zu funktionieren, sind wichtige Werkzeuge in der biotechnologischen Forschung. Ein beliebtes Beispiel ist das sogenannte Taq-Polymerase-Enzym, das aus dem extremophilen Thermus aquaticus isoliert wurde und ein wesentlicher Bestandteil der PCR-Technik (Polymerase-Kettenreaktion) ist, die radikale Veränderungen in der Biotechnologie bewirkt hat. Und die außergewöhnlichste Mikrobe Deinococcus radiodurans ist in der Lage, hohe Mengen an tödlicher ionisierender Strahlung zu widerstehen.

Extremophile ist eine Kombination aus dem Suffix 'phile', was 'Liebhaber von' bedeutet, und einem Präfix, das für ihre Umgebungen spezifisch ist. Einige Kategorien von Extremophilen umfassen:

&bull Acidophiles - Organismen, die in sauren Umgebungen leben. Sie befinden sich normalerweise in der Nähe von geothermischen Quellen, die aktiv sind und deren pH-Wert unter 5 liegt, was sauer ist. Sie treten auch an kontaminierten Orten auf, an denen Bergbau oder industrielle Aktivitäten saure Abfälle hinterlassen haben.
&bull Alkaliphile - Organismen, die in typisch alkalischen Umgebungen leben, in denen der Boden reich an Karbonat mit einem pH-Wert von über neun ist. Die Enzyme, die in einem so hohen alkalischen Zustand funktionieren, werden von Waschmittelherstellern untersucht, die bei alkalischem pH arbeiten.
&bull Halophile - salzliebende Organismen oder Bakterien wie Halobactreium salinarum wachsen in Umgebungen, in denen die Na-Konzentration sehr hoch ist, wie im Toten Meer oder im Großen Salzsee.
&bull Thermophiles - Organismen, die bei hohen Temperaturen von 80 ° C (177 ° F) leben, wie in heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks, Black Smokers usw.
&bull Psychrophile - diese Organismen sind Organismen, die bei sehr niedrigen Temperaturen leben. Polaromonas vacuolata hat beispielsweise ein maximales Wachstum bei 4 ° C (39,2 ° F), was knapp über dem Eispunkt des Wassers liegt. Aufgrund dieser einzigartigen Überlebensfähigkeit werden diese Bakterien in enzymatischen Prozessen, die nahe dem Gefrierpunkt arbeiten, und auch industriell in Kaltwaschmaschinen eingesetzt.
&bull Endolithen - Organismen, die in den Felsen leben und anaerobe Atmung durchführen.
&bull Xerophile -Organismen, die bei sehr geringer Wasseraktivität, wie in harten Wüsten, wachsen können.
&bull Barophile (Piezophile) - Organismen, die unter hohem hydrostatischen Druck wie in sehr tiefen terrestrischen Oberflächen und ozeanischen Gräben leben.
&bull Methanogene - Organismen, die Methan aus der Reaktion zwischen Wasserstoff und Kohlendioxid produzieren.
&bull Metallotolarent - Organismen, die in der Lage sind, hohen Mengen an gelösten toxischen Metallen in Lösung wie Cadmium, Arsen usw. standzuhalten
&bull Oligotroph - Organismen, die unter ernährungsmäßig eingeschränkten Bedingungen wachsen können.
&bull Radioresistent - Organismen, die hohe Mengen an giftigen und tödlichen ionisierenden Strahlungen überleben können.

Diese fantastischen Organismen überleben nicht nur in diesen rauen, brutalen Umgebungen, sie entwickeln, vermehren sich und gedeihen in extremen Umgebungen am besten als an jedem anderen Ort. Sie zeigen Merkmale zwischen Bakterien und Eukaryoten. Das Studium der extremen Umgebungen und der Organismen, die in diesen Umgebungen leben, hat für uns einen enormen Wert. Die Erforschung extremer Umgebungen ist notwendig, um die Biologie zu verstehen, aber auch für die Suche nach Lebensspuren auf anderen Planeten. Das Studium von Extremophilen hilft uns, die Evolution zu kennen, die der Evolutionsprozess ist, und die primitive Erde zu studieren, da der frühe Planet ein extremer Lebensraum war. Die Untersuchung von Extremophilen ist auch ein wichtiger Bestandteil der Astrobiologie und ihre Enzyme finden zahlreiche kommerzielle Anwendungen.

