ТЕРМОФИЛЬНЫЕ БАКТЕРИИ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СРЕДА ОБИТАНИЯ, ПИТАНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

К термофильным бактериям относятся бактерии , способные расти в среде с температурой выше 50 ° C. Среда обитания этих микроорганизмов - очень враждебные места, например, гидротермальные источники, вулканические районы, горячие источники и пустыни. В зависимости от поддерживаемого диапазона температур эти микроорганизмы классифицируются как термофилы, экстремальные термофилы и гипертермофилы.

Термофилы процветают в диапазоне температур от 50 до 68 ° C, при этом их оптимальная температура роста составляет более 60 ° C. Экстремальные термофилы растут в диапазоне от 35 до 70 ° C, при оптимальной температуре 65 ° C, а гипертермофилы живут в диапазоне температур от 60 до 115 ° C, с оптимальным ростом при ≥80 ° C.

Изображение слева: среда, в которой обитают термофильные бактерии. Изображение справа: образное изображение термофильных бактерий. Источник: левое изображение pxhere, правое изображение pixabay

В качестве примеров термофильных бактерий в целом можно упомянуть следующее: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis и Thermus aquaticus, среди прочих.

Эти микроорганизмы обладают особыми структурными характеристиками, которые дают им способность выдерживать высокие температуры. На самом деле их морфология настолько отличается, что они не могут развиваться при более низких температурах.

характеристики

У термофильных бактерий есть ряд характеристик, которые делают их приспособленными к среде с очень высокими температурами.

С одной стороны, клеточная мембрана этих бактерий содержит большое количество насыщенных липидов с длинной цепью. Это позволяет им выдерживать высокие температуры и поддерживать адекватную проницаемость и гибкость, обмениваясь веществами с окружающей средой, не разрушая себя.

С другой стороны, хотя известно, что белки обычно денатурируют при высоких температурах, белки, присутствующие в термофильных бактериях, обладают связями ковалентного типа, которые взаимодействуют гидрофобно. Эта характеристика обеспечивает устойчивость к этому типу бактерий.

Точно так же ферменты, продуцируемые термофильными бактериями, являются термостабильными белками, поскольку они могут выполнять свои функции во враждебной среде, в которой развиваются эти бактерии, без потери своей конфигурации.

Что касается кривой роста, термофильные бактерии имеют высокую скорость размножения, но имеют более короткий период полураспада, чем другие классы микроорганизмов.

Полезность термофильных бактерий в промышленности

Сегодня в различных отраслях промышленности ферменты бактериального происхождения используются для выполнения различных процессов. Некоторые из них происходят от термофильных бактерий.

Среди ферментов, наиболее часто выделяемых из термофильных бактерий с возможным промышленным применением, являются ферменты α-амилазы, ксиланазы, ДНК-полимераза, каталазы и сериновые протеазы, все из которых являются термостабильными.

Эти ферменты особенные, потому что они способны действовать при высоких температурах, когда другие подобные ферменты, вырабатываемые мезофильными бактериями, денатурируют.

Поэтому они идеально подходят для процессов, требующих высоких температур, или для процессов, в которых необходимо минимизировать распространение мезофильных бактерий.

Примеры

В качестве примера использования ферментов термофильных бактерий в промышленности мы можем упомянуть использование ДНК-полимеразы (taq-полимеразы) в методе полимеразной цепной реакции (ПЦР).

Этот метод денатурирует ДНК при высоких температурах без риска повреждения фермента taq-полимеразы. Первая использованная полимераза taq была выделена из вида Thermus aquaticus.

С другой стороны, термофильные бактерии можно использовать для минимизации ущерба, наносимого загрязнением окружающей среды.

Например, исследования показали, что некоторые термофильные бактерии могут выводить соединения, токсичные для окружающей среды. Так обстоит дело с полихлорбифенилом (загрязняющее вещество, содержащееся в пластмассах и хладагентах, среди других соединений).

Это возможно благодаря тому факту, что некоторые термофильные бактерии могут использовать в качестве источника углерода такие элементы, как бифенил, 4-хлорбифенил и бензойную кислоту. Следовательно, они разлагают полихлорированные дифенилы, удаляя их из окружающей среды.

С другой стороны, эти бактерии отлично перерабатывают такие элементы, как азот и сера, в почве. Благодаря этому их можно использовать для естественного удобрения земли без использования искусственных (химических) удобрений.

Аналогичным образом, некоторые исследователи предлагают использовать термофильные бактерии для получения веществ, генерирующих альтернативную энергию, таких как биогаз, биодизель и биоэтанол, путем гидролиза агропромышленных отходов, способствуя процессам биоремедиации.

Естественная среда

Среда обитания термофильных бактерий состоит из наземных или морских мест, характеризующихся высокими температурами. Другими факторами, которые сопровождают температуру, являются pH среды, концентрация солей и химические соединения (органические и неорганические), которые могут присутствовать.

В зависимости от конкретных характеристик среды в ней разовьется тот или иной вид термофильных бактерий.

Среди наиболее распространенных местообитаний этого типа бактерий можно назвать следующие: гидротермальные источники, вулканические районы, горячие источники и пустыни.

питающий

Для роста термофильных бактерий обычно требуются сложные питательные среды. Среди питательных веществ, которые им могут потребоваться, следующие: дрожжевой экстракт, триптон, казаминовые кислоты, глутамат, пролин, серин, целлобиоза, трегалоза, сахароза, ацетат и пируват.

Агар, используемый для выделения некоторых термофильных бактерий, - это агар Луриа-Бертани. Содержит гидролизованный казеин, дрожжевой экстракт, NaCl, агар и дистиллированную воду с pH, доведенным до 7,0 ± 0,2.

