TERMOFILNÉ BAKTÉRIE: VLASTNOSTI, PROSTREDIE, JEDLO - BIOLÓGIE - 2025

Tieto termofilné baktérie , sú tie, ktoré majú schopnosť rásť v prostredí s teplotou vyššou ako 50 ° C, Biotopy týchto mikroorganizmov sú okrem iného veľmi nepriateľské miesta, ako sú napríklad hydrotermálne prieduchy, sopečné oblasti, horúce pramene a púšte. V závislosti od teplotného rozsahu, ktorý podporujú, sú tieto mikroorganizmy klasifikované ako termofily, extrémne termofily a hypertermofily.

Termofily prosperujú v teplotnom rozmedzí od 50 do 68 ° C, pričom ich optimálna rastová teplota je vyššia ako 60 ° C. Extrémne termofily rastú v rozmedzí 35 až 70 ° C, s optimálnou teplotou 65 ° C a hypertermofily žijú v teplotnom rozmedzí 60 až 115 ° C, s optimálnym rastom pri ≥ 80 ° C.

Obrázok vľavo: Prostredie, v ktorom žijú termofilné baktérie. Obrázok vpravo: obrazové znázornenie termofilných baktérií. Zdroj: Ľavý obrázok pxtu, pravý obrázok pixabay

Ako príklady termofilných baktérií možno všeobecne uviesť: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis a Thermus aquaticus.

Tieto mikroorganizmy majú špeciálne štrukturálne vlastnosti, ktoré im dávajú schopnosť odolávať vysokým teplotám. V skutočnosti je ich morfológia taká odlišná, že sa nemôžu vyvíjať pri nižších teplotách.

vlastnosti

Termofilné baktérie majú rad vlastností, vďaka ktorým sú prispôsobené prostrediu s veľmi vysokými teplotami.

Na jednej strane má bunková membrána týchto baktérií vysoké množstvo nasýtených lipidov s dlhým reťazcom. To im umožňuje vyrovnať sa s vysokými teplotami a udržiavať primeranú priepustnosť a flexibilitu a riadiť výmenu látok so životným prostredím bez toho, aby sa sami ničili.

Na druhej strane, hoci je známe, že proteíny sa obvykle denaturujú pri vysokých teplotách, proteíny prítomné v termofilných baktériách majú kovalentné väzby, ktoré interagujú hydrofóbnym spôsobom. Táto vlastnosť poskytuje stabilitu tomuto typu baktérií.

Podobne, enzýmy produkované termofilnými baktériami sú termostabilné proteíny, pretože môžu vykonávať svoje funkcie v nepriateľskom prostredí, kde sa tieto baktérie vyvíjajú, bez straty ich konfigurácie.

Vo vzťahu k ich rastovej krivke majú termofilné baktérie vysokú rýchlosť reprodukcie, ale majú kratší polčas rozpadu ako iné triedy mikroorganizmov.

Užitočnosť termofilných baktérií v priemysle

V súčasnosti rôzne typy priemyselných odvetví používajú enzýmy bakteriálneho pôvodu na vykonávanie rôznych procesov. Niektoré z nich pochádzajú z termofilných baktérií.

Medzi enzýmy najčastejšie izolované z termofilných baktérií s možnými priemyselnými aplikáciami patria enzýmy a-amylázy, xylanázy, DNA polymeráza, katalázy a serínové proteázy, všetky termostabilné.

Tieto enzýmy sú špeciálne, pretože sú schopné pôsobiť pri vysokých teplotách, kde by ďalšie podobné enzýmy produkované mezofilnými baktériami denaturovali.

Preto sú ideálne pre procesy, ktoré vyžadujú vysoké teploty alebo pre procesy, kde je nevyhnutné minimalizovať proliferáciu mezofilných baktérií.

Príklady

Ako príklad použitia enzýmov z termofilných baktérií v priemysle môžeme spomenúť použitie DNA polymerázy (taq polymerázy) v technike polymerázovej reťazovej reakcie (PCR).