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Unkonventioneller lateraler Gentransfer bei extrem thermophilen Bakterien

Konjugation und natürliche Kompetenz sind zwei Hauptmechanismen, die den Erwerb fremder Gene während der bakteriellen Evolution erklären. In den letzten Jahrzehnten haben mehrere Studien an Modellorganismen die Schritte solcher Prozesse sehr detailliert aufgeklärt. Die Ergebnisse unterstützen die Idee, dass die Hauptgrundlage dieser Mechanismen bei allen Bakterien im Wesentlichen ähnlich ist. Neuere Arbeiten haben jedoch die Existenz neuer, evolutionär unterschiedlicher Prozesse aufgezeigt, die dem lateralen Gentransfer zugrunde liegen. In Thermus thermophilus HB27 werden mindestens 16 Proteine ​​für die Aktivität eines der effizientesten bisher bekannten natürlichen Kompetenzsysteme benötigt. Viele dieser Proteine ​​haben keine Ähnlichkeit mit Proteinen, die in anderen bekannten Modellen an der natürlichen Kompetenz beteiligt sind. Dieses ungewöhnliche Kompetenzsystem ist in Verbindung mit dem Chromosom in allen anderen Thermus spp. Genome, die bisher verfügbar sind, und ist sogar in Stämmen aus isolierten Umgebungen, wie z. B. tiefen Minen, funktionsfähig. Eine Konjugation ist auch zwischen Thermus spp. möglich. Homologe zu Proteinen, die an der Konjugation in Modellbakterien beteiligt sind, sind im Genom eines kürzlich sequenzierten Stamms von Thermus thermophilus kodiert und werden von anderen Mitgliedern der Gattung geteilt. Dennoch deutet ein prozessiver DNA-Transfer in Ermangelung eines funktionellen natürlichen Kompetenzsystems in Stämmen, in denen keine konjugationshomologen Gene gefunden werden können, auf die Existenz eines zusätzlichen und unkonventionellen Konjugationsmechanismus in diesen Bakterien hin.


Basenverzerrungen thermophiler Genome

Die Genomstruktur von Thermophilen gilt als stabiler als die von Mesophilen. Obwohl die Gehalte an Guanin (G) und Cytosin (C) im Genom wichtige Indikatoren für die DNA-Stabilität sind, wurden groß angelegte Genomvergleiche zwischen Thermophilen und Mesophilen durchgeführt, um die Unterschiede in der Nukleinsäurezusammensetzung zu bewerten. Der GC-Gehalt einiger Thermophile unterscheidet sich von dem von Mesophilen, wie z Thermophilus ATCC 33923 mit einem GC-Gehalt von 69,41 % (38), Geoobacillus kaustophilus mit 52,1% (75) und Thermos sp. Stamm CCB_US3_UF1 mit 68,6% (76). Muston et al. stellten daher die Hypothese auf, dass ein hoher GC-Gehalt zur Thermostabilität des Genoms beiträgt und mit dem OGT korreliert (57, 58). Darüber hinaus wurde berichtet, dass tRNAs und rRNAs, die Translationsmaschinerie einiger thermophiler Organismen, ebenfalls hohe GC-Gehalte aufweisen (5, 6, 70, 83). Einige Forscher haben jedoch argumentiert, dass einige Mikroben unterschiedliche OGTs haben, aber ähnliche und sogar niedrigere GC-Gehalte aufweisen, wie z Caldicellulosiruptor hydrothermalis mit nur 35 % GC bei einer OGT von 70 °C (12). Daher scheint die GC-Zusammensetzung unabhängig von der Thermophilie zu sein, zumindest nicht für alle Thermophilen (6, 70, 82, 90). Andererseits wird ein signifikant hoher AG-Gehalt in mRNAs als selektive Antwort auf das Überleben unter Thermophilen beobachtet. Im Vergleich zu mesophilen Spezies wiesen thermophile mRNAs eine Anreicherung von Purinen und Purinclustern mit signifikant hohen Purin/Pyrimidin-Verhältnissen auf, die insbesondere auf die Gene ausgerichtet waren, die zentrale Elemente der Transkriptions- und Translationsmaschinerie kodieren, wie ribosomale Protein- und histonähnliche Proteingene (7, 63). Die Korrelation von Puringehalt und OGT fehlt jedoch einer weiteren Bestätigung (52). Daher ist es sicher, dass der Basen-Bias zur Thermophilie beiträgt, aber die Korrelation zwischen dem Basen-Bias und der Thermophilie sollte unter Verwendung weiterer Faktoren wie der Wachstumsumgebung und der grampositiven oder -negativen Eigenschaften der Bakterien bewertet werden.

