TERMOFILNE BAKTERIJE: KARAKTERISTIKE, STANIŠTE, HRANA - BIOLOGIJA - 2024

Su termofilne bakterije su one koje imaju sposobnost rasta u okruženju s temperaturama većim od 50 ° C Staništa tih mikroorganizama su vrlo neprijateljska mjesta, poput hidrotermalnih otvora, vulkanskih područja, vrućih izvora i pustinja. Ovisno o temperaturnom rasponu koji podržavaju, ti se mikroorganizmi klasificiraju kao termofili, ekstremni termofili i hipertermofili.

Termofili uspijevaju u temperaturnom rasponu između 50 i 68 ° C, a njihova optimalna temperatura rasta veća je od 60 ° C. Ekstremni termofili rastu u rasponu od 35 do 70 ° C, s optimalnom temperaturom od 65 ° C, a hipertermofili žive u temperaturnom rasponu od 60 do 115 ° C, s optimalnim rastom pri ≥80 ° C.

Slika slijeva: Okolina u kojoj žive termofilne bakterije. Slika desno: figurativni prikaz termofilnih bakterija. Izvor: lijeva slika pxhere, desna slika pixabay

Kao primjeri termofilnih bakterija općenito mogu se navesti: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis i Thermus aquaticus, između ostalih.

Ti mikroorganizmi imaju posebna strukturna svojstva koja im daju sposobnost da izdrže visoke temperature. Zapravo je njihova morfologija toliko različita da se ne mogu razvijati na nižim temperaturama.

karakteristike

Termofilne bakterije imaju niz karakteristika zbog kojih se prilagođavaju okruženjima s vrlo visokim temperaturama.

S jedne strane stanična membrana ovih bakterija ima veliku količinu zasićenih lipida dugog lanca. To im omogućuje da se nose s visokim temperaturama i održavaju odgovarajuću propusnost i fleksibilnost, uspijevajući razmjenjivati ​​tvari s okolinom a da se ne unište.

S druge strane, iako je poznato da proteini uglavnom denaturiraju na visokim temperaturama, proteini prisutni u termofilnim bakterijama posjeduju kovalentne veze koje djeluju hidrofobno. Ova karakteristika pruža stabilnost ovoj vrsti bakterija.

Isto tako, enzimi koje proizvode termofilne bakterije su termostabilni proteini, jer mogu izvršavati svoje funkcije u neprijateljskom okruženju u kojem se te bakterije razvijaju, a da pri tome ne izgube svoju konfiguraciju.

U odnosu na krivulju rasta, termofilne bakterije imaju visoku stopu reprodukcije, ali imaju kraći poluživot od ostalih klasa mikroorganizama.

Korisnost termofilnih bakterija u industriji

Danas različite vrste industrije koriste enzime bakterijskog porijekla za provođenje različitih procesa. Neki od njih potječu od termofilnih bakterija.

Među enzimima koji su najčešće izolirani od termofilnih bakterija s mogućom industrijskom primjenom su enzimi α-amilaze, ksilanaze, DNA polimeraza, katalaze i serinske proteaze, koji su svi termostabilni.

Ti su enzimi posebni, jer mogu djelovati na visokim temperaturama, gdje bi se denaturirali i drugi slični enzimi koje stvaraju mezofilne bakterije.

Zbog toga su idealni za procese koji zahtijevaju visoke temperature ili za procese u kojima je neophodno da se proliferacija mezofilnih bakterija svede na najmanju moguću mjeru.

Primjeri

Kao primjer upotrebe enzima iz termofilnih bakterija u industriji možemo spomenuti uporabu DNA polimeraze (taq polimeraza), u tehnici lančane reakcije polimeraze (PCR).

Ova tehnika denaturira DNK na visokim temperaturama, bez rizika da se ošteti enzim taq polimeraza. Prva primijenjena taq polimeraza izolirana je iz vrste Thermus aquaticus.

