BAKTERIE TERMOFILNE: CHARAKTERYSTYKA, SIEDLISKO, POKARM - BIOLOGIA - 2026

Te ciepłolubne bakterie, to te, które mają zdolność do wzrostu w warunkach w temperaturze wyższej niż 50 ° C Siedliska tych mikroorganizmów to miejsca bardzo wrogie, takie jak m.in. kominy hydrotermalne, obszary wulkaniczne, gorące źródła i pustynie. W zależności od zakresu temperatur, które obsługują, mikroorganizmy te są klasyfikowane jako termofile, ekstremalne termofile i hipertermofile.

Termofile rozwijają się w zakresie temperatur od 50 do 68 ° C, a ich optymalna temperatura wzrostu przekracza 60 ° C. Ekstremalne termofile rosną w zakresie od 35 do 70 ° C, przy optymalnej temperaturze 65 ° C, a hipertermofile żyją w zakresie temperatur od 60 do 115 ° C, z optymalnym wzrostem przy ≥80 ° C.

Zdjęcie po lewej: Środowisko, w którym żyją bakterie termofilne. Obraz po prawej: figuratywne przedstawienie bakterii termofilnych. Źródło: Lewy obraz pxhere, prawy obraz pixabay

Jako przykłady ogólnie bakterii ciepłolubnych można wymienić między innymi: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis i Thermus aquaticus.

Te mikroorganizmy mają specjalne właściwości strukturalne, które zapewniają im odporność na wysokie temperatury. W rzeczywistości ich morfologia jest tak różna, że ​​nie mogą rozwijać się w niższych temperaturach.

cechy

Bakterie termofilne mają szereg cech, które sprawiają, że są przystosowane do środowisk o bardzo wysokich temperaturach.

Z jednej strony błona komórkowa tych bakterii zawiera dużą ilość długołańcuchowych nasyconych lipidów. Dzięki temu radzą sobie z wysokimi temperaturami i zachowują odpowiednią przepuszczalność oraz elastyczność, potrafiąc wymieniać substancje ze środowiskiem bez niszczenia siebie.

Z drugiej strony, chociaż wiadomo, że białka generalnie ulegają denaturacji w wysokich temperaturach, białka obecne w bakteriach termofilnych posiadają wiązania typu kowalencyjnego, które oddziałują hydrofobowo. Ta cecha zapewnia stabilność tego typu bakterii.

Podobnie enzymy wytwarzane przez bakterie termofilne są białkami termostabilnymi, ponieważ mogą one pełnić swoje funkcje w nieprzyjaznym środowisku, w którym rozwijają się te bakterie, bez utraty swojej konfiguracji.

W odniesieniu do krzywej wzrostu bakterie ciepłolubne charakteryzują się wysokim współczynnikiem rozmnażania, ale mają krótszy okres półtrwania niż inne klasy mikroorganizmów.

Przydatność bakterii ciepłolubnych w przemyśle

Obecnie różne rodzaje przemysłu wykorzystują enzymy pochodzenia bakteryjnego do przeprowadzania różnych procesów. Część z nich pochodzi od bakterii ciepłolubnych.

Wśród enzymów najczęściej izolowanych z bakterii termofilnych, które mogą znaleźć zastosowanie przemysłowe, znajdują się enzymy α-amylazy, ksylanazy, polimeraza DNA, katalazy i proteazy serynowe, wszystkie termostabilne.

Enzymy te są wyjątkowe, ponieważ są zdolne do działania w wysokich temperaturach, w których inne podobne enzymy wytwarzane przez bakterie mezofilne ulegałyby denaturacji.

Dlatego są idealne do procesów wymagających wysokich temperatur lub w procesach, w których istotne jest zminimalizowanie namnażania się bakterii mezofilnych.

Przykłady

Jako przykład zastosowania w przemyśle enzymów z bakterii termofilnych można wymienić zastosowanie polimerazy DNA (polimerazy taq) w technice łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR).

Ta technika powoduje denaturację DNA w wysokich temperaturach, bez ryzyka uszkodzenia enzymu polimerazy taq. Pierwszą zastosowaną polimerazę taq wyizolowano z gatunku Thermus aquaticus.