Das Muster der Verwendung synonymer Codons in proteincodierenden Sequenzen ist ein weiteres wichtiges Merkmal bei der Bewertung der genomischen Struktur thermophiler Spezies. Die synonyme Codonverwendung bei Thermophilen unterscheidet sich von der mesophiler Spezies, hauptsächlich in Arginin- und Isoleucin-Codons, bei denen Thermophile häufiger die AGG-, ATA- und AGA-Codons verwenden und CGT und CGA vermeiden (36, 49, 51, 74). Die umfassende genomische Bewertung von Nukleotidkombinationen legt nahe, dass A und G in thermophilen Genomen mit hoher Häufigkeit als nächste Nachbarn auftreten (90). Basaket al. postulierten, dass die Bias-Nutzung von Codons möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass die Codon-Anticodon-Wechselwirkungsenergie auf einer mittleren Stärke gehalten wird, so dass der Translationsprozess reibungslos ablaufen kann (8). Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass die synonymen Codon-Verwendungen direkt mit der OGT der kodierten Enzymaktivität zusammenhängen (48). Es wird daher angenommen, dass die Unterschiede in der Verwendung synonymer Codons in Thermophilen wichtige Faktoren sind, die stark mit dem selektiven Druck der Wachstumstemperatur verbunden sind.

Offensichtlich wirken sich die Basenverzerrungen direkt auf die Variationen des Aminosäureverbrauchs in Proteinen aus. Die Analysen der Proteine ​​thermophiler Organismen legen nahe, dass die Aminosäurezusammensetzung in den Proteomen von Thermophilen von denen von Mesophilen unterscheidbar ist. Obwohl die Diskussion über einige Beobachtungen allgemein akzeptiert wird, wie eine Zunahme der Häufigkeit geladener Reste (Glu, Arg und Lys), eine Abnahme der Häufigkeit polarer ungeladener Reste (Asn, Gln, Ser und Thr), eine Abnahme die Häufigkeit thermolabiler Aminosäuren (His, Gln und Thr) und eine Erhöhung des (Glu + Lys)/(Gln + His)-Verhältnisses bei Thermophilen (27, 43, 74, 77). Außerdem haben Zeldovich et al. behaupteten, dass die Aminosäuresequenz IVYWREL als universelle proteomische Signatur thermophiler Eigenschaften für prokaryontische Mikroorganismen dienen könnte (90). Die spezielle Verwendung von Aminosäuren wird daher als Strategie zur Thermoadaptation begründet.


Yellowstone: Leben, Literatur und die Verfolgung von Thermophilen

Während eines heißen Sommers vor etwas mehr als einem Jahrhundert das große Feuer von 1910 rissen in Montana und Idaho über 3 Millionen Morgen Land durch und brannten es nieder, wobei 86 Menschen auf ihrem Weg ums Leben kamen. Vermischt mit der natürlichen Abneigung der Menschen gegen große Brände nährte das Große Feuer die Ideologie, dass alle Waldbrände im Westen gestoppt werden müssen. Die Förster des Landwirtschaftsministeriums haben eine Null-Toleranz-Politik gegenüber Bränden entwickelt.

Die Ethik von Smokey the Bear war geboren!

Diese totale Intoleranz gegenüber Bränden hatte jedoch ihren Preis. Im Sommer 1988 brannte ein Supersturm aus Feuer 800.000 Hektar des Yellowstone-Nationalparks nieder. Aufgrund der Brandbekämpfungsmaßnahmen im 20. Jahrhundert hatte sich in der gesamten Snake River Plain eine dicke Schicht toten, organischen Materials angesammelt, was zu einem Brandkomplex führte, der so intensiv war, dass sogar die Pflanzen, die von Natur aus gegen normale Brände resistent waren, zu Tode verbrannt wurden. Das Yellowstone Fire ermutigte Naturschützer und Waldökologen, die Idee zu untersuchen, dass andere Teile des Ökosystems möglicherweise nicht gedeihen, nur weil Menschen in den extremen Umgebungen von Feuer nicht gedeihen. Zum einen verhindern häufige Brände geringer Intensität „Superbrände“, indem sie das tote Material, das sich auf dem Waldboden ansammelt, verbrennen. Darüber hinaus gibt es ganze, „feuerfolgende“ Organismengemeinschaften, die gedeihen nur nach einem Brand. Wenn wir Brände unterdrücken, unterdrücken wir auch diese Gemeinschaften nach dem Feuer.

