ТЕРМОФИЛНИ БАКТЕРИИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, МЕСТООБИТАНИЕ, ХРАНА - БИОЛОГИЯ - 2025

На термофилни бактерии са тези, които имат способността да растат в среда с температура по-висока от 50 ° С Местообитанията на тези микроорганизми са много враждебни места, като хидротермални отвори, вулканични райони, горещи извори и пустини. В зависимост от температурния диапазон, който поддържат, тези микроорганизми се класифицират като термофили, крайни термофили и хипертермофили.

Термофилите процъфтяват в температурен диапазон между 50 и 68 ° C, като оптималната им температура на растеж е повече от 60 ° C. Екстремните термофили растат в диапазон от 35 до 70 ° C, с оптимална температура 65 ° C, а хипертермофилите живеят в температурен диапазон от 60 до 115 ° C, с оптимален растеж при ≥80 ° C.

Изображение вляво: среда, където живеят термофилни бактерии. Изображение вдясно: образно представяне на термофилни бактерии. Източник: Ляво изображение pxhere, дясно изображение pixabay

Като примери за термофилни бактерии като цяло могат да се посочат следното: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis и Thermus aquaticus, наред с други.

Тези микроорганизми имат специални структурни характеристики, които им дават способността да издържат на високи температури. Всъщност морфологията им е толкова различна, че не могат да се развият при по-ниски температури.

характеристики

Термофилните бактерии имат редица характеристики, които ги правят адаптирани към среда с много високи температури.

От една страна, клетъчната мембрана на тези бактерии има високо количество наситени липиди с дълги вериги. Това им позволява да се справят с високите температури и да поддържат адекватна пропускливост и гъвкавост, като успяват да обменят вещества с околната среда, без да се унищожават.

От друга страна, въпреки че е известно, че протеините обикновено денатурират при високи температури, протеините, присъстващи в термофилните бактерии, притежават ковалентни връзки, които взаимодействат хидрофобно. Тази характеристика осигурява стабилност на този тип бактерии.

По същия начин ензимите, произведени от термофилни бактерии, са термостабилни протеини, тъй като те могат да упражняват функциите си във враждебна среда, където се развиват тези бактерии, без да губят своята конфигурация.

Във връзка с тяхната крива на растеж термофилните бактерии имат висока степен на възпроизводство, но имат по-кратък период на полуразпад от другите класове микроорганизми.

Полезност на термофилните бактерии в промишлеността

Днес различните видове индустрии използват ензими с бактериален произход, за да осъществят различни процеси. Някои от тях идват от термофилни бактерии.

Сред ензимите, които най-често се изолират от термофилните бактерии с възможно индустриално приложение, са ензимите α-амилази, ксиланази, ДНК полимераза, каталази и серинови протеази, всички термостабилни.

Тези ензими са специални, тъй като са способни да действат при високи температури, където други подобни ензими, произведени от мезофилни бактерии, биха денатурирали.

Следователно, те са идеални за процеси, които изискват високи температури или за процеси, при които е от съществено значение да се сведе до минимум разпространението на мезофилни бактерии.

Примери

Като пример за използването на ензими от термофилни бактерии в индустрията, можем да споменем използването на ДНК полимераза (taq полимераза), в техниката на полимеразна верижна реакция (PCR).

Тази техника денатурира ДНК при високи температури, без риск от ензим taq полимераза да се повреди. Първата използвана taq полимераза беше изолирана от вида Thermus aquaticus.

От друга страна, термофилните бактерии могат да бъдат използвани за минимизиране на щетите, причинени от замърсяването на околната среда.

Например, изследванията разкриха, че някои термофилни бактерии могат да елиминират токсични за околната среда съединения. Такъв е случаят с полихлоробифенил (замърсяващо вещество, присъстващо в пластмасите и хладилните агенти, наред с други съединения).

Това е възможно благодарение на факта, че някои термофилни бактерии могат да използват елементи като бифенил, 4-хлоробифенил и бензоена киселина като източник на въглерод. Следователно те разграждат полихлорираните бифенили, като ги елиминират от околната среда.

От друга страна, тези бактерии са отлични при рециклирането на елементи като азот и сяра в почвата. Поради това те могат да бъдат използвани за естествено торене на земята без нужда от изкуствени (химически) торове.

По същия начин някои изследователи предлагат използването на термофилни бактерии за получаване на вещества, които генерират алтернативна енергия като биогаз, биодизел и биоетанол чрез хидролизата на агропромишлените отпадъци, благоприятстващи процесите на биоремедиация.

Среда на живот

Местообитанието на термофилните бактерии се състои от сухоземни или морски места, характеризиращи се с високите си температури. Други фактори, които съпътстват температурата, са рН на средата, концентрацията на соли и химическите съединения (органични и неорганични), които могат да присъстват.

В зависимост от специфичните характеристики на средата, в нея ще се развие определен тип термофилни бактерии или друга.

Сред най-често срещаните местообитания за този тип бактерии могат да се посочат следните: хидротермални отвори, вулканични райони, горещи извори и пустини.

хранене

Термофилните бактерии обикновено изискват сложна културална среда, за да растат. Сред хранителните вещества, от които те могат да се нуждаят, са следните: екстракт от дрожди, триптон, казаминокиселини, глутамат, пролин, серин, целобиоза, трехалоза, захароза, ацетат и пируват.