Z drugiej strony bakterie ciepłolubne można wykorzystać do zminimalizowania szkód spowodowanych zanieczyszczeniem środowiska.

Na przykład badania wykazały, że niektóre bakterie ciepłolubne mogą eliminować związki toksyczne dla środowiska. Tak jest w przypadku polichlorobifenylu (substancji zanieczyszczającej m.in. w tworzywach sztucznych i czynnikach chłodniczych).

Jest to możliwe dzięki temu, że niektóre bakterie ciepłolubne mogą wykorzystywać jako źródło węgla pierwiastki takie jak bifenyl, 4-chlorobifenyl i kwas benzoesowy. W związku z tym rozkładają polichlorowane bifenyle, eliminując je ze środowiska.

Z drugiej strony bakterie te doskonale radzą sobie z recyklingiem pierwiastków, takich jak azot i siarka w glebie. Dzięki temu mogą być używane do naturalnego nawożenia ziemi bez konieczności stosowania sztucznych (chemicznych) nawozów.

Podobnie, niektórzy badacze proponują wykorzystanie bakterii termofilnych w celu uzyskania substancji wytwarzających energię alternatywną, takich jak biogaz, biodiesel i bioetanol, poprzez hydrolizę odpadów rolno-przemysłowych, sprzyjając procesom bioremediacji.

Siedlisko

Siedlisko bakterii ciepłolubnych składa się z miejsc lądowych lub morskich charakteryzujących się wysokimi temperaturami. Inne czynniki towarzyszące temperaturze to pH środowiska, stężenie soli i związków chemicznych (organicznych i nieorganicznych), które mogą być obecne.

W zależności od specyfiki podłoża rozwinie się w nim pewien rodzaj bakterii termofilnych lub inny.

Wśród najczęstszych siedlisk tego typu bakterii można wymienić: kominy hydrotermalne, obszary wulkaniczne, gorące źródła i pustynie.

Karmienie

Bakterie termofilne generalnie wymagają do wzrostu złożonych pożywek hodowlanych. Wśród składników odżywczych, których mogą potrzebować, są: ekstrakt drożdżowy, trypton, kazaminokwasy, glutaminian, prolina, seryna, celobioza, trehaloza, sacharoza, octan i pirogronian.

Agar stosowany do izolacji niektórych bakterii ciepłolubnych to agar Luria-Ber-tani. Zawiera hydrolizowaną kazeinę, ekstrakt drożdżowy, NaCl, agar i wodę destylowaną o pH dostosowanym do 7,0 ± 0,2.

Bakterie termofilne jako zanieczyszczenia przetworzonej żywności

Większość bakterii ciepłolubnych jest saprofityczna i nie powoduje chorób u ludzi. Jednak przy produkcji żywności mogą występować czynniki sprzyjające namnażaniu się mikroorganizmów ciepłolubnych, które mogą być szkodliwe.

Na przykład w produkcji produktów mlecznych pasteryzacja jest stosowana jako metoda odkażania żywności. Ta metoda ma zagwarantować jakość sanitarną; nie jest jednak niezawodny, ponieważ zarodnikujące bakterie termofilne mogą przetrwać ten proces.

Dzieje się tak, ponieważ chociaż komórka wegetatywna większości zarodnikujących bakterii nie jest odporna na ciepło, zarodniki są.

Istnieją bakterie zarodnikowe, które stanowią realne zagrożenie dla spożycia przez ludzi. Na przykład zarodniki następujących gatunków: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Konserwy o niskiej zawartości kwasu są zwykle atakowane przez beztlenowe bakterie termofilne tworzące zarodniki, takie jak Geobacillus stearothermophilus. Bakteria ta fermentuje węglowodany i wytwarza nieprzyjemny kwaśny smak z powodu produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych.

Podobnie, żywność w puszkach o wysokiej kwasowości może być zanieczyszczona Clostridium thermosaccharolyticum. Ten mikroorganizm jest silnie sacharolityczny i powoduje wybrzuszenie puszki z powodu dużej produkcji gazu.

