ТЕРМОФІЛЬНІ БАКТЕРІЇ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ, ЇЖА - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці термофільні бактерії є ті , які мають здатність рости в середовищі з температурою вище 50 ° С Місця існування цих мікроорганізмів - це дуже ворожі місця, такі як гідротермальні отвори, вулканічні райони, гарячі джерела та пустелі. Залежно від температурного діапазону, який вони підтримують, ці мікроорганізми класифікуються як термофіли, крайні термофіли та гіпертермофіли.

Термофіли процвітають у температурному діапазоні від 50 до 68 ° C, оптимальна температура їх росту становить понад 60 ° C. Екстремальні термофіли ростуть в діапазоні від 35 до 70 ° C, оптимальна температура - 65 ° C, а гіпертермофіли живуть в інтервалі температур від 60 до 115 ° C, при оптимальному зростанні при ≥80 ° C.

Зображення зліва: середовище, де мешкають термофільні бактерії. Зображення праворуч: зображувальне зображення термофільних бактерій. Джерело: Зліва зображення pxhere, право зображення pixabay

Як приклад термофільних бактерій взагалі можна навести наступне: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis та Thermus aquaticus, серед інших.

Ці мікроорганізми мають особливі структурні характеристики, які надають їм здатність витримувати високі температури. Насправді їх морфологія настільки різна, що вони не можуть розвиватися при нижчих температурах.

характеристики

Термофільні бактерії мають ряд характеристик, які роблять їх пристосованими до навколишнього середовища з дуже високими температурами.

З одного боку, клітинна мембрана цих бактерій має велику кількість насичених ліпідів з довгими ланцюгами. Це дозволяє їм справлятися з високими температурами і підтримувати належну проникність і гнучкість, вдається обмінюватися речовинами з навколишнім середовищем, не руйнуючись.

З іншого боку, хоча відомо, що протеїни, як правило, денатурують при високих температурах, протеїни, присутні в термофільних бактеріях, мають зв'язки ковалентного типу, які взаємодіють гідрофобно. Ця характеристика забезпечує стабільність цього типу бактерій.

Так само ферменти, вироблені термофільними бактеріями, є термостабільними білками, оскільки вони можуть виконувати свої функції у ворожих середовищах, де ці бактерії розвиваються, не втрачаючи своєї конфігурації.

По відношенню до їх кривої росту термофільні бактерії мають високу швидкість розмноження, але мають коротший період напіввиведення, ніж інші класи мікроорганізмів.

Корисність термофільних бактерій у промисловості

Сьогодні різні види промисловості використовують ферменти бактеріального походження для здійснення різних процесів. Деякі з них походять від термофільних бактерій.

Серед ферментів, які найчастіше виділяються з термофільних бактерій з можливим промисловим застосуванням, є ферменти α-амілази, ксиланази, ДНК-полімераза, каталази та серинові протеази, всі термостабільні.

Ці ферменти є особливими, оскільки вони здатні діяти при високій температурі, де інші аналогічні ферменти, вироблені мезофільними бактеріями, денатуруватимуть.

Тому вони ідеально підходять для процесів, які потребують високих температур, або для процесів, коли важливо мінімізувати розповсюдження мезофільних бактерій.

Приклади

Як приклад використання ферментів термофільних бактерій у промисловості, ми можемо згадати використання ДНК-полімерази (taq полімерази), в техніці ланцюгової реакції полімерази (PCR).

Ця методика денатуює ДНК при високих температурах, не ризикуючи пошкодити фермент taq полімерази. Перша використана полімераза taq була виділена з виду Thermus aquaticus.

З іншого боку, термофільні бактерії можуть бути використані для мінімізації шкоди, спричиненої забрудненням навколишнього середовища.

Наприклад, дослідження виявили, що деякі термофільні бактерії можуть виводити токсичні для навколишнього середовища сполуки. Такий випадок є поліхлорбіфенілом (забруднюючою речовиною, присутньою в пластмасах та холодоагентах, серед інших сполук).

Це можливо завдяки тому, що певні термофільні бактерії можуть використовувати такі елементи, як біфеніл, 4-хлоробіфеніл та бензойна кислота як джерело вуглецю. Тому вони деградують поліхлоровані біфеніли, виводячи їх із зовнішнього середовища.

З іншого боку, ці бактерії прекрасні при переробці таких елементів, як азот та сірка в ґрунті. Через це їх можна використовувати для природного удобрення землі без необхідності штучних (хімічних) добрив.

Так само деякі дослідники пропонують використовувати термофільні бактерії для отримання речовин, які генерують альтернативну енергію, таку як біогаз, біодизель та біоетанол шляхом гідролізу агропромислових відходів, сприяючи процесам біоремедіації.

Хабітат

Місце проживання термофільних бактерій складається з наземних чи морських місць, що характеризуються високою температурою. Іншими факторами, які супроводжують температуру, є рН середовища, концентрація солей та хімічних сполук (органічних та неорганічних), які можуть бути присутніми.

Залежно від специфічних характеристик середовища в ньому розвиватиметься певний тип термофільних бактерій чи інший.

Серед найпоширеніших середовищ існування для цього типу бактерій можна відзначити наступні: гідротермальні отвори, вулканічні райони, гарячі джерела та пустелі.

Годування

Термофільні бактерії, як правило, потребують вирощування складних культурних середовищ. Серед поживних речовин, які їм можуть знадобитися, є такі: дріжджовий екстракт, триптон, казамінокислоти, глутамат, пролін, серин, целобіоза, трегалоза, сахароза, ацетат та піруват.