Термофильные бактерии как загрязнители обработанных пищевых продуктов

Большинство термофильных бактерий сапрофитны и не вызывают заболеваний у человека. Однако при производстве продуктов питания могут быть факторы, способствующие размножению термофильных микроорганизмов, которые могут быть вредными.

Например, при производстве молочных продуктов пастеризация используется как метод обеззараживания пищевых продуктов. Этот метод должен гарантировать санитарное качество; однако он не является надежным, поскольку спорулированные термофильные бактерии могут выжить в этом процессе.

Это связано с тем, что, хотя вегетативные клетки большинства спорулированных бактерий не термостойки, споры устойчивы.

Существуют спорулированные бактерии, которые представляют реальную опасность для потребления человеком. Например, споры следующих видов: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Консервы с низким содержанием кислоты обычно подвергаются нападению спорообразующих анаэробных термофильных бактерий, таких как Geobacillus stearothermophilus. Эти бактерии сбраживают углеводы и вызывают неприятный кислый вкус из-за образования короткоцепочечных жирных кислот.

Точно так же консервы с высоким содержанием кислоты могут быть заражены Clostridium thermosaccharolyticum. Этот микроорганизм обладает сильным сахаролитическим действием и вызывает вздутие банки из-за высокого газообразования.

Со своей стороны, Desulfotomaculum nigrificans также атакует консервы. Хотя на банке нет никаких признаков вскрытия, при открытии банки чувствуется сильный кислый запах и наблюдается почерневшая еда. Черный цвет обусловлен тем, что бактерии производят сероводород, который, в свою очередь, реагирует с железом в контейнере, образуя соединение этого цвета.

Наконец, Bacillus cereus и Clostridium perfringens вызывают пищевое отравление, а Clostridium botulinum выделяет с пищей мощный нейротоксин, который при употреблении вызывает смерть.

Примеры термофильных бактерий

Родотермус обаменсис

Морские бактерии, грамотрицательные, гетеротрофные, аэробные и гипертермофильные палочки.

Род Caldicellulosiruptor

Анаэробные бактерии, грамположительные, чрезвычайно теплолюбивые, спорулированные.

Термомикробный класс

Это аэробные гипертермофильные бактерии, гетеротрофные, с переменным граммом.

Родотермус маринус

Грамотрицательные, аэробные, экстремально теплолюбивые и галофильные палочки. Его производство термостабильных ферментов было изучено, особенно для гидролиза полисахаридов и для синтеза ДНК, которые представляют интерес для промышленности.

Deferribacter desulfuricans

Анаэробные бактерии, чрезвычайно термофильные, гетеротрофные, восстанавливающие серу, нитрат и арсенат.

Marinithermus

Грамотрицательные стержни или нити, чрезвычайно теплолюбивые, строго аэробные гетеротрофные.

Thermodesulfobacterium Hydrogeniphilum

Морские виды, гипертермофильные, анаэробные, грамотрицательные, хемолитоавтотрофные (сульфатредуцирующие), не спорулированные.

Thermus aquaticus

Грамотрицательные, гипертермофильные, гетеротрофные и аэробные бактерии. Он синтезирует термостабильный фермент, используемый в ПЦР, называемый ДНК-полимеразой taq.

Sulfurivirga caldicuralii

Чрезвычайно термофильный, микроаэрофильный хемолитоавтотрофный тиосульфатный окислитель.

Geobacillus

Грамположительные, спорулированные, экстремально теплолюбивые палочки. Его споры используются в микробиологических лабораториях в качестве биологического контроля для оценки правильного функционирования автоклава.

Пол

Виды этого рода характеризуются грамотрицательными, гипертермофильными, хотя их диапазон роста широкий, морских обитателей, они не образуют спор, они являются облигатными анаэробами или микроаэрофилами.

Сравнительная таблица наиболее актуальных видов

Источник: Подготовлено автором Msc. Мариельса Гил.

Ссылки

1. Галлут П. Изоляция и культивирование микроорганизмов, ассоциированных с онкоидами, из гидротермальных источников Сантиспак, Баия Консепсьон, BCS, Мексика. Диссертация на получение степени магистра наук. Центр биологических исследований. 2016. Доступно по адресу: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Бьорнсдоттир С.Х., Блондал Т., Хреггвидссон Г.О., Эггертссон Г., Петурсдоттир С., Хьорлейфсдоттир С., Торбьярнардоттир С.Х., Кристьянссон Дж.К. Rhodothermus marinus: физиология и молекулярная биология. Экстремофилы. 2006; 10 (1): 1-16. Доступно на: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus ". Википедия, свободная энциклопедия. 24 ноя 2018, 10:28 UTC. 9 мая 2019, 01:55 ru.wikipedia.or
4. Туэйт Дж, Аткинс Х. Бациллы теста на стерилизацию. В медицинской микробиологии (восемнадцатое издание).
5. Рейес Т. Морское бактериальное биоразнообразие: новые культивируемые таксоны. Диссертация на соискание ученой степени доктора биотехнологий. Кафедра микробиологии и экологии. 2012. Доступно по адресу: Университет Валенсии.
6. Сако Ю., Такай К., Исида Ю., Учида А., Катаяма Ю. Rhodothermus obamensis sp. nov., современная линия чрезвычайно теплолюбивых морских бактерий. Int J Syst Bacteriol. тысяча девятьсот девяносто шесть; 46 (4): 1099-104.
7. Риос М. Нейда, Креспо М. Карла Ф., Террасас С. Луис Э., Альварес А. Мария Т. Выделение термофильных анаэробных штаммов, которые продуцируют целлюлазы и гемицеллюлазы, участвующие в производстве биоэтанола, с помощью традиционных методов культивирования и выделения, а не традиционный. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43-50. Доступно на: Magazinesbolivianas.org.b