Ο λόγος επώασης σε διαφορετικές θερμοκρασίες στη μικροβιολογία

Οι αλλαγές θερμοκρασίας μπορούν να έχουν δραματικές επιπτώσεις σε μικροσκοπικές μορφές ζωής. Οι επιστήμονες επωάζουν τα μικρόβια σε διαφορετικές θερμοκρασίες για διάφορους λόγους. Ένας λόγος είναι ότι διαφορετικά μικρόβια αναπτύσσονται καλύτερα σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Ένας δεύτερος λόγος είναι ότι η επιστήμονας προσπαθεί να δημιουργήσει ένα μεταλλαγμένο ευαίσθητο στη θερμοκρασία ώστε να μπορεί να παράγει μια μεταλλαγμένη πρωτεΐνη που μπορεί εύκολα να απενεργοποιηθεί μέσω αλλαγών στη θερμοκρασία. Ένας τρίτος λόγος είναι ότι η επιστήμονας ενεργοποιεί την ευαίσθητη στη θερμοκρασία πρωτεΐνη έτσι ώστε να μπορεί να μελετήσει τις επιδράσεις της απενεργοποιημένης ή ενεργοποιημένης πρωτεΐνης.

Διαφορετικά βακτήρια επιθυμούν να αναπτυχθούν σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Έτσι, ένας μικροβιολόγος θα επωάσει ένα συγκεκριμένο στέλεχος βακτηρίων στη βέλτιστη θερμοκρασία του, ώστε να μπορεί να το μελετήσει όταν είναι υγιές. Αλλάζοντας τη θερμοκρασία, μπορεί να μελετήσει τα βακτήρια ενώ είναι αγχωμένα. Οι οργανισμοί που αναπτύσσονται καλύτερα στη θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος, που είναι περίπου 37 βαθμοί Κελσίου (98,6 βαθμοί Φαρενάιτ), ονομάζονται μεσοφίλους. Εκείνοι που αναπτύσσονται σε θερμές θερμοκρασίες μεταξύ 40 και 70 βαθμών Κελσίου (104 έως 158 βαθμούς Φαρενάιτ) ονομάζονται θερμόφιλα. Εκείνα που αναπτύσσονται σε θερμές θερμοκρασίες άνω των 80 βαθμών Κελσίου είναι υπερθερμόφιλα. Εκείνοι που ζουν σε πολύ κρύες συνθήκες ονομάζονται ψυχόφιλοι.

Ο μετασχηματισμός είναι η διαδικασία με την οποία τα βακτήρια παίρνουν κομμάτια DNA από το περιβάλλον. Ο μετασχηματισμός συμβαίνει φυσικά, αλλά μπορεί να επιταχυνθεί στο εργαστήριο. Ο ακριβής τρόπος με τον οποίο το DNA απορροφάται σε ένα βακτηριακό κύτταρο είναι άγνωστος, αλλά πιστεύεται ότι τα ιόντα ασβεστίου μέσα η λύση προκαλεί αλληλεπιδράσεις μεταξύ αρνητικά φορτισμένου DNA και της αρνητικά φορτισμένης επιφάνειας του κυττάρου μεμβράνες. Η θέρμανση του μείγματος βακτηρίων, ασβεστίου και DNA βοηθά στη βελτίωση της διαδικασίας μετασχηματισμού.

Οι μικροβιολόγοι και οι γενετιστές ανακαλύπτουν νέες λειτουργίες των γονιδίων σε έναν μικροσκοπικό οργανισμό δημιουργώντας μεταλλαγμένες ευαίσθητες στη θερμοκρασία. Ο ερευνητής εκθέτει μικροοργανισμούς, όπως βακτήρια, σε χημικό παράγοντα που προκαλεί βλάβη στο DNA, ο οποίος μπορεί να οδηγήσει σε μεταλλαγμένα γονίδια. Στη συνέχεια αναπτύσσουν διαφορετικές παρτίδες αυτών των βακτηρίων σε διαφορετικές θερμοκρασίες εκτός της βέλτιστης θερμοκρασίας των βακτηρίων. Μια παρτίδα επεξεργασμένων βακτηρίων που πεθαίνει ή ευδοκιμεί σε μη βέλτιστη θερμοκρασία πιθανότατα φιλοξενεί ένα μεταλλαγμένο γονίδιο. Μελετώντας τι έχει αλλάξει το ευαίσθητο στη θερμοκρασία βακτήρια, μπορούν να μάθουν για μια νέα λειτουργία του μεταλλαγμένου γονιδίου.

Τα μικρόβια επωάζονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες όχι μόνο για τη δημιουργία μεταλλάξεων ευαίσθητων στη θερμοκρασία αλλά για την ενεργοποίησή τους σε πειράματα που τα χρησιμοποιούν για να απαντήσουν σε μια ερώτηση. Οι ιντεΐνες είναι ένα τμήμα αμινοξέων σε μια ανενεργή πρωτεΐνη. Οι ιντεΐνες μπορούν να αποκοπούν από την πρωτεΐνη, η οποία ενεργοποιεί αυτήν την πρωτεΐνη. Επειδή οι ιντεΐνες συντήκουν τα χαλαρά άκρα που προκύπτουν μετά την αποκοπή τους, δεν αφήνουν κανένα ίχνος ότι ήταν εκεί. Οι ιντεΐνες έχουν καταστεί χρήσιμες στη μελέτη βακτηρίων και ζυμομυκήτων, καθώς κάθε ιντίνη κόβεται μόνο όταν ο οργανισμός θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Έτσι, τα μικρόβια επωάζονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες για να ενεργοποιήσουν τις ιντεΐνες.