TERMOFIILISET BAKTEERIT: OMINAISUUDET, ELINYMPÄRISTÖ, RUOKA - BIOLOGIA - 2026

Termofiiliset bakteerit ovat ne, joilla on kyky kasvaa ympäristöissä, joissa lämpötila on yli 50 ° C: ssa Näiden mikro-organismien elinympäristöt ovat erittäin vihamielisiä paikkoja, kuten hydrotermiset tuuletusaukot, tulivuoren alueet, kuumat lähteet ja aavikot. Nämä mikro-organismit luokitellaan termofiileiksi, äärimmäisiksi termofiileiksi ja hypertermofiileiksi niiden tukemasta lämpötila-alueesta riippuen.

Termofiilit kukoistavat lämpötila-alueella 50-68 ° C, niiden optimaalisen kasvulämpötilan ollessa yli 60 ° C. Äärimmäiset termofiilit kasvavat alueella 35 - 70 ° C, optimaalisen lämpötilan ollessa 65 ° C, ja hypertermofiilit elävät lämpötila-alueella 60 - 115 ° C, optimaalisen kasvun ollessa ≥80 ° C.

Kuva vasemmalla: Ympäristö, jossa termofiiliset bakteerit elävät. Kuva oikealla: kuvioesitys termofiilisistä bakteereista. Lähde: Vasen kuva px, oikea kuva pixabay

Esimerkkeinä termofiilisistä bakteereista voidaan mainita mm. Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis ja Thermus aquaticus.

Näillä mikro-organismeilla on erityiset rakenteelliset ominaisuudet, jotka antavat niille kyvyn kestää korkeita lämpötiloja. Itse asiassa niiden morfologia on niin erilainen, että ne eivät voi kehittyä alhaisemmissa lämpötiloissa.

ominaisuudet

Termofiilisillä bakteereilla on joukko ominaisuuksia, jotka tekevät niistä sopeutuneita ympäristöihin, joissa on erittäin korkea lämpötila.

Toisaalta näiden bakteerien solukalvolla on suuri määrä pitkäketjuisia tyydyttyneitä lipidejä. Tämä antaa heille selviytyä korkeista lämpötiloista ja ylläpitää riittävää läpäisevyyttä ja joustavuutta, ja pystyy vaihtamaan aineita ympäristön kanssa tuhoamatta itseään.

Toisaalta, vaikka tiedetään, että proteiinit yleensä denaturoituvat korkeissa lämpötiloissa, termofiilisissä bakteereissa läsnä olevilla proteiineilla on kovalenttityyppisiä sidoksia, jotka ovat vuorovaikutuksessa hydrofobisesti. Tämä ominaisuus tarjoaa stabiilisuuden tämän tyyppisille bakteereille.

Samoin termofiilisten bakteerien tuottamat entsyymit ovat lämpöstabiileja proteiineja, koska ne voivat suorittaa toimintansa vihamielisissä ympäristöissä, joissa nämä bakteerit kehittyvät menettämättä konfiguraatiotaan.

Termofiilisillä bakteereilla on kasvukäyränsä suhteen korkea lisääntymisnopeus, mutta niiden puoliintumisaika on lyhyempi kuin muiden mikro-organismien luokkien.

Termofiilisten bakteerien hyödyllisyys teollisuudessa

Nykyään erityyppiset teollisuudenalat käyttävät bakteeriperäisiä entsyymejä suorittamaan erilaisia ​​prosesseja. Jotkut heistä ovat peräisin termofiilisistä bakteereista.

Termofiilisistä bakteereista useimmin eristettyjen entsyymien joukossa, joilla on mahdollisia teollisia sovelluksia, ovat entsyymit a-amylaasit, ksylanaasit, DNA-polymeraasi, katalaasit ja seriiniproteaasit, kaikki lämpöstabiilit.

Nämä entsyymit ovat erityisiä, koska ne kykenevät toimimaan korkeissa lämpötiloissa, joissa muut vastaavat mesofiilisten bakteerien valmistamat entsyymit denaturoituvat.

Siksi ne ovat ihanteellisia prosesseissa, jotka vaativat korkeita lämpötiloja, tai prosesseissa, joissa on välttämätöntä minimoida mesofiilisten bakteerien lisääntyminen.

esimerkit

Esimerkiksi termofiilisten bakteerien entsyymien käytöstä teollisuudessa voimme mainita DNA-polymeraasin (taq-polymeraasi) käytön polymeraasiketjureaktio (PCR) -tekniikassa.

Tämä tekniikka denaturoi DNA: n korkeissa lämpötiloissa, ilman riskiä, ​​että taq-polymeraasientsyymi vaurioituu. Ensimmäinen käytetty taq-polymeraasi eristettiin lajeista Thermus aquaticus.