S druge strane, termofilne bakterije mogu se upotrijebiti za smanjenje štete uzrokovane onečišćenjem okoliša.

Na primjer, istraživanje je otkrilo da neke termofilne bakterije mogu eliminirati spojeve toksične za okoliš. Takav je slučaj poliklorobifenil (onečišćujuća tvar, između ostalih spojeva prisutna u plastici i rashladnim sredstvima).

To je moguće zahvaljujući činjenici da određene termofilne bakterije mogu koristiti elemente kao što su bifenil, 4-klorobifenil i benzojeva kiselina kao izvor ugljika. Stoga oni razgrađuju poliklorirane bifenile, eliminirajući ih iz okoliša.

S druge strane, ove su bakterije izvrsne u recikliranju elemenata poput dušika i sumpora u tlu. Zbog toga se mogu koristiti za prirodno gnojidbu zemlje bez potrebe za umjetnim (kemijskim) gnojivima.

Isto tako, neki istraživači predlažu uporabu termofilnih bakterija za dobivanje tvari koje stvaraju alternativnu energiju, poput bioplina, biodizela i bioetanola hidrolizom poljoprivredno-industrijskog otpada, pogodujući postupcima bioremedijacije.

Stanište

Stanište termofilnih bakterija sačinjavaju zemaljska ili morska mjesta koja su karakteristična po njihovim visokim temperaturama. Ostali čimbenici koji prate temperaturu su pH medija, koncentracija soli i kemijskih spojeva (organskih i anorganskih) koji mogu biti prisutni.

Ovisno o specifičnim karakteristikama medija, u njemu će se razviti određena vrsta termofilnih bakterija.

Među najčešćim staništima ove vrste bakterija mogu se spomenuti sljedeći: hidrotermalni otvori, vulkanska područja, vrući izvori i pustinje.

Hraniti

Termofilne bakterije uglavnom trebaju složen kulturni medij za rast. Među hranjivim tvarima koje mogu zahtijevati su: ekstrakt kvasca, tripton, kazamino kiseline, glutamat, prolin, serin, celobioza, trehaloza, saharoza, acetat i piruvat.

Agar koji se koristi za izolaciju nekih termofilnih bakterija je Luria-Ber-tani agar. Sadrži hidrolizirani kazein, ekstrakt kvasca, NaCl, agar i destiliranu vodu s pH podešenim na 7,0 ± 0,2.

Termofilne bakterije kao kontaminanti prerađene hrane

Većina termofilnih bakterija je saprofitna i ne uzrokuje bolest kod ljudi. Međutim, u proizvodnji hrane mogu postojati faktori koji favoriziraju širenje termofilnih mikroorganizama, koji mogu biti štetni.

Da bismo dali primjer, u proizvodnji mliječnih proizvoda pasterizacija se koristi kao metoda dekontaminacije hrane. Ova metoda treba jamčiti sanitarnu kvalitetu; međutim, nije glupo jer sporulirane termofilne bakterije mogu preživjeti ovaj proces.

To je zato što spore, iako vegetativna stanica većine sporuliranih bakterija nije otporna na toplinu.

Postoje sporulirane bakterije koje predstavljaju stvarnu opasnost za prehranu ljudi. Na primjer, spore sljedećih vrsta: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Konzervirana roba s niskim kiselinama normalno se napada anaerobnim termofilnim bakterijama koje stvaraju spore, kao što je Geobacillus stearothermophilus. Ova bakterija fermentira ugljikohidrate i stvara neugodan kiseli okus zbog proizvodnje kratkolančanih masnih kiselina.

Isto tako, hrana s visokim kiselinama u konzervi može biti kontaminirana Clostridium thermosaccharolyticum. Ovaj mikroorganizam je visoko saharolitički i uzrokuje izbočenje limenke zbog velike proizvodnje plina.