Агар, използван за изолирането на някои термофилни бактерии, е агарът Luria-Ber-tani. Съдържа хидролизиран казеин, екстракт от дрожди, NaCl, агар и дестилирана вода с рН, коригирано на 7,0 ± 0,2.

Термофилни бактерии като замърсители на преработените храни

Повечето термофилни бактерии са сапрофитни и не причиняват заболявания при хората. Въпреки това, при производството на храна може да има фактори, благоприятстващи разпространението на термофилни микроорганизми, които могат да бъдат вредни.

За да дадем пример, при производството на млечни продукти се използва пастьоризация като метод за обеззаразяване на храната. Този метод трябва да гарантира санитарно качество; това обаче не е глупаво, тъй като спорутираните термофилни бактерии могат да преживеят този процес.

Това е така, защото, въпреки че вегетативната клетка на повечето спорули бактерии не е устойчива на топлина, спорите са.

Има споролирани бактерии, които представляват реална опасност за консумация от човека. Например спорите на следните видове: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Консервираните продукти с ниска киселина обикновено се атакуват от образуващи спори анаеробни термофилни бактерии като Geobacillus stearothermophilus. Тази бактерия ферментира въглехидрати и създава неприятен кисел вкус поради производството на късоверижни мастни киселини.

По същия начин, висококиселите консервирани храни могат да бъдат замърсени с Clostridium thermosaccharolyticum. Този микроорганизъм е силно захаролитичен и причинява издуване на кутията поради високото производство на газ.

От своя страна Desulfotomaculum nigrificans атакува и консервираните храни. Въпреки че консервата не показва никакви признаци на подправяне, при отпушването на консервата можете да усетите силна кисела миризма и се наблюдава почернела храна. Черният цвят се дължи на факта, че бактериите произвеждат сероводород, който от своя страна реагира с желязото в контейнера, образувайки съединение от този цвят.

И накрая, Bacillus cereus и Clostridium perfringens причиняват хранително отравяне, а Clostridium botulinum отделя мощен невротоксин в храната, който при консумация причинява смърт.

Примери за термофилни бактерии

Rhodothermus obamensis

Морски бактерии, Грам отрицателни, хетеротрофни, аеробни и хипертермофилни бацили.

Род Caldicellulosiruptor

Анаеробни бактерии, грам положителни, изключително термофилни, спорулирани.

Термомикробиум клас

Те са аеробни хипертермофилни бактерии, хетеротрофни, с променлив Грам.

Rhodothermus marinus

Грам отрицателни, аеробни, екстремно термофилни и халофилни бацили. Проучено е неговото производство на термостабилни ензими, особено за хидролиза на полизахариди и за синтеза на ДНК, които са интересни за индустрията.

Deferribacter desulfuricans

Анаеробни бактерии, екстремни термофилни, хетеротрофни, редуциращи сяра, нитрати и арсенат.

Marinithermus

Грам-отрицателни пръчки или нишки, екстремни термофилни, строги аеробни хетеротрофни.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Морски видове, хипертермофилни, анаеробни, грамотрицателни, хемолитоавтотрофни (редуциране на сулфати), не спорулирани.

Thermus aquaticus

Грам-отрицателни, хипертермофилни, хетеротрофни и аеробни бактерии. Той синтезира термостабилен ензим, използван в PCR, наречен taq ДНК полимераза.

Sulfurivirga caldicuralii

Изключителен термофилен, микроаерофилен хемолитоавтотрофен, тиосулфатен окислител.

Geobacillus

Грам положителни, споролирани, екстремни термофилни пръчки. Спорите му се използват в лаборатории за микробиология като биологичен контрол за оценка на правилното функциониране на автоклава.

пол

Видовете от този род се характеризират с това, че са грамотрицателни, хипертермофилни, въпреки че обхватът им на растеж е широк, от морския живот, те не образуват спори, те са задължителни анаероби или микроаерофили.

Сравнителна таблица между най-подходящите видове

Източник: Изготвил авторът Мариелса Гил.

Препратки

1. Gallut P. Изолация и култура на микроорганизми, свързани с онкоиди от хидротермални извори на Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Теза за придобиване на степен на магистър. Биологичен изследователски център. 2016. Достъпно на: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: физиология и молекулярна биология. Екстремофили. 2006; 10 (1): 1-16. Достъпно в: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Уикипедия, Свободната енциклопедия. 24 ноември 2018 г., 10:28 UTC. 9 май 2019, 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Бацили за тест за стерилизация. В медицинската микробиология (Осемнадесето издание).
5. Reyes T. Морско бактериално биологично разнообразие: нови култивируеми таксони. Теза за придобиване на звание доктор по биотехнология. Катедра по микробиология и екология. 2012. Предлага се в: Университета на Валенсия.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. нов., модерна линия от изключително термофилни морски бактерии. Int J Syst бактериол. деветнадесет деветдесет и шест; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Изолиране на термофилни анаеробни щамове, които произвеждат целулази и хемицелулази, участващи в производството на биоетанол с помощта на традиционни техники за култура и изолация, а не традиционни. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43-50. Достъпно на: magazinesbolivianas.org.b