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喜歡生活在水深火熱的水生棲熱菌。原圖鏈接

美國黃石公園的水生棲熱菌原圖鏈接

水生棲熱菌 ，（Thermus aquaticus）是一種能耐受高溫的細菌，屬於Deinococcus–Thermus組中的幾種嗜熱細菌之一。 它是耐熱酶Taq DNA聚合酶的來源， Taq DNA聚合酶是分子生物學中最重要的酶之一，因為它用於聚合酶鏈反應 （PCR）DNA擴增技術中。

歷史記錄

水生棲熱菌在日常生活中易見，在1960年代開始研究溫泉中的生物時，科學家認為嗜熱細菌的生命無法在高於約55°C（131°F）的溫度下維持。 然而，很快地人們發現了，在不同的泉水中，許多細菌不僅存活下來，而且在更高的溫度下繁殖。 1969年，印第安納大學的 Thomas D. Brock和Hudson Freeze報告了一種嗜熱細菌的新物種 ，他們將其命名為Thermus aquaticus 。該細菌最初是從黃石國家公園 下間歇泉盆地的蘑菇泉中分離出來的，該蘑菇泉毗鄰主要的大噴泉間歇泉和白色圓頂間歇泉，此後在世界各地類似的熱生境中被發現。

生物學

水生T. aticticus在65至70°C（149°F至158°F）時表現出最佳生長，但可以在50°C至80°C（122°F至176°F）的溫度下存活。 它主要從周圍環境中掃描蛋白質，這通過大量細胞外和細胞內蛋白酶和肽酶以及跨細胞膜轉運氨基酸和寡肽的蛋白質來證明。 該細菌是化學趨化菌-它進行化學合成以獲得食物。 但是，由於其溫度範圍與共享理想環境的光合作用藍細菌的溫度範圍有些重疊，因此有時會發現其與鄰居共同生活，並從其光合作用中獲取生長所需的能量。 水生T. aquaticus通常需氧呼吸，但其中一種菌株Thermus aquaticus Y51MC23可以厭氧生長。 水生山毛櫸的遺傳物質由一個染色體和四個質粒組成 ，其完整的基因組測序揭示了眾多基因座上的CRISPR基因。

形態學

水生棲熱菌通常為圓柱形，直徑為0.5μm至0.8μm。 較短的桿形狀的長度為5μm至10μm。 較長的長絲形狀的長度變化很大，在某些情況下超過200μm。 水生T. aticticus在不同的文化中顯示出多種可能的形態。棒狀細菌傾向於聚集。幾個人的聯繫會導致形成直徑為10μm至20μm的球形物體，也稱為圓形物體。這些物體並非由先前認為的細胞包膜或外膜成分組成，而是由重塑的肽聚醣細胞壁製成。 它們在水生紫杉的生存中的確切功能仍是未知的，但已被理論化為包括臨時食物和核苷酸的儲存，或者它們可能在菌落的附著和組織中起作用。

水生丁酸桿菌的酶

如下所述，水生T. aticticus已成為熱穩定酶特別是Taq DNA聚合酶的來源。

1. 醛縮酶：可以在細胞培養物中生長的這種極端嗜熱細菌的研究最初集中在試圖了解蛋白質 酶 （通常在高溫下不活躍）如何在高溫下在嗜熱菌中起作用的嘗試。 1970年，Freeze和Brock發表了一篇文章，描述了來自水生擬南芥的熱穩定的醛縮酶。
   
2. RNA聚合酶：1974年從水生紫杉分離出的第一種聚合酶是一種DNA依賴性RNA聚合酶 ，用於轉錄過程。
   
3. Taq I限制酶：由於從該生物中分離出有用的限制性核酸內切酶 ，大多數分子生物學家可能在1970年代末或1980年代初意識到了水生T. aticticus 。術語Taq的使用是指從原生物的屬和種衍生出限制性酶的簡稱，如Sal和Hin，這是在此時出現的。
   
4. DNA聚合酶（「 Taq pol」）：DNA聚合酶於1976年首次從水生丁酸絲蟲中分離出來。這種熱穩定的發現（溫度最適為72°C，即使在95°C時也不會變性）的第一個優點是，DNA聚合酶可在以下條件下分離：比其他來源的DNA聚合酶更純淨（不含其他酶污染物）。後來，Cetus Corporation的 Kary Mullis和其他研究人員發現，該酶可用於聚合酶鏈反應 （PCR）過程中，以擴增DNA的短片段，消除了在每個熱循環後添加大腸桿菌聚合酶的需要。DNA變性。 還對該酶進行了克隆 ，測序 ，修飾（以產生較短的「 Stoffel片段」），並大量生產用於商業銷售。在1989年，《 科學 》雜誌將Taq聚合酶命名為第一個「年度分子」。在1993年， Kary Mullis博士因其在PCR方面的工作而獲得了諾貝爾獎 。
   
5. 其他酶：水生T.ticus的最佳溫度使研究人員能夠在其他酶失去活性的條件下研究反應。從該生物中分離出的其他酶包括DNA連接酶，鹼性磷酸酶，NADH氧化酶，異檸檬酸脫氫酶，澱粉澱粉酶和果糖1,6-二磷酸依賴性L-乳酸脫氫酶。

爭議

來自水生丁二酸酶的商業用途並非沒有爭議。經過布羅克博士的研究，該生物的樣品被存放在美國典型培養物保藏中心（美國典型培養物保藏所）中。 其他科學家，包括Cetus的科學家，都從那裡獲得了它。 隨著Taq聚合酶的商業潛力在1990年代變得明顯，國家公園管理局將其用作「偉大的Taq盜竊案」。現在，要求在國家公園工作的研究人員簽署「利益分享」協議，該協議將把以後的部分利潤返還給公園管理局。

影片

Describe the roles of heat , primers and the bacterium Thermus aquaticus in the process of PCR.
描述熱，引物和水生棲熱菌在PCR過程中的作用。