Foto: Yellowstone-Nationalpark, National Park Service

Wenn ein Feuer durchbricht und anscheinend alles in seinem Weg zerstört, passiert etwas Schönes – oft in nur zwei bis drei Tagen. Bärengras taucht schnell wieder auf und wird schließlich bis zu sechs Fuß groß. In der nächsten Saison bedeckt eine üppige Verbreitung von Wildblumen, die seit dem letzten Feuer ruhen, den Waldboden. Die extreme Brandumgebung kommt einer ganzen Gemeinschaft zugute, von der wir normalerweise nicht einmal wissen, dass sie existiert. Der Mensch hingegen nicht profitieren von Feuer und anderen extremen Umgebungen, daher braucht es ein wenig Umdenken, um einen Organismus zu konzipieren, der etwas so Tödliches für uns lieben kann.

Zu den extremsten Umgebungen der Erde gehören die heißen Quellen von Yellowstone. Da Menschen dazu neigen, die Fähigkeit des Lebens, in extremen Umgebungen zu existieren, zu unterschätzen, galten diese heißen Quellen als zu hart für das Leben. Sogar Mikrobiologen der 1960er Jahre akzeptierten allgemein, dass Bakterien (oder irgendetwas anderes) bei extremen Temperaturen nicht leben können.

Dies änderte sich jedoch mit einem Urlaubsbesuch im Yellowstone im Jahr 1965 von Dr. Thomas Brock, einem Mikrobiologen an der Indiana University. Er war von den Farben der heißen Quellen von Yellowstone vernarrt und überzeugte sich davon, dass die rosa gallertartigen Massen in den Quellen biologisch waren – dass die üblichen Grenzen des Lebens falsch waren. Dann legte er einen Objektträger in eine heiße Quelle, beobachtete, wie diese Mikroben sich festsetzten und wuchsen, und nahm das, was er gefunden hatte, mit in sein Labor, um mit der Züchtung der ersten Kulturen thermophiler Bakterien in der Mikrobiologie zu beginnen.

Foto: http://www.afanporsaber.es/wp-content/gallery/misc/Brock%20recogiendo%20muestras.jpg

Heute – fast 50 Jahre nach Brocks erster Reise nach Yellowstone – widmet sich das Thermal Biology Institute, eine Organisation der Montana State University, der Untersuchung der im Yellowstone gefundenen Thermophilen. Basierend auf früheren Erkenntnissen glaubt das Thermal Biology Institute, dass diese Mikroben die Schlüssel für unseren Fortschritt in allen Bereichen von alternativer Energie über Medizin bis hin zu Landwirtschaft sind.

Eine von Brock kultivierte Bakterienart aus dem Lower Geyser Basin, später genannt Thermus aquaticus, wurde die bekannteste Art, die bei solch extremen Temperaturen lebt. Am wichtigsten für die Biotechnologie ist, dass diese Spezies ein hoch thermostabiles DNA-Polymerase-Enzym verwendet, um ihre DNA bei extrem hohen Temperaturen zu kopieren. Dieses Enzym aus T. aquaticus führte zu einer einfachen, vereinfachten Version einer äußerst wichtigen Reaktion in der Molekulartechnologie – der Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Das PCR-Verfahren ermöglicht Forschern und Studenten auf der ganzen Welt die problemlose Vervielfältigung jedes gezielten DNA-Segments in großen Mengen und wird in allen Bereichen der Biologie und Biotechnologie weit verbreitet eingesetzt. So ein rosa Schimmer in einer Dampflache und die Ablehnung eines Mikrobiologen gegenüber dem, was bereits „bekannt“ führte zu einem Prozess, der immer noch an der Spitze der Forschung in der Biotechnologie steht.

In der extremen Hitze des Death Valley Nationalparks ist eine der häufigsten Fragen, die den Rangern von Besuchern gestellt wird: kann da draußen irgendwas leben? Nicht leicht, zumindest aus menschlicher Sicht! Es stellt sich heraus, dass viele biologische Gemeinschaften im Death Valley sowohl durch die Hitze herausgefordert werden und geochemische Stressoren (wie hohe Konzentrationen von Salz, Kupfer, Blei, Zinn und anderen Metallen). Wir haben kürzlich eines unserer Features (ursprünglich veröffentlicht letzten März), das erklärte, wie Bakteriengemeinschaften im Death Valley, die in geochemischen Stressoren gedeihen, Wissenschaftlern helfen könnten, Leben auf anderen Planeten (insbesondere auf dem Mars) zu finden. Forscher untersuchen die Spuren organischer Moleküle, die diese Mikroben hinterlassen, die oft als „Signaturen des Lebens“ bezeichnet werden. Zum Beispiel produzieren Bakterien in dem geochemisch gestressten Badwater-Pool im Death Valley (auf 802 Fuß unter dem Meeresspiegel) eine Verbindung namens Rosickyit, das ein Zielmolekül bei der Suche nach Leben auf anderen Planeten sein könnte. Wenn das Leben nicht nur tolerieren kann, sondern gedeihen in den extremen Umgebungen des Death Valley und der Yellowstone Caldera, wo (wenn überhaupt) sollten wir aufhören, nach Lebenszeichen zu suchen?

