In vivo characterization of thermal stabilities of Aeropyrum pernix cellular components by differential scanning calorimetry

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Abstract:

Revival studies of Aeropyrum pernix show that the viability of cells and cell recovery after heat treatment depends on the temperature of treatment. Differential scanning calorimetry (DSC) is used to analyze the relative thermal stabilities of cellular components of A.pernix and to identify the cellular components responsible for the observed lag phase and reduced maximum growth following a heat treatment. DSC thermograms show 5 visible endothermic transitions with 2 major transitions. DSC analysis of isolated crude ribosomes aids the assignment of the 2 major peaks observed in whole-cell thermograms to denaturation of ribosomal structures. A comparison of partial and immediate full rescan thermograms of A.pernix whole cells indicates that both major peaks represent irreversible thermal transitions. A DNA peak is also identified in the whole-cell thermogram by comparison with the optical data of isolated pure DNA. DNA melting is shown to be irreversible in dilute solution, whereas it is partially reversible in whole cells, owing at least in part, to restricted volume effects. In contrast to mesophilic organisms, hyperthermophilic A.pernix ribosomes are more thermally stable than DNA, but in both organisms, irreversible changes leading to cell death occur owing to ribosomal denaturation.

Des études de reprise de croissance chez A. pernix montrent qu’après un traitement à la chaleur, la viabilité cellulaire et la récupération des cellules dépendent de la température de traitement. La calorimétrie différentielle à balayage (CDB) est utilisée pour analyser la stabilité thermique relative des compartiments cellulaires de A. pernix et pour identifier les compartiments cellulaires responsables de la phase de latence et de la croissance maximale réduite observées après un traitement à la chaleur. Les thermographes en CDB révèlent cinq points de transition endothermique visibles, incluant deux points de transition majeurs. L’analyse en CDB de ribosomes isolés permet d’attribuer les deux pics majeurs observés dans les thermographes des cellules entières à la dénaturation des structures ribosomales. Une comparaison des thermographes obtenus après un re-balayage partiel et immédiat de A. pernix (cellules entières) indique que les deux pics majeurs représentent des transitions thermiques irréversibles. Un pic d’ADN est aussi identifié dans le thermographe de cellules entières, comparativement aux résultats optiques obtenus avec de l’ADN isolé et purifié. La fusion de l’ADN s’avère irréversible en solution diluée alors qu’elle est partiellement réversible dans les cellules entières à cause du volume réduit, du moins en partie. Contrairement aux organismes mésophiles, les ribosomes de A. pernix, un organisme hyperthermophile, sont plus stables thermiquement que l’ADN, mais chez les deux types d’organismes, des changements irréversibles causant la mort cellulaire se produisent à cause de la dénaturation ribosomale.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2007

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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