Táto technika denaturuje DNA pri vysokých teplotách bez rizika poškodenia enzýmu taq polymerázy. Prvá použitá taq polymeráza bola izolovaná z druhu Thermus aquaticus.

Na druhej strane možno termofilné baktérie použiť na minimalizáciu škôd spôsobených znečistením životného prostredia.

Napríklad výskum odhalil, že niektoré termofilné baktérie môžu eliminovať zlúčeniny, ktoré sú toxické pre životné prostredie. To je prípad polychlórbifenylu (znečisťujúca látka prítomná okrem iného v plastoch a chladivách).

To je možné vďaka skutočnosti, že určité termofilné baktérie môžu ako zdroj uhlíka použiť prvky ako bifenyl, 4-chlórbifenyl a kyselinu benzoovú. Preto degradujú polychlórované bifenyly a vylučujú ich z prostredia.

Na druhej strane sú tieto baktérie vynikajúce pri recyklácii prvkov, ako sú dusík a síra v pôde. Z tohto dôvodu sa dajú použiť na prirodzené hnojenie pôdy bez potreby umelých (chemických) hnojív.

Podobne niektorí vedci navrhujú použitie termofilných baktérií na získavanie látok, ktoré generujú alternatívnu energiu, ako napríklad bioplyn, bionaftu a bioetanol, prostredníctvom hydrolýzy agropriemyselného odpadu, pričom sa uprednostňujú bioremediačné procesy.

habitat

Biotop termofilných baktérií je tvorený suchozemskými alebo morskými oblasťami, ktoré sa vyznačujú vysokými teplotami. Ďalšími faktormi, ktoré sprevádzajú teplotu, sú pH média, koncentrácia solí a chemické zlúčeniny (organické a anorganické), ktoré môžu byť prítomné.

V závislosti od špecifických charakteristík média sa v nich bude vyvíjať určitý typ termofilných baktérií alebo iný.

Medzi najbežnejšie biotopy tohto typu baktérií možno uviesť: hydrotermálne prieduchy, sopečné oblasti, horúce pramene a púšte.

kŕmenie

Termofilné baktérie všeobecne potrebujú na kultiváciu zložité kultivačné médiá. Medzi živiny, ktoré môžu potrebovať, patria: kvasnicový extrakt, tryptón, kasamínové kyseliny, glutamát, prolín, serín, celobióza, trehalóza, sacharóza, acetát a pyruvát.

Agar používaný na izoláciu niektorých termofilných baktérií je agar Luria-Ber-tani. Obsahuje hydrolyzovaný kazeín, kvasnicový extrakt, NaCI, agar a destilovanú vodu s pH upraveným na 7,0 ± 0,2.

Termofilné baktérie ako kontaminanty spracovaných potravín

Väčšina termofilných baktérií je saprofytická a nespôsobuje u ľudí ochorenie. Pri výrobe potravín však môžu existovať faktory, ktoré podporujú šírenie termofilných mikroorganizmov, ktoré môžu byť škodlivé.

Ako príklad možno uviesť, že pri výrobe mliečnych výrobkov sa pasterizácia používa ako metóda dekontaminácie potravín. Táto metóda má zaručovať hygienickú kvalitu; nie je však spoľahlivý, pretože sporované termofilné baktérie môžu tento proces prežiť.

Je to tak preto, že hoci vegetatívna bunka väčšiny sporovaných baktérií nie je odolná voči teplu, spóry sú.

Existujú sporulované baktérie, ktoré predstavujú skutočné nebezpečenstvo pre ľudskú spotrebu. Napríklad spóry nasledujúcich druhov: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Na konzervy s nízkym obsahom kyselín sa bežne útočí anaeróbnymi termofilnými baktériami vytvárajúcimi spóry, ako je Geobacillus stearothermophilus. Táto baktéria fermentuje uhľohydráty a vytvára nepríjemnú kyslú chuť vďaka produkcii mastných kyselín s krátkym reťazcom.

Podobne môžu byť vysoko konzervované potraviny kontaminované Clostridium thermosaccharolyticum. Tento mikroorganizmus je vysoko sacharolytický a spôsobuje vydutie plechovky kvôli vysokej produkcii plynu.