Es wird vermutet, dass die Monde des Jupiter (Ganymede, Europa und Calisto), obwohl sie sehr, sehr kalt sind, flüssiges Wasser und Leben haben könnten – möglicherweise sehr ähnlich den Extremophilen, die Yellowstone bewohnen – unter der eisigen Oberfläche.

Während der Bison, der Grizzlybär und der Wolf gängige Symbole des Yellowstone-Nationalparks sind, erinnern sich Besucher oft nicht daran, dass sie diese großen Säugetiere gesehen haben, sondern endlos lange auf wunderschöne, bunte heiße Quellen starren. Geysire oder sogar riesige Skelette geschwärzter Wälder, die an unsere sich ändernde Feuerpolitik erinnern. Schauen Sie über das hinaus, was wir zu wissen glauben, nicht nur unter die Oberfläche, sondern denken Sie auch daran, zu den Sternen zu schauen, denn, wie Dr. Thomas Brock festgestellt hat, gedeiht das Leben oft dort, wo wir es am wenigsten erwarten.

Einige häufige Meeresarten und ihre jeweiligen bevorzugten Umgebungen:

Daten: „Klimasensitivität in marinen Lebensbereichen: Grenzen der evolutionären Anpassung formen Interaktionen zwischen Arten“ Storch et al.


Wachstumstemperaturen untersuchen

Forscher möchten oft die optimale Wachstumstemperatur und den Temperaturbereich neu entdeckter Bakterien bestimmen. Dies wird erreicht, indem ein Bakterienstamm auf mehreren Platten angeimpft wird und jede Platte bei einer anderen Temperatur für einen festgelegten Zeitraum inkubiert wird. Am Ende dieser Inkubation wird die Anzahl der Bakterienkolonien auf jeder Platte gezählt. Die Platte mit den meisten Kolonien stellt die optimale Wachstumstemperatur dar, während Platten ohne Kolonien Temperaturen über oder unter dem Temperaturbereich des Bakterienstamms darstellen.


Definition von Thermophilen

Lassen Sie uns genau definieren, was Thermophile sind. Mit diesem Namen wird normalerweise auf Organismen hingewiesen, die leben können bei hohen Temperaturen . Als Anhaltspunkt werden im Allgemeinen diejenigen Lebewesen genommen, die oberhalb von 45 Grad Celsius problemlos überleben können. Es ist erwähnenswert, dass einige dieser Lebewesen sogar in Umgebungen von bis zu 75 Grad Celsius und sogar über 100 Grad leben.

Es kommt vor, dass Lebewesen, die sehr hohen Temperaturen standhalten, zu einer biologischen Kategorie namens . gehören Extremophile . Letztere gliedern sich wie folgt:

  • xerophite: they are the organisms that can live with very little amount of water, being also called xerophite (this appellative usually is in Botany). They are the ones found in the deserts. There are several bacteria that fit this classification. Also, there are plants that endure long and intense droughts, being located in this category.
  • Acidophiles or acidophilic : here they are placed alive beings that manage to survive in sites of great acidity, being an example in this respect the organisms of eukaryotic type. They are rare, although used in various industries as they manage to eliminate other bacteria and prevent their spread.
  • Barophiles: they are living beings that live and thrive in places of very high pressure. This type of organisms are those that inhabit the deepest pits of the oceans, as for example the Marianas in the Pacific Ocean. It must be said that these types of living beings manage to withstand very strong pressures, which is why they are very resistant.
  • Halophiles: are the organisms that live in environments of enormous salinity. Some examples are the bacteria that develop in the Dead Sea, as well as some crops obtained in salt production sites. They also tend to withstand long periods without the need for water. Sometimes, they combine with the room to eliminate harmful bacteria.
  • Oligotrophs: is a very generic name, used both in biology and in botany. It refers to beings that manage to live with very little amount of food. They are small in size, they can also survive in the absence of oxygen.
  • Cryptoendoliths: they are the organisms that live to enormous depths in the Earth. Some cases have been found at 2,700 meters depth, even between rocks and high temperatures. Also, they do not usually require a large amount of food.
  • Psychrophiles: is the name given to living beings that develop at very low temperatures, which survive the most hostile winters or in places such as the north and south poles. There are registered cases of bacteria that survive at about -30 ° without major inconveniences, this being the type of environment in which they inhabit recurrently.Finally, we want to indicate that thermophiles are just the opposite of Psychrophiles . The living beings that endure extreme and high temperatures in turn are subdivided into two categories. These are the ones we indicate below:
    • The simple thermophiles: this category includes living beings with the capacity to live in thermal ranges that range between 45 and 75 degrees Celsius.
    • Hyperthermophilic: are living beings living in environments that exceed 75 degrees Celsius. There have been cases of bacteria that live up to 120 degrees. These are usually found in nature in places like geysers and volcanoes.