Ze swojej strony Desulfotomaculum nigrificans atakuje również żywność w puszkach. Chociaż puszka nie nosi śladów manipulacji, po jej odkorkowaniu można wyczuć silnie kwaśny zapach i wyczernione jedzenie. Czarny kolor wynika z faktu, że bakterie wytwarzają siarkowodór, który z kolei reaguje z żelazem w pojemniku, tworząc związek tego koloru.

Wreszcie Bacillus cereus i Clostridium perfringens powodują zatrucia pokarmowe, a Clostridium botulinum wydziela silną neurotoksynę w pożywieniu, która po spożyciu powoduje śmierć.

Przykłady bakterii termofilnych

Rhodothermus obamensis

Bakterie morskie, Gram-ujemne, heterotroficzne, tlenowe i hipertermofilne pałeczki.

Rodzaj Caldicellulosiruptor

Bakterie beztlenowe, Gram dodatnie, skrajnie ciepłolubne, zarodnikujące.

Klasa Thermomicrobium

Są to bakterie tlenowe, hipertermofilne, heterotroficzne, o zmiennej gramaturze.

Rhodothermus marinus

Gram-ujemne, tlenowe, ekstremalnie ciepłolubne i halofilne pałeczki. Zbadano produkcję termostabilnych enzymów, zwłaszcza do hydrolizy polisacharydów i syntezy DNA, które są interesujące dla przemysłu.

Deferribacter desulfuricans

Bakterie beztlenowe, ekstremalnie ciepłolubne, heterotroficzne, redukujące siarkę, azotany i arsenany.

Marinithermus

Pałeczki lub włókna Gram-ujemne, ekstremalnie ciepłolubne, ściśle tlenowe, heterotroficzne.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Gatunki morskie, hipertermofilne, beztlenowe, Gram-ujemne, chemolytoautotroficzne (redukujące siarczany), niezarodnikujące.

Thermus aquaticus

Bakterie gramujemne, hipertermofilne, heterotroficzne i tlenowe. Syntetyzuje termostabilny enzym używany w PCR o nazwie polimeraza taq DNA.

Sulfurivirga caldicuralii

Ekstremalnie termofilny, mikroaerofilny, chemolitoautotroficzny utleniacz tiosiarczanowy.

Geobacillus

Gram-dodatnie, sporulowane, ekstremalnie ciepłolubne pałeczki. Jego zarodniki są wykorzystywane w laboratoriach mikrobiologicznych jako kontrola biologiczna do oceny prawidłowego działania autoklawu.

Płeć

Gatunki z tego rodzaju charakteryzują się tym, że są Gram ujemne, hipertermofilne, choć ich zakres wzrostu jest szeroki, organizmów morskich, nie tworzą zarodników, są bezwzględnymi beztlenowcami lub mikroaerofilami.

Tabela porównawcza między najważniejszymi gatunkami

Źródło: opracował mgr inż. Marielsa Gil.

Bibliografia

1. Gallut P. Izolacja i hodowla mikroorganizmów związanych z onkoidami ze źródeł hydrotermalnych Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Praca dyplomowa mająca na celu uzyskanie stopnia magistra. Centrum Badań Biologicznych. 2016. Dostępne pod adresem: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fizjologia i biologia molekularna. Ekstremofile. 2006; 10 (1): 1-16. Dostępne w: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. ” Wikipedia, wolna encyklopedia. 24 listopada 2018, 10:28 UTC. 9 maja 2019, 01:55 en.wikipedia.lub
4. Thwaite J, Atkins H. Sterylization test bacilli. In Medical Microbiology (wydanie osiemnaste).
5. Reyes T. Morska różnorodność biologiczna bakterii: nowe taksony uprawne. Praca dyplomowa do tytułu doktora biotechnologii. Katedra Mikrobiologii i Ekologii. 2012. Dostępne na: University of Valencia.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., nowoczesna linia niezwykle ciepłolubnych bakterii morskich. Int J Syst Bacteriol. 1996; 46 (4): 1099–104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Izolacja termofilnych szczepów beztlenowych, które wytwarzają celulazy i hemicelulazy zaangażowane w produkcję bioetanolu za pomocą tradycyjnej kultury i technik izolacji, a nie tradycyjny. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43–50. Dostępne pod adresem: magazinesbolivianas.org.b