Агар, який використовується для виділення деяких термофільних бактерій, є агаром Лурія-Бер-Тані. Містить гідролізований казеїн, дріжджовий екстракт, NaCl, агар та дистильовану воду з рН, регульованим до 7,0 ± 0,2.

Термофільні бактерії як забруднювачі переробленої їжі

Більшість термофільних бактерій сапрофітні і не викликають захворювання у людини. Однак у виробництві їжі можуть бути фактори, що сприяють поширенню термофільних мікроорганізмів, які можуть бути шкідливими.

Для прикладу при виробництві молочних продуктів пастеризація використовується як метод знезараження їжі. Цей метод повинен гарантувати санітарну якість; однак, це не дурно, бо спорульовані термофільні бактерії можуть пережити цей процес.

Це пояснюється тим, що, хоча вегетативна клітина більшості спорульованих бактерій не є термостійкою, спори є.

Існують спірульовані бактерії, які представляють реальну небезпеку для споживання людиною. Наприклад, спори таких видів: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Консерви з низькою кислотою зазвичай піддаються нападу спороутворюючих анаеробних термофільних бактерій, таких як Geobacillus stearothermophilus. Ця бактерія ферментує вуглеводи і виробляє неприємний кислий смак за рахунок виробництва коротколанцюгових жирних кислот.

Так само висококислотні консерви можуть бути забруднені Clostridium thermosaccharolyticum. Цей мікроорганізм відрізняється високою сахаролітичністю і спричиняє випирання банки через високу виробництво газу.

Зі свого боку, Desulfotomaculum nigrificans також атакує консерви. Незважаючи на те, що на банці не виявлено жодних ознак фальсифікації, при розкупорюванні банки можна відчути сильний кислий запах і спостерігається почорніла їжа. Чорний колір обумовлений тим, що бактерії виробляють сірководень, який, в свою чергу, вступає в реакцію з залізом в ємності, утворюючи сполуку цього кольору.

Нарешті, Bacillus cereus і Clostridium perfringens викликають харчові отруєння, а Clostridium botulinum виділяє в їжу потужний нейротоксин, який при споживанні спричиняє смерть.

Приклади термофільних бактерій

Rhodothermus obamensis

Морські бактерії, грамнегативні, гетеротрофні, аеробні та гіпертермофільні бацили.

Рід Caldicellulosiruptor

Анаеробні бактерії, грампозитивні, надзвичайно теплолюбні, спорульовані.

Клас термомікроб

Вони є аеробними гіпертермофільними бактеріями, гетеротрофними, зі змінним Грам.

Rhodothermus marinus

Грамнегативні, аеробні, екстремальні термофільні та галофільні бацили. Вивчено його виробництво термостабільних ферментів, особливо для гідролізу полісахаридів та синтезу ДНК, що представляє інтерес для галузі.

Deferribacter desulfuricans

Анаеробні бактерії, екстремальні термофільні, гетеротрофні, відновні сірка, нітрати та арсенат.

Марінтермус

Грам-негативні стрижні або нитки, надзвичайно теплолюбні, суворі аеробні гетеротрофні.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Морські види, гіпертермофільні, анаеробні, грамнегативні, хемолітоавтотрофні (відновлення сульфату), не спорульовані.

Thermus aquaticus

Грамнегативні, гіпертермофільні, гетеротрофні та аеробні бактерії. Він синтезує термостабільний фермент, використовуваний у ПЛР, який називається так-ДНК-полімеразою.

Sulfurivirga caldicuralii

Надзвичайний термофільний, мікроаерофільний хемолітоавтотрофний оксидант тіосульфат.

Геобактерії

Грампозитивні, споролітовані, екстремальні термофільні стрижні. Його спори використовуються в лабораторіях мікробіології як біологічний контроль для оцінки правильного функціонування автоклава.

Стать

Види цього роду характеризуються грамнегативними, гіпертермофільними, хоча діапазон їх росту широкий, морського життя вони не утворюють спор, вони облігатні анаероби або мікроаерофіли.

Порівняльна таблиця між найбільш релевантними видами

Джерело: Підготувала автор Мсц. Маріельса Гіл.

Список літератури

1. Gallut P. Виділення та культура мікроорганізмів, пов'язаних з онкоїдами з гідротермальних джерел Сантіспаска, Bahía Concepción, BCS, México. Дисертація на здобуття наукового ступеня магістра наук. Центр біологічних досліджень 2016. Доступно за адресою: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: фізіологія та молекулярна біологія. Екстремофіли. 2006 р .; 10 (1): 1-16. Доступно на: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Вікіпедія, Вільна енциклопедія. 24 листопада 2018, 10:28 UTC. 9 травня 2019, 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Батерили для тесту на стерилізацію. В медичній мікробіології (вісімнадцяте видання).
5. Рейес Т. Морське біологічне різноманіття: нові культивовані таксони. Дисертація на здобуття звання доктора біотехнологій. Кафедра мікробіології та екології. 2012. Доступно за адресою: Університет Валенсії.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. нов., сучасна лінійка надзвичайно термофільних морських бактерій. Бактеріол Int J Syst. дев'ятнадцять дев'яносто шість; 46 (4): 1099-104.
7. Ріос М. Нейда, Креспо М. Карла Ф., Терразас С. Луїс Е., Альварес А. Марія Т. Виділення термофільних анаеробних штамів, які виробляють целюлази та геміцелюлази, що беруть участь у виробництві Біоетанолу за допомогою традиційних методів культури та виділення, а не традиційні. БІОФАРБО. 2007 р .; 15 (1): 43-50. Доступно за адресою: magazinesbolivianas.org.b