    With all this information, and our readers have an idea about this topic. However, we want to give you more data. Therefore, we invite you to read the paragraphs below. In these segments of the present text, we are going to talk about thermophilic bacteria in foods. Also, the case of the so-called thermophilic forests .


    Biology: critters that should not exist!

    Astronomers have just discovered two Earth-size, rocky planets around a nearby star. Though the planets are way too broilsome for life, they suggest that steady improvements in telescope technology has made the discovery of habitable planets just a matter of time.

    But as astrobiologists continue to search for life in space, geo-biologists (ok, we coined that) continue to find bizarre life in strange places on Earth: in the dark ocean depths, between grains of sand, and at roasty-toasty temperatures once considered deadly.

    Hot, humid, and totally alive!

    Fifty years ago, nobody believed organisms could survive near the boiling point of water. When Thomas Brock started probing the hot springs in Yellowstone in the 1960s, he was not looking to overthrow a ground rule of biology. Instead, the University of Wisconsin-Madison professor, then at Indiana University, sought to study bacteria in a simplified, real-world environment.

    At the time, and even today, precious little was known about how bacteria live their lives — unless they cause disease.

    As Brock sampled his way up a hot stream, he approached its source in a hot spring, and the water temperature rose steadily.

    At the time, biologists thought life would not tolerate temperatures near 80° C. But Brock kept finding bacteria, so he kept looking. Eventually, he found some that could live and reproduce near the temperature of boiling water — 100° C.

    The prize of his collection was a bacterium he named Thermus aquaticus (for its hot-water habitat) and placed in a public repository for study by other scientists.

    Over the years, T. aquaticus proved interesting indeed. For one thing, it was the first of more than 50 species of thermophilic bacteria known to tolerate or require temperatures near water’s boiling point.

    For another, it was the first of the Archaea (ancient ones), primitive microorganisms that scientists now regard as a separate and highly primitive kingdom of life.

    Deep roots indeed

    Because thermophiles are Archaeans, and prefer the steamy conditions typical of early Earth, many scientists think they may tell us about the origin of life itself.

    To any basic scientist, those contributions would be enough. But because their enzymes work in high temperatures, where chemical reactions are faster, the thermophiles have proven to be extraordinarily useful.

    Today, enzymes derived from thermophiles are used to convert millions of pounds of corn (maize) into sugar to sweeten soft drinks.

    But more important, at least to scientists who don’t guzzle fizzy pop at the lab bench, T. aquaticus supplied TAQ polymerase, the essential enzyme for polymerase chain reaction, AKA PCR.

    PCR is an artificial technique that does what living critters do every day — replicate DNA. But PCR is the rocket ship of replication, since it allows you to multiply a piece of DNA a billion times in a few hours. That produces enough DNA to analyze to your heart’s content — for genetic engineering, biotechnology and forensic purposes.

    PCR depends on TAQ polymerase.

    Aware that PCR and soda pop are both billion-dollar industries, corporations and scientists around the world have frantically searched for other thermophiles that may have equally useful enzymes. They’re looking in odd places — not just hot springs and volcanoes, but also deep-sea vents, hot petroleum-bearing rock, the outflow of geothermal power plants, and smoldering piles of garbage.

    Prowling for glow-in-the-dark squid

    Short for bobtail squid. (Did I mention that I’m a 3-4 centimeter cephalopod, formally Euprymna Scolopes?)

    Anyway, I hang out in shallow waters around Hawaii. Save your crocodile tears — somebody’s got to live in the sunny, tropical ocean. Anyway, here’s my problem: Even though I have 10 tentacles, I don’t have spines, poisons, or any other decent defense.

