TERMOFĪLĀS BAKTĒRIJAS: RAKSTUROJUMS, BIOTOPS, PĀRTIKA - BIOLOĢIJA - 2025

Par termofīlo baktērijas ir tie, kas ir spēja augt vidē ar temperatūrā, kas augstāka par 50 ° C Šo mikroorganismu dzīvotnes ir ļoti naidīgas vietas, piemēram, hidrotermiskās atveres, vulkānu zonas, karstie avoti un tuksneši. Atkarībā no temperatūras diapazona, kuru tie atbalsta, šie mikroorganismi tiek klasificēti kā termofīli, galējie termofīli un hipertermofīli.

Termofīli plaukst temperatūras diapazonā no 50 līdz 68 ° C, to optimālā augšanas temperatūra ir augstāka par 60 ° C. Galējie termofīli aug diapazonā no 35 līdz 70 ° C, optimālā temperatūra ir 65 ° C, un hipertermofīli dzīvo temperatūras diapazonā no 60 līdz 115 ° C, optimālais pieaugums ir ≥80 ° C.

Attēls kreisajā pusē: Vide, kurā dzīvo termofīlās baktērijas. Attēls labajā pusē: termofīlo baktēriju figurāls attēlojums. Avots: kreisā attēla pxhere, labā attēla pixabay

Kā termofīlo baktēriju piemērus kopumā var minēt Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis un Thermus aquaticus.

Šiem mikroorganismiem ir īpašas struktūras īpašības, kas dod tiem spēju izturēt augstu temperatūru. Faktiski to morfoloģija ir tik atšķirīga, ka zemākā temperatūrā tie nevar attīstīties.

raksturojums

Termofīlām baktērijām ir virkne īpašību, kas padara tās pielāgojamas vidēm ar ļoti augstu temperatūru.

No vienas puses, šo baktēriju šūnu membrānā ir liels garu ķēžu piesātinātu lipīdu daudzums. Tas viņiem ļauj tikt galā ar augstām temperatūrām un uzturēt atbilstošu caurlaidību un elastību, spējot apmainīties ar vielām ar apkārtējo vidi, nesabojājot sevi.

No otras puses, kaut arī ir zināms, ka olbaltumvielas parasti denaturējas augstā temperatūrā, olbaltumvielām, kas atrodas termofīlajās baktērijās, piemīt kovalenta tipa saites, kas mijiedarbojas hidrofobiski. Šī īpašība nodrošina stabilitāti šāda veida baktērijām.

Tāpat fermentus, ko ražo termofīlās baktērijas, ir termostabili proteīni, jo tie var veikt savas funkcijas naidīgā vidē, kur šīs baktērijas attīstās, nezaudējot konfigurāciju.

Termofīlām baktērijām ir augsts reprodukcijas ātrums, salīdzinot ar to augšanas līkni, taču tām ir īsāks pussabrukšanas periods nekā citām mikroorganismu klasēm.

Termofīlo baktēriju lietderība rūpniecībā

Mūsdienās dažādu veidu rūpniecībā dažādu procesu veikšanai tiek izmantoti baktēriju izcelsmes fermenti. Daži no tiem nāk no termofīlām baktērijām.

Starp fermentiem, kas visbiežāk tiek izolēti no termofīlām baktērijām un kuri, iespējams, tiek izmantoti rūpniecībā, ir fermenti α-amilāzes, ksilanāzes, DNS polimerāze, katalāzes un serīna proteāzes, visi termostabilie.

Šie fermenti ir īpaši, jo tie ir spējīgi darboties augstā temperatūrā, kur citi līdzīgi enzīmi, ko ražo mezofīlās baktērijas, denaturējas.

Tādēļ tie ir ideāli piemēroti procesiem, kuriem nepieciešama augsta temperatūra, vai procesos, kur ir svarīgi līdz minimumam samazināt mezofilo baktēriju izplatīšanos.

Piemēri

Kā termofīlo baktēriju fermentu izmantošanas piemēru rūpniecībā var minēt DNS polimerāzes (taq polimerāzes) izmantošanu polimerāzes ķēdes reakcijas (PCR) tehnikā.

Šis paņēmiens denaturē DNS augstā temperatūrā, neriskējot, ka tiek sabojāts enzīms taq polimerāzes. Pirmā izmantotā taq polimerāze tika izolēta no sugas Thermus aquaticus.