Toisaalta termofiilisiä bakteereja voidaan käyttää ympäristön pilaantumisen aiheuttamien vahinkojen minimoimiseksi.

Esimerkiksi tutkimus on paljastanut, että jotkut termofiiliset bakteerit voivat poistaa ympäristölle myrkyllisiä yhdisteitä. Tällainen tapaus on polykloorifenyyli (saastuttava aine, jota esiintyy muun muassa muoveissa ja kylmäaineissa).

Tämä on mahdollista, koska tietyt termofiiliset bakteerit voivat käyttää hiilen lähteenä sellaisia ​​elementtejä kuin bifenyyli, 4-klooribifenyyli ja bentsoehappo. Siksi ne hajottavat polykloorattuja bifenyylejä poistaen ne ympäristöstä.

Toisaalta, nämä bakteerit ovat erinomaisia ​​kierrättämään elementtejä, kuten typpeä ja rikkiä maaperässä. Tämän vuoksi niitä voidaan käyttää maan luonnolliseen lannoittamiseen ilman keinotekoisten (kemiallisten) lannoitteiden tarvetta.

Samoin jotkut tutkijat ehdottavat termofiilisten bakteerien käyttöä sellaisten aineiden hankkimiseksi, jotka tuottavat vaihtoehtoista energiaa, kuten biokaasua, biodieseliä ja bioetanolia maatalouden teollisuusjätteiden hydrolyysin kautta edistäen bioremedikaatioprosesseja.

elinympäristö

Termofiilisten bakteerien elinympäristö muodostuu maa- tai meripaikoista, joille on ominaista niiden korkea lämpötila. Muita lämpötilaan liittyviä tekijöitä ovat väliaineen pH, suolojen pitoisuus ja mahdollisesti läsnä olevat kemialliset yhdisteet (orgaaniset ja epäorgaaniset).

Alustan erityisominaisuuksista riippuen, siihen muodostuu tietyn tyyppisiä termofiilisiä bakteereja.

Tämän tyyppisten bakteerien yleisimmistä elinympäristöistä voidaan mainita seuraavat: hydrotermiset tuuletusaukot, tulivuoren alueet, kuumat lähteet ja aavikot.

ruokinta

Termofiiliset bakteerit kasvattavat yleensä monimutkaisia ​​viljelyalustoja. Niiden ravintoaineiden joukossa, joita ne voivat tarvita, ovat seuraavat: hiivauute, tryptoni, kasaminohapot, glutamaatti, proliini, seriini, sellobioosi, trehaloosi, sakkaroosi, asetaatti ja pyruvaatti.

Joidenkin termofiilisten bakteerien eristämiseen käytetty agar on Luria-Ber-tani-agar. Sisältää hydrolysoitua kaseiinia, hiivauutetta, NaCl: tä, agaria ja tislattua vettä, jonka pH on säädetty arvoon 7,0 ± 0,2.

Termofiiliset bakteerit jalostettujen elintarvikkeiden saastuttajina

Useimmat termofiiliset bakteerit ovat saprofyyttisiä eikä aiheuta sairauksia ihmisillä. Ruoanvalmistuksessa voi kuitenkin olla tekijöitä, jotka edistävät termofiilisten mikro-organismien lisääntymistä, jotka voivat olla haitallisia.

Esimerkiksi maitotuotteiden valmistuksessa pastörointia käytetään ruuan puhdistamismenetelmänä. Tämän menetelmän on tarkoitus taata terveyslaatu; se ei kuitenkaan ole tyhjänkestävä, koska itiöneet termofiiliset bakteerit voivat selviytyä tästä prosessista.

Tämä johtuu siitä, että vaikka useimpien itiöityjen bakteerien vegetatiiviset solut eivät ole lämmönkestäviä, itiöt ovat.

On itiöitä bakteereja, jotka ovat todellinen vaara ihmisravinnoksi. Esimerkiksi seuraavien lajien itiöt: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Vähähapposäilykkeitä hyökkäävät itiöitä muodostavat anaerobiset termofiiliset bakteerit, kuten Geobacillus stearothermophilus. Tämä bakteereja fermentoi hiilihydraatteja ja tuottaa epämiellyttävän hapan maun johtuen lyhytketjuisista rasvahapoista.

Samoin korkeahapposäilykkeet voivat olla saastuneet Clostridium thermosaccharolyticumilla. Tämä mikro-organismi on erittäin sakkarolyyttinen ja aiheuttaa tölkin pullistumisen korkean kaasuntuotannon vuoksi.