    So I spend my days burrowed in sand at the ocean bottom, trying to keep out of mischief. Still, a fellow’s got to eat, don’tcha know, so I cruise at night, looking to grab a bite.

    Here’s the snag: All sorts of nocturnal predators seem to have this thing about calamari sushi.

    Light before flashlights

    A long time ago, my ancestors evolved a nifty defense against their big teeth: stealth. Even their tiny squid brains figured out that predators could see them from below, as tasty dark blobs against the bright ocean surface.

    Since this was before flashlights, my relatives had to improvise. So they press-ganged billions of luminescent bacteria into making light for them. The idea was to make us just as bright as the ocean surface — and hence invisible.

    At least, this is how my great-aunt Tentacla tells it. To tell the truth, I think it had more to do with the evolutionary advantage of being hard to see.

    Anyway, my ancestors fed the bacteria, and gave them a home in two specialized light-emitting organs. These “photophores” have a reflective membrane to shine all their light down, toward the hungry predators. They use a diaphragm to control brightness, and even have a lens to spread the light.

    The photophore reminds me of a backwards eye — one that makes light rather than detects it.

    My folks even figured out how to switch the bacteria “on” when needed.

    In return, the bacteria got room and board, in the biological deal they call “symbiosis” or “mutualism.” Sometimes I think people could learn from this cooperative spirit….

    But that’s enough thinking for today. My squid brain is squashed.

    As I burrow into the sand for another daytime nap, permit me to introduce somebody who considers me almost as fascinating as I do.

    Seriously speaking…

    Margaret McFall-Ngai, a biologist at University of Wisconsin-Madison, says the bobtail squid may pretend it’s cooperating in a symbiosis with those light-making bacteria, but the reality is more ominous.

    She says there’s evidence that this may be slavery, not symbiosis, since the squid, “inhibits the growth of the bacteria to enhance their luminescence.” The bacteria, Vibrio fischeri, could make a better living drifting in the ocean, or in the gut of another marine animal, McFall-Ngai observes.

    The concept of bacterial enslavement broadens our perspective on the many possible relationships in the living world.

    Most people, if they think about bacteria at all, conjure up disease and decay, but people would be dead without bacteria, since the little critters play essential roles in producing vitamins and preventing disease.

    Since the bacteria in our guts vastly outnumber the cells in our bodies, it helps that they’re helpful!

    Nevertheless, and for understandable reasons, bacteriologists have traditionally focused on disease-causing organisms, and, for simplicity, on one species at a time. But that skews our view of how bacteria actually live, says McFall-Ngai.

    Three cheers for complexity!

    Complexity and subtlety may be the hallmarks of these interactions, and the complexity begins by recognizing that V. fischeri is closely related to V. cholerae, which causes the human intestinal disease, cholera.

    Cholera is caused by a V. cholera toxin similar to a toxin produced by the light-emitting bacterium. But far from harming the poor little bobtail, that toxin signals it to secrete food for V. fischeri, so the toxin is really a chemical “dinner bell.”

    And this raises the intriguing notion that a cholera bug secretes toxins not to kill its host but to discuss its menu. If so, our whole notion of pathogenesis may need rewriting, McFall-Ngai suggests. “Maybe when we’ve been studying cholera pathogenesis we’ve been studying an aspect of a normal conversation that’s gone wrong.”

    Indeed, the traditional bacteriological view of bacteria as pathogens to be studied in pure culture may be “like trying to understand the complexity of all the cultures that lived in Paris by studying the activity of the Nazi occupiers,” McFall-Ngai suggests. “You are studying groups that don’t belong there, and have disrupted the normal activities.”

    Want more on how the flashlight squid bullies its bacterial brethren?

    Between the grains

    (1996 story, only photos have been updated)

    To zoologist Robert Higgins, small is beautiful. His infatuation with small creatures — “meiofauna” — dates to a student job in a biology lab that paid 35 cents an hour. Instead of quitting for more lucrative work, Higgins was intrigued.

    He’d heard about tiny, amazingly diverse creatures, and put grains of sand and muck through a fine mesh, and used a microscope to find hundreds of organisms.

    Forty-four years later, Higgins has retired from the Smithsonian Institution, but he’s still goggling at meiofauna — a complex group of animals found in most Earthly environments.

    Indeed, a handful of wet sand could contain more biological diversity than a whole rain forest, Higgins says.

