TERMOFILNE BAKTERIJE: ZNAČILNOSTI, HABITAT, HRANA - BIOLOGIJA - 2026

V termofilni bakterije so tisti, ki imajo sposobnost, da rastejo v okoljih s temperaturo višja od 50 ° C Habitati teh mikroorganizmov so med drugim zelo sovražni kraji, kot so med drugim hidrotermalni zračniki, vulkanska območja, vrelci in puščave. Ti mikroorganizmi so glede na temperaturni razpon, ki ga podpirajo, razvrščeni kot termofili, ekstremni termofili in hipertermofili.

Termofili uspevajo v temperaturnem območju med 50 in 68 ° C, njihova optimalna rastna temperatura je več kot 60 ° C. Ekstremni termofili rastejo v območju od 35 do 70 ° C, z optimalno temperaturo 65 ° C, hipertermofili pa živijo v temperaturnem območju od 60 do 115 ° C, z optimalno rastjo pri ≥80 ° C.

Slika na levi: Okolje, kjer živijo termofilne bakterije. Slika na desni: figurativni prikaz termofilnih bakterij. Vir: Leva slika pxhere, desna slika pixabay

Kot primere termofilnih bakterij na splošno lahko navedemo naslednje: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis in Thermus aquaticus.

Ti mikroorganizmi imajo posebne strukturne značilnosti, ki jim omogočajo, da prenesejo visoke temperature. Pravzaprav je njihova morfologija tako različna, da se pri nižjih temperaturah ne morejo razviti.

značilnosti

Termofilne bakterije imajo vrsto lastnosti, zaradi katerih so prilagojene okolju z zelo visokimi temperaturami.

Po eni strani ima celična membrana teh bakterij veliko količino nasičenih lipidov z dolgo verigo. To jim omogoča, da se spopadajo z visokimi temperaturami in ohranjajo primerno prepustnost in prožnost, pri čemer si lahko izmenjujejo snovi z okoljem, ne da bi se uničili.

Čeprav je znano, da beljakovine na splošno denaturirajo pri visokih temperaturah, imajo beljakovine v termofilnih bakterijah kovalentne vezi, ki medsebojno delujejo hidrofobno. Ta lastnost zagotavlja stabilnost te vrste bakterij.

Prav tako so encimi, ki jih proizvajajo termofilne bakterije, termostabilni proteini, saj lahko opravljajo svoje funkcije v sovražnih okoljih, kjer se te bakterije razvijajo, ne da bi pri tem izgubile svojo konfiguracijo.

Termofilne bakterije imajo glede na svojo rastno krivuljo visoko stopnjo razmnoževanja, vendar imajo krajši razpolovni čas kot drugi razredi mikroorganizmov.

Uporabnost termofilnih bakterij v industriji

Danes različne vrste industrije uporabljajo encime bakterijskega izvora za izvajanje različnih procesov. Nekatere izvirajo iz termofilnih bakterij.

Med encimi, ki jih najpogosteje izolirajo iz termofilnih bakterij z možno industrijsko uporabo, sodijo encimi α-amilaze, ksilanaze, DNA polimeraza, katalaze in serinske proteaze, vsi termostabilni.

Ti encimi so posebni, ker lahko delujejo pri visokih temperaturah, kjer bi denaturirali druge podobne encime, ki jih tvorijo mezofilne bakterije.

Zato so idealni za procese, ki zahtevajo visoke temperature ali za procese, pri katerih je bistveno, da se čim bolj zmanjša širjenje mezofilnih bakterij.

Primeri

Kot primer uporabe encimov iz termofilnih bakterij v industriji lahko omenimo uporabo DNK polimeraze (taq polimeraza), v tehniki verižne reakcije polimeraze (PCR).

Ta tehnika denaturira DNK pri visokih temperaturah, ne da bi prišlo do poškodbe encima polimeraze taq. Prvo uporabljeno polimerazo taq smo izolirali iz vrste Thermus aquaticus.