Desulfotomaculum nigrificans puolestaan ​​hyökkää myös purkitettuihin ruokia. Vaikka tölkki ei osoita mitään peukaloinnin merkkejä, purkin purkamisen yhteydessä voit haistaa voimakasta hapanta hajua ja havaitaan mustantunutta ruokaa. Musta väri johtuu siitä, että bakteerit tuottavat rikkivetyä, joka puolestaan ​​reagoi säiliössä olevan raudan kanssa muodostaen tämän värin yhdisteen.

Lopuksi, Bacillus cereus ja Clostridium perfringens aiheuttavat ruokamyrkytystä ja Clostridium botulinum erittää voimakkaan neurotoksiinin ruokaan, joka kuluttaessa aiheuttaa kuoleman.

Esimerkkejä termofiilisistä bakteereista

Rhodothermus obamensis

Merebakteerit, gram-negatiiviset, heterotrofiset, aerobiset ja hypertermofiiliset bacillukset.

Sukupuoli Caldicellulosiruptor

Anaerobiset bakteerit, gram-positiiviset, erittäin termofiiliset, itiöt.

Termomikrobiumluokka

Ne ovat aerobisia hypertermofiilisiä bakteereja, heterotrofisia, vaihtelevalla grammalla.

Rhodothermus marinus

Gramnegatiivinen, aerobinen, äärimmäisen termofiilinen ja halofiilinen bacillus. Sen lämpöstabiilien entsyymien tuotantoa on tutkittu etenkin polysakkaridien hydrolysoimiseksi ja DNA-synteesiksi, molemmat kiinnostavat teollisuutta.

Deferribacter desulfuricans

Anaerobiset bakteerit, erittäin termofiiliset, heterotrofiset, pelkistävät rikki, nitraatti ja arsenaatti.

Marinithermus

Gramnegatiiviset sauvat tai filamentit, äärimmäisen termofiiliset, tiukka aerobinen heterotrofinen.

Thermodesulfobacteriumhydroiphilum

Merenelävät, hypertermofiiliset, anaerobiset, gram-negatiiviset, kemolytoautotrofiset (pelkistävät sulfaatit), ei itiöitä.

Thermus aquaticus

Gramnegatiiviset, hypertermofiiliset, heterotrofiset ja aerobiset bakteerit. Se syntetisoi PCR: ssä käytetyn lämpöstabiilin entsyymin, jota kutsutaan taq DNA -polymeraasiksi.

Sulphurivirga caldicuralii

Äärimmäinen termofiilinen, mikroaerofiilinen kemolytoautotrofinen tiosulfaattihapetin.

Geobacillus

Gram-positiiviset, itiöityt, äärimmäiset termofiiliset tangot. Sen itiöitä käytetään mikrobiologian laboratorioissa biologisena kontrollina autoklaavin asianmukaisen toiminnan arvioimiseksi.

sukupuoli

Tämän suvun lajeille on ominaista gramnegatiiviset, hypertermofiiliset, vaikka niiden kasvualue on laaja, meren elämää, ne eivät muodosta itiöitä, ne ovat pakollisia anaerobit tai mikroaerofiilit.

Vertaileva taulukko tärkeimpien lajien välillä

Lähde: Valmistaja Msc. Marielsa Gil.

Viitteet

1. Gallut P. Onkoideihin liittyvien mikro-organismien eristäminen ja viljely Santispacin hydrotermisistä lähteistä, Bahía Concepción, BCS, México. Opinnäytetyö maisterin tutkinnon suorittamiseksi. Biologinen tutkimuskeskus. 2016. Saatavana osoitteessa: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fysiologia ja molekyylibiologia. Ekstremofiilejä. 2006; 10 (1): 1-16. Saatavana: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Wikipedia, ilmainen tietosanakirja. 24. marraskuuta 2018, 10:28 UTC. 9. toukokuuta 2019, 01:55 fi.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Sterilointitestibakteerit. Lääketieteellisessä mikrobiologiassa (kahdeksastoista painos).
5. Reyes T. Meren bakteerien biologinen monimuotoisuus: uudet viljeltävät taksit. Opinnäytetyö biotekniikan tohtorin tutkinnon suorittamiseksi. Mikrobiologian ja ekologian laitos. 2012. Saatavana: Valencian yliopisto.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., moderni perimä erittäin termofiilisiä meribakteereita. Int. J Syst Bacteriol. tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäkuusi; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Bioetanolin tuotantoon osallistuvia sellulaaseja ja hemisellulaaseja tuottavien termofiilisten anaerobisten kantojen eristäminen perinteisten viljely- ja eristysmenetelmien avulla, ei perinteinen. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43-50. Saatavana osoitteessa magazinesbolivianas.org.b