    In the course of peering through countless microscopes, Higgins has discovered hundreds of species. With Danish biologist Reinhardt Kristensen, he found an entire phylum, called Loricifera.

    Phyla are the broadest categories of organisms, based on structure, and according to the International Association of Meiobenthologists, “The majority of recognized phyla have meiofaunal representatives. Currently, 20 phyla considered to be meiofaunal from the 34 recognized phyla of the Kingdom Animalia. Out of these 20 phyla, five are exclusively meiofaunal in size.”

    Meiofauna living between grains of sand have made some fancy adaptations to their harsh environment. Some have hooks on their feet, used to grab the sand. Others have hooked mouthparts, also useful for locomotion.

    Beyond freeze-dried

    To survive a difficult environment, meiofauna called tartigrades have evolved an amazing adaptation called “anhydrobiosis.” In this form of suspended animation, the animals replace water in their cell membranes with sugar, protecting the membrane from destruction through radiation and freezing. Microorganisms die when their cell membrane ruptures.

    During anhydrobiosis, organisms are rather like plant seeds or bacterial spores, Higgins explains. “They can dry up for 100 years, and be rewetted, and come right back to active metabolism.”

    Fun is fun. But what is the practical importance of studying stuff that can hardly be seen, doesn’t seem to cause disease, and is — at least to some — utterly ugly?

    In other word, who cares about microscopic beach crud?

    Meet the beach-cleaning crew

    Anybody who likes to hang on the sand should be interested, Higgins says. “This is the system that helps keep our beaches clean.” Plankton, bacteria, all sorts of dead material is continually washing ashore, and a lot of people love to sit on beaches.

    There’s a public-health angle here. Hookworms occur on beaches where dogs defecate, but meiofauna may consume hookworms, along with other nematodes. “So if we upset that, we could upset beach cleanliness,” Higgins says.

    Higgins notes that meiofauna comprise a basic part of the food web, and disturbing them could have unforeseen consequences for the entire system.

    Still, it’s hard to escape the notion that most of the motivation here is the pure scientific urge to discover, to classify, to understand. Meiofauna, Higgins notes, were seen under the microscope Anton van Leeuwenhoek invented in 1683.

    The key to finding these things, Higgins indicates, in patience, technology, curiosity — and institutional support. “If you stare through a microscope for hour after hour, you have a chance of finding these things, but if you need to get out a certain number of papers each year, you have to take shortcuts and you won’t find as much.”

    Fantastic freak show

    Biology has lots of other oddities:

    A shrimplike native to Panama’s Pacific beaches transports itself by rolling. When the animal washes ashore, it arcs its body into a ring and rolls back into the water, pushed by the head and tail at the stately pace of 3.5 centimeters per second. Nannosquilla decernspinosa may have learned to spin in its cramped burrows, but it’s the only known rolly-roller in the animal kingdom.

    Sponges, considered the first multicellular organisms, were always thought to be dumb, simple filter-feeders that strain their dinner from sea water. But now it appears that some sponges in the phylum Cladorhizidae, living in the Mediterranean, are willing to reach out and touch their prey. The sponge has filaments that capture plankton and reel them in for digestion.

    Bacteria can live deep underground, and in 2006 a team found bacteria 3 kilometers below South Africa, in a niche that had been isolated from the surface for several million years. The discovery demonstrates the resilience of life on Earth and hints that life could exist deep inside Mars.

    A large number of ancient bacterial relatives — Archaea — live in the Antarctic. These critters are a large part of the food web in a cold, remote place whose ocean is a major source of protein in our diet.


    Thermus thermophilus as biological model

    Thermus spp is one of the most wide spread genuses of thermophilic bacteria, with isolates found in natural as well as in man-made thermal environments. The high growth rates, cell yields of the cultures, and the constitutive expression of an impressively efficient natural competence apparatus, amongst other properties, make some strains of the genus excellent laboratory models to study the molecular basis of thermophilia. These properties, together with the fact that enzymes and protein complexes from extremophiles are easier to crystallize have led to the development of an ongoing structural biology program dedicated to T. thermophilus HB8, making this organism probably the best so far known from a protein structure point view. Furthermore, the availability of plasmids and up to four thermostable antibiotic selection markers allows its use in physiological studies as a model for ancient bacteria. Regarding biotechnological applications this genus continues to be a source of thermophilic enzymes of great biotechnological interest and, more recently, a tool for the over-expression of thermophilic enzymes or for the selection of thermostable mutants from mesophilic proteins by directed evolution. In this article, we review the properties of this organism as biological model and its biotechnological applications.

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