No otras puses, termofīlās baktērijas var izmantot, lai mazinātu kaitējumu, ko rada vides piesārņojums.

Piemēram, pētījumi atklāja, ka dažas termofīlas baktērijas var izvadīt videi toksiskus savienojumus. Tas attiecas uz polihlorbifenilu (piesārņojoša viela, kas, cita starpā, atrodama plastmasās un aukstumnesējos).

Tas ir iespējams, pateicoties faktam, ka noteiktas termofīlās baktērijas kā oglekļa avotu var izmantot tādus elementus kā bifenils, 4-hlorbifenils un benzoskābe. Tādēļ tie noārda polihlorbifenilus, izdalot tos no apkārtējās vides.

No otras puses, šīs baktērijas lieliski pārstrādā augsnē tādus elementus kā slāpeklis un sērs. Tādēļ tos var izmantot zemes dabiskai mēslošanai, neizmantojot mākslīgus (ķīmiskus) mēslojumus.

Tāpat daži pētnieki ierosina izmantot termofīlās baktērijas, lai iegūtu vielas, kuras, izmantojot agroindustriālo atkritumu hidrolīzi, rada alternatīvu enerģiju, piemēram, biogāzi, biodīzeļdegvielu un bioetanolu, dodot priekšroku bioremedicācijas procesiem.

Biotops

Termofīlo baktēriju dzīvotni veido sauszemes vai jūras vietas, kurām raksturīga augsta temperatūra. Citi faktori, kas pavada temperatūru, ir barotnes pH, sāļu un ķīmisko savienojumu (organisko un neorganisko) koncentrācija, kas var būt.

Atkarībā no barotnes īpašajām īpašībām tajā attīstīsies noteikta veida termofīlās baktērijas.

Starp visbiežāk sastopamajiem šāda veida baktēriju biotopiem var minēt: hidrotermiskās atveres, vulkāniskos apgabalus, karstos avotus un tuksnešus.

Barošana

Termofīlām baktērijām parasti ir vajadzīgas sarežģītas barotnes. Starp barības vielām, kuras tām var būt vajadzīgas, ir šādas: rauga ekstrakts, triptons, kazamino skābes, glutamāts, prolīns, serīns, cellobiose, trehaloze, saharoze, acetāts un piruvāts.

Agars, ko izmanto dažu termofilu baktēriju izolēšanai, ir Luria-Ber-tani agars. Satur hidrolizētu kazeīnu, rauga ekstraktu, NaCl, agaru un destilētu ūdeni ar pH, kas noregulēts līdz 7,0 ± 0,2.

Termofīlās baktērijas kā apstrādātu pārtikas produktu piesārņotāji

Lielākā daļa termofīlo baktēriju ir saprofītiskas un neizraisa slimības cilvēkiem. Tomēr pārtikas ražošanā var būt faktori, kas veicina termofīlo mikroorganismu izplatīšanos, kas var būt kaitīgi.

Lai sniegtu piemēru, piena produktu ražošanā pasterizāciju izmanto kā pārtikas dekontaminācijas metodi. Paredzēts, ka šī metode garantē sanitāro kvalitāti; tomēr tas nav drošs, jo sporulētās termofīlās baktērijas var izdzīvot šo procesu.

Tas notiek tāpēc, ka, lai arī vairumam sporēto baktēriju veģetatīvās šūnas nav karstumizturīgas, sporas ir.

Ir sporētas baktērijas, kas rada reālas briesmas cilvēku patēriņam. Piemēram, šādu sugu sporas: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Konservētos produktus ar zemu skābes līmeni parasti uzbrūk sporas veidojošās anaerobās termofīlās baktērijas, piemēram, Geobacillus stearothermophilus. Šīs baktērijas fermentē ogļhidrātus un rada nepatīkamu skābu garšu, pateicoties īsas ķēdes taukskābju ražošanai.

Tāpat konservi ar augstu skābumu var būt piesārņoti ar Clostridium thermosaccharolyticum. Šis mikroorganisms ir ļoti saharolītisks un lielās gāzes ražošanas dēļ izraisa kannas izspiešanos.