Po drugi strani pa lahko termofilne bakterije uporabimo za zmanjšanje škode, ki jo povzroči onesnaževanje okolja.

Raziskave so na primer razkrile, da nekatere termofilne bakterije lahko izločijo spojine, ki so strupene za okolje. Tak primer je poliklorobifenil (onesnaževalna snov, ki je med drugimi spojinami prisotna v plastiki in hladilnih sredstvih).

To je mogoče zahvaljujoč dejstvu, da nekatere termofilne bakterije lahko kot vir ogljika uporabljajo elemente, kot so bifenil, 4-klorobifenil in benzojska kislina. Zato razkrojijo poliklorirane bifenile in jih izločijo iz okolja.

Po drugi strani so te bakterije odlične pri recikliranju elementov, kot sta dušik in žveplo v tleh. Zaradi tega jih je mogoče uporabiti za naravno gnojenje zemlje brez potrebe po umetnih (kemičnih) gnojilih.

Prav tako nekateri raziskovalci predlagajo uporabo termofilnih bakterij za pridobivanje snovi, ki ustvarjajo alternativno energijo, kot so bioplin, biodizel in bioetanol s hidrolizo agro-industrijskih odpadkov, kar daje prednost procesom bioremediacije.

Habitat

Habitat termofilnih bakterij sestavljajo kopenski ali morski kraji, za katere so značilne visoke temperature. Drugi dejavniki, ki spremljajo temperaturo, so pH medija, koncentracija soli in kemičnih spojin (organskih in anorganskih), ki so lahko prisotne.

Glede na posebne lastnosti medija se bo v njem razvila določena vrsta termofilnih bakterij.

Med najpogostejšimi habitati za to vrsto bakterij lahko omenimo naslednje: hidrotermalni zračniki, vulkanska območja, vrelci in puščave.

Hranjenje

Termofilne bakterije navadno potrebujejo zapleteno gojišče za rast. Med hranila, ki jih morda potrebujejo, so: ekstrakt kvasa, tripton, kazamino kisline, glutamat, prolin, serin, celobioza, trehaloza, saharoza, acetat in piruvat.

Agar, ki se uporablja za izolacijo nekaterih termofilnih bakterij, je agar Luria-Ber-tani. Vsebuje hidroliziran kazein, ekstrakt kvasa, NaCl, agar in destilirano vodo s pH, prilagojenim na 7,0 ± 0,2.

Termofilne bakterije kot kontaminanti predelane hrane

Večina termofilnih bakterij je saprofitnih in pri ljudeh ne povzročajo bolezni. Vendar pa lahko pri proizvodnji hrane obstajajo dejavniki, ki ugodno vplivajo na širjenje termofilnih mikroorganizmov, ki so lahko škodljivi.

Za primer, pri proizvodnji mlečnih izdelkov se pasterizacija uporablja kot metoda dekontaminacije hrane. Ta metoda naj bi zagotovila sanitarno kakovost; vendar ni brezhibno, ker lahko sporizirane termofilne bakterije preživijo ta proces.

To je zato, ker so spore, čeprav vegetativne celice večine sporuliranih bakterij niso toplotno odporne.

Obstajajo sporirane bakterije, ki predstavljajo resnično nevarnost za prehrano ljudi. Na primer, spore naslednjih vrst: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Konzervirane izdelke z nizko kislino običajno napadejo anaerobne termofilne bakterije, ki tvorijo spore, kot je Geobacillus stearothermophilus. Ta bakterija fermentira ogljikove hidrate in ustvarja neprijeten kisel okus zaradi proizvodnje kratkoverižnih maščobnih kislin.

Prav tako lahko visoko kisla konzervirana hrana kontaminira s Clostridium thermosaccharolyticum. Ta mikroorganizem je zelo saharolitičen in povzroča izbokline pločevinke zaradi visoke proizvodnje plina.