Sa svoje strane, Desulfotomaculum nigrificans napada i konzerviranu hranu. Iako limenka ne pokazuje znakove neovlaštenog kvara, prilikom otklanjanja limenke možete osjetiti snažan kiseli miris i primijeti zamračena hrana. Crna boja nastaje zbog činjenice da bakterije proizvode vodikov sulfid, koji zauzvrat reagira s željezom u spremniku, tvoreći spoj ove boje.

Konačno, Bacillus cereus i Clostridium perfringens izazivaju trovanje hranom, a Clostridium botulinum izlučuje snažni neurotoksin u hrani koji, kad se konzumira, uzrokuje smrt.

Primjeri termofilnih bakterija

Rhodothermus obamensis

Morske bakterije, Gram negativne, heterotrofne, aerobne i hipertermofilne bakterije.

Rod Caldicellulosiruptor

Anaerobne bakterije, Gram pozitivne, ekstremno termofilne, sporulirane.

Klasa termikrobije

Oni su aerobne hipertermofilne bakterije, heterotrofne, sa varijabilnim Gramom.

Rhodothermus marinus

Gram negativni, aerobni, ekstremno termofilni i halofilni bacil. Proučena je njegova proizvodnja termostabilnih enzima, posebno za hidrolizu polisaharida i za sintezu DNA, koji su od interesa za industriju.

Deferribacter desulfuricans

Anaerobne bakterije, ekstremno termofilne, heterotrofne, smanjuju sumpor, nitrat i arsenat.

Marinithermus

Gram negativne šipke ili filamenti, ekstremno termofilni, strogi aerobni heterotrofni.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Morske vrste, hipertermofilne, anaerobne, gram negativne, hemolitoautotrofne (smanjenje sulfata), nisu sporulirane.

Thermus aquaticus

Gram negativne, hipertermofilne, heterotrofne i aerobne bakterije. Sintetizira termostabilni enzim koji se koristi u PCR-u, a zove se taq DNA polimeraza.

Sulfurivirga caldicuralii

Ekstremni termofilni, mikroaerofilni hemolytoautotrofni, tiosulfatni oksidant.

Geobacillus

Gram pozitivne, sporizirane, ekstremne termofilne šipke. Njegove spore koriste se u mikrobiološkim laboratorijima kao biološka kontrola za procjenu ispravnog funkcioniranja autoklava.

rod

Za vrste ovog roda odlikuje se gram negativne, hipertermofilne, iako im je raspon rasta širok, morski život, ne formiraju spore, oni su obligati anaerobi ili mikroaerofili.

Usporedna tablica između najrelevantnijih vrsta

Izvor: Pripremio autor Msc. Marielsa Gil.

Reference

1. Gallut P. Izolacija i kultura mikroorganizama povezanih s onkoidima iz hidrotermalnih izvora Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Teza za stjecanje zvanja magistra znanosti. Biološki istraživački centar. 2016. Dostupno na: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fiziologija i molekularna biologija. Ekstremofili. 2006; 10 (1): 1-16. Dostupno na: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Wikipedia, Slobodna enciklopedija. 24. studenog 2018., 10:28 UTC. 9. svibnja 2019., 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Bacili za ispitivanje sterilizacije. U medicinskoj mikrobiologiji (osamnaesto izdanje).
5. Reyes T. Biološka raznolikost morske bakterije: nove svojstvene svojte. Teza se kvalificirati za titulu doktora biotehnologije. Zavod za mikrobiologiju i ekologiju. 2012. Dostupno na: Sveučilište u Valenciji.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., moderna loza izrazito termofilnih morskih bakterija. Int J Syst Bakteriol. devetnaest devedeset šest; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Izolacija termofilnih anaerobnih sojeva koji proizvode celulaze i hemiceluleze uključene u proizvodnju Bioetanola tradicionalnim kulturama i tehnikama izolacije, a ne tradicionalna. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43-50. Dostupno na: magazinibolivianas.org.b