No savas puses Desulfotomaculum nigrificans uzbrūk arī konserviem. Lai arī kārbā nav manāmas iejaukšanās pazīmes, atverot kannu, var sajust spēcīgu skābu smaku un tiek novērota melna krāsa. Melnā krāsa ir saistīta ar faktu, ka baktērijas ražo sērūdeņradi, kas savukārt reaģē ar traukā esošo dzelzi, veidojot šīs krāsas savienojumu.

Visbeidzot, Bacillus cereus un Clostridium perfringens izraisa saindēšanos ar pārtiku, un Clostridium botulinum pārtikā izdala spēcīgu neirotoksīnu, kas, patērējot, izraisa nāvi.

Termofīlo baktēriju piemēri

Rhodothermus obamensis

Jūras baktērijas, gramnegatīvas, heterotrofiskas, aerobās un hipertermofīlās baktērijas.

Ģints Caldicellulosiruptor

Anaerobās baktērijas, grampozitīvas, ārkārtīgi termofīlas, sporētas.

Termomikrobiuma klase

Tās ir aerobo hipertermofīlās baktērijas, heterotrofiskas, ar mainīgu gramu.

Rhodothermus marinus

Gramnegatīvi, aerobi, galēji termofīli un halogēni baciļi. Ir pētīta tās termostabilo enzīmu ražošana, īpaši polisaharīdu hidrolizēšanai un DNS sintēzei, kas abus interesē nozarē.

Deferribacter desulfuricans

Anaerobās baktērijas, īpaši termofīlas, heterotrofiskas, reducējot sēru, nitrātu un arsenātu.

Marinithermus

Gramnegatīvie stieņi vai pavedieni, īpaši termofīli, stingri aerobiski heterotrofiski.

Thermodesulfobacterium Hydroiphilum

Jūras sugas, hipertermofīlas, anaerobas, gramnegatīvas, ķīmijotoautotrofiskas (reducējošas ar sulfātiem), nesporētas.

Thermus aquaticus

Gramnegatīvas, hipertermofīlas, heterotrofiskas un aerobās baktērijas. Tas sintezē termostabilu fermentu, ko izmanto PCR, ko sauc par taq DNS polimerāzi.

Sulfurivirga caldicuralii

Īpaši termofīls, mikroaerofils ķīmijotoautotrofs, tiosulfāta oksidētājs.

Geobacillus

Grampozitīvi sporēti galēji termofīlie stieņi. Tās sporas izmanto mikrobioloģijas laboratorijās kā bioloģisko kontroli, lai novērtētu autoklāva pareizu darbību.

Dzimums

Šīs ģints sugas raksturo gramnegatīvas, hipertermofīlas, kaut arī to augšanas amplitūda ir plaša, jūras dzīvniekiem, tās neveido sporas, tām ir obligāti anaerobi vai mikroaerofili.

Salīdzinošā tabula starp visatbilstošākajām sugām

Avots: sagatavojusi autore Msc. Marielsa Gil.

Atsauces

1. Gallut P. Mikroorganismu, kas saistīti ar onkoīdiem, izolēšana un kultūra no Santispakas, Bahía Concepción, BCS, Meksikas hidrotermiskajiem avotiem. Promocijas darbs zinātņu maģistra grāda iegūšanai. Bioloģisko pētījumu centrs. 2016. Pieejams vietnē: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fizioloģija un molekulārā bioloģija. Ekstremofili. 2006; 10 (1): 1-16. Pieejams: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija. 2018. gada 24. novembris, 10:28 UTC. 2019. gada 9. maijs, 01:55 lv.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Sterilizācijas testa baciļi. Medicīnas mikrobioloģijā (astoņpadsmitais izdevums).
5. Reyes T. Jūras baktēriju bioloģiskā daudzveidība: jauni kultivējamie taksoni. Darbs, lai pretendētu uz biotehnoloģijas doktora titulu. Mikrobioloģijas un ekoloģijas katedra. 2012. Pieejams: Valensijas universitātē.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., mūsdienīga ārkārtīgi termofilu jūras baktēriju līnija. Int J Syst Bacteriol. deviņpadsmit deviņdesmit seši; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Termofilo anaerobo celmu, kas ražo bioetanola ražošanā iesaistītās celulāzes un hemicelulāzes, izdalīšana, izmantojot tradicionālās kultūras un izolācijas paņēmienus, nevis tradicionāls. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43-50. Pieejams: magazinesbolivianas.org.b