Desulfotomaculum nigrificans napada tudi konzervirano hrano. Čeprav pločevinka ne kaže nobenih znakov nedovoljenega posega, lahko pri odklepanju pločevinke zaznate močan kisel vonj in opazite pocrnjeno hrano. Črna barva je posledica dejstva, da bakterije proizvajajo vodikov sulfid, ki pa reagira z železom v posodi in tvori spojino te barve.

Nazadnje Bacillus cereus in Clostridium perfringens povzročajo zastrupitev s hrano, Clostridium botulinum pa izloča močan nevrotoksin v hrani, ki ob zaužitju povzroči smrt.

Primeri termofilnih bakterij

Rhodothermus obamensis

Morske bakterije, Gram negativni, heterotrofni, aerobni in hipertermofilni bacili.

Rod Caldicellulosiruptor

Anaerobne bakterije, Gram pozitivne, ekstremno termofilne, sporulirane.

Razred termikrobijev

So aerobne hipertermofilne bakterije, heterotrofne, s spremenljivim Gramom.

Rhodothermus marinus

Gram negativni, aerobni, ekstremno termofilni in halofilni bacili. Proučevali smo njegovo proizvodnjo termostabilnih encimov, zlasti za hidrolizo polisaharidov in za sintezo DNK, ki sta zanimiva za industrijo.

Deferribacter desulfuricans

Anaerobne bakterije, ekstremno termofilne, heterotrofne, reducirajo žveplo, nitrati in arsenat.

Marinithermus

Gram negativne palice ali nitke, ekstremno termofilne, strogo aerobne heterotrofne.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Morske vrste, hipertermofilne, anaerobne, Gram negativne, hemolitoautotrofne (zmanjšanje sulfata), niso sporirane.

Thermus aquaticus

Gram negativne, hipertermofilne, heterotrofne in aerobne bakterije. Sintetizira termostabilni encim, ki se uporablja v PCR, imenovan taq DNA polimeraza.

Sulfurivirga caldicuralii

Ekstremni termofilni, mikroaerofilni hemolitoavtrotrofni, tiosulfatni oksidant.

Geobacillus

Gram pozitivne, sporirane, ekstremne termofilne palice. Njeni spori se v mikrobioloških laboratorijih uporabljajo kot biološki nadzor za oceno pravilnega delovanja avtoklava.

Spol

Za vrste tega rodu je značilno, da so po gramu negativne, hipertermofilne, čeprav je njihov razpon rasti širok, morskega življenja, ne tvorijo spore, so obligacijski anaerobi ali mikroaerofili.

Primerjalna tabela med najpomembnejšimi vrstami

Vir: Pripravil avtor mag. Marielsa Gil.

Reference

1. Gallut P. Izolacija in kultura mikroorganizmov, povezanih z onkoidi, iz hidrotermalnih izvirov Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Teza za pridobitev diplome magistra znanosti. Biološko raziskovalno središče. 2016. Dostopno na: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fiziologija in molekularna biologija. Ekstremofili. 2006; 10 (1): 1-16. Na voljo v: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Wikipedija, prosta enciklopedija. 24. november 2018, 10:28 UTC 9. maj 2019, 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Sterilizacijski preskusni bacili. V medicinski mikrobiologiji (osemnajsta izdaja).
5. Reyes T. Morska bakterijska biotska raznovrstnost: nove obdelovalne taksone. Naloga za pridobitev naziva doktor biotehnologije. Oddelek za mikrobiologijo in ekologijo. 2012. Dostopno na: Univerza v Valenciji.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., sodobna linija izredno termofilnih morskih bakterij. Int J Syst Bakteriol. devetnajst devetinšestdeset; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Izolacija termofilnih anaerobnih sevov, ki proizvajajo celulaze in hemiceluloze, ki sodelujejo pri proizvodnji bioetanola s tradicionalnimi kulturami in izolacijskimi tehnikami in ne tradicionalni. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43–50. Dostopno na: magazinibolivianas.org.b