Desulfotomaculum nigrificans napáda aj konzervované potraviny. Aj keď plechovka nevykazuje žiadne známky manipulácie, pri odklopení plechovky môžete cítiť silnú kyslú vôňu a načernené jedlo. Čierna farba je spôsobená skutočnosťou, že baktérie produkujú sírovodík, ktorý zase reaguje so železom v nádobe, čím vytvára zlúčeninu tejto farby.

Napokon Bacillus cereus a Clostridium perfringens spôsobujú otravu jedlom a Clostridium botulinum vylučuje silný neurotoxín v potravinách, ktorý po konzumácii spôsobuje smrť.

Príklady termofilných baktérií

Rhodothermus obamensis

Morské baktérie, gramnegatívny, heterotrofný, aeróbny a hypertermofilný bacil.

Rod Caldicellulosiruptor

Anaeróbne baktérie, grampozitívne, extrémne termofilné, sporulované.

Termomikrobiová trieda

Sú to aeróbne hypertermofilné baktérie, heterotrofné, s variabilným gramom.

Rhodothermus marinus

Gram negatívny, aeróbny, extrémne termofilný a halofilný bacil. Jeho výroba termostabilných enzýmov bola študovaná, najmä pre hydrolýzu polysacharidov a pre syntézu DNA, ktoré sú zaujímavé pre priemysel.

Deferribacter desulfuricans

Anaeróbne baktérie, extrémne termofilné, heterotrofné, redukujúce síru, dusičnany a arzenáty.

Marinithermus

Gram negatívne tyče alebo vlákna, extrémne termofilné, prísne aeróbne heterotrofné.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Morské druhy, hypertermofilné, anaeróbne, gramnegatívne, chemolytoautotropné (síranové zníženie), bez sporulovania.

Thermus aquaticus

Gramnegatívne, hypertermofilné, heterotrofné a aeróbne baktérie. Syntetizuje termostabilný enzým používaný v PCR nazývaný taq DNA polymeráza.

Sulphurivirga caldicuralii

Extrémne termofilné, mikroaerofilné chemolytoautotrofné oxid tiosulfátové.

Geobacillus

Gram pozitívne, sporované, extrémne termofilné tyčinky. Spóry sa používajú v mikrobiologických laboratóriách ako biologická kontrola na vyhodnotenie správneho fungovania autoklávu.

rod

Druhy tohto rodu sa vyznačujú tým, že sú gramnegatívne, hypertermofilné, hoci ich rozsah rastu je široký, morského života, netvoria spóry, sú povinnými anaeróbmi alebo mikroaerofilmi.

Porovnávacia tabuľka medzi najrelevantnejšími druhmi

Zdroj: Pripravil autor Msc. Marielsa Gil.

Referencie

1. Gallut P. Izolácia a kultivácia mikroorganizmov spojených s onkoidmi z hydrotermálnych prameňov Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Diplomová práca na získanie titulu Master of Science. Centrum biologického výskumu. 2016. Dostupné na: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fyziológia a molekulárna biológia. Extremophiles. 2006; 10 (1): 1-16. K dispozícii na adrese: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. “ Wikipedia, slobodná encyklopédia. 24. november 2018, 10:28 UTC. 9. mája 2019, 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Sterilizačný testovací bacily. In Medical Microbiology (osmnáste vydanie).
5. Reyes T. Morská bakteriálna biodiverzita: nové kultivovateľné taxóny. Diplomová práca na získanie titulu doktor biotechnológie. Katedra mikrobiológie a ekológie. 2012. K dispozícii na: University of Valencia.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., moderná línia extrémne termofilných morských baktérií. Int J Syst Bacteriol. devätnásť deväťdesiat šesť; 46 (4): 1099 - 104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Izolácia termofilných anaeróbnych kmeňov, ktoré produkujú celulázy a hemicelulázy zapojené do výroby bioetanolu pomocou tradičných kultivačných a izolačných techník a nie tradičné. Biofarbami. 2007; 15 (1): 43-50. Dostupné na: magazinesbolivianas.org.b