Thermus thermophilus: un microrganismo a disposizione delle biotecnologie

Il crescente interesse dell’industria e della ricerca verso le notevoli proprietà del batterio.

Thermus thermophilus è un batterio Gram negativo, isolato per la prima volta nel 1971 in Giappone da Tairo Oshima e Kazutomo Imahori. Una delle sue caratteristiche peculiari, che conferisce anche il nome a questi microrganismi, è l’abilità di vivere in ambienti dalle temperature estreme: non a caso sono stati rinvenuti nelle sorgenti termali giapponesi, dove sono garantite le condizioni di crescita ideali: 68°C a pH 7.0. La specie presenta due ceppi distinti, HB8 e HB27, che differiscono per la capacità di vivere in presenza o assenza di ossigeno. Infatti grazie alla produzione della nitrato reduttasi, i batteri del ceppo HB8  sopravvivono anche in condizioni di anaerobiosi.

Grazie alla capacità di tollerare alte temperature, T. thermophilus costituisce una risorsa attraente per l’industria biotecnologica per la stabilità degli enzimi a temperature insolite, per la resistenza al calore e ai reagenti chimici. Uno di questi enzimi, la Taq polimerasi, isolata da T. aquaticus nel 1976 nello Yellowstone, è la più nota commercialmente per il suo utilizzo nelle reazioni di PCR. Proprio grazie alla capacità di mantenere l’attività polimerasica durante la fase di denaturazione del DNA, che avviene a 94°C, temperatura a cui la maggior parte degli enzimi è inattivato, è stato possibile ottenere l’automazione nelle reazioni di sintesi dei nucleotidi, riducendo le probabilità di contaminazione.

Un primo lavoro del 1974 era basato sull’utilizzo della DNA polimerasi estratta da T. thermophilus (Tth polymerase), la cui peculiarità consiste nel possedere una intrinseca attività di trascrizione inversa (reverse transcriptase activity) superiore per efficienza a quella della Taq polimerasi. Questa caratteristica di eseguire sia la trascrizione inversa che l’amplificazione del DNA ad elevate temperature permette di utilizzare questo enzima per reazioni RT-PCR quantitative, i clonaggi e le analisi di espressione genica.

Inoltre, recenti studi si stanno focalizzando sulla capacità di T. thermophilus di sintetizzare e immagazzinare poliidrossialcanoati (PHA) sotto forma di granuli intracellulari come fonte di carbonio e nutrienti necessari per la crescita del batterio. I PHA sono poliesteri naturali biodegradabili ed ecologici sintetizzati da vari batteri e in studio nel corso degli ultimi anni come sostituti delle plastiche non biodegradabili derivanti dal petrolio. L’applicazione di questi polimeri in campo biomedico, per la ridotta tossicità e l’elevata biocompatibilità sta attirando anche le industrie farmaceutiche per il loro impiego in ambito chirurgico o di ingegneria tissutale (protesi).

La capacità dei batteri di vivere ad alte temperature significa che i loro metaboliti sono termostabili e le loro proprietà non sono inficiate dalle temperature. Un brevetto del 2002 dell’azienda Sederma ha sfruttato proprio le caratteristiche dei metaboliti di T. thermophilus studiati e testati in laboratorio come fonte di molecole biologicamente attive con proprietà antiinfettive o antitumorali.

Uno di questi prodotti naturali commercializzati è rappresentato dal Venuceane™ (Patent N° WO 2002/066668) nel campo della dermocosmetica come principio attivo in creme con effetti protettivi dagli effetti dannosi dei radicali liberi indotti dall’invecchiamento e dall’esposizione solare.  In particolare tra gli effetti riportati dagli studi per il deposito del brevetto è sottolineato quello detossificante rispetto alle specie reattive dell’ossigeno, la regolazione della concentrazione del ceramide dell’epidermide umana e l’effetto immunostimolante ottenuto su cheratinociti umani in vitro. Inoltre la catalasi di T. thermophilus ha mostrato attività aumentata rispetto a catalasi di altre specie animali in quanto attiva ad alte temperature (45°C) quindi particolarmente importante come componente di prodotti topici protettivi durante il periodo estivo.

Roberta Ranieri

 

Bibliografia:

Sonoko Ishino and Yoshizumi Ishino. DNA polymerases as useful reagents for biotechnology – the history of developmental research in the field. Front Microbiol. 2014; 5: 465.

Myers TW, Gelfand DH. Reverse transcription and DNA amplification by a Thermus thermophilus DNA polymerase. Biochemistry. 1991 Aug 6;30(31):7661-6.

Tairo Oshima, Kazutomo Imahori. Description of Thermus thermophilus (Yoshida and Oshima) comb. nov., a Nonsporulating Thermophilic Bacterium from a Japanese Thermal Spa. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 1974; 24: 102-112

Pantazaki AA, Ioannou AK, Kyriakidis DA. A thermostable beta-ketothiolase of polyhydroxyalkanoates (PHAs) in Thermus thermophilus: purification and biochemical properties. Mol Cell Biochem. 2005 Jan;269(1-2):27-36.

http://www.sederma.com/home.aspx?s=111&r=127&p=7252

(imagine copertina: protein fluorescenti termostabili espresse da Thermus thermophilus a 70°C, immagine prodotta dal gruppo di ricerca del Prof. Berenguer J.)

Commenta per primo

Rispondi