TERMOFILNÍ BAKTERIE: CHARAKTERISTIKA, LOKALITA, JÍDLO - BIOLOGIE - 2025

Tyto termofilní bakterie, jsou ty, které mají schopnost růst v prostředí s teplotou vyšší než 50 ° C, Stanoviště těchto mikroorganismů jsou velmi nepřátelská místa, jako jsou mimo jiné hydrotermální průduchy, sopečné oblasti, horké prameny a pouště. V závislosti na teplotním rozmezí, které podporují, jsou tyto mikroorganismy klasifikovány jako termofily, extrémní termofily a hypertermofily.

Termofily se daří v teplotním rozmezí 50 až 68 ° C, přičemž jejich optimální růstová teplota je vyšší než 60 ° C. Extrémní termofily rostou v rozmezí 35 až 70 ° C, s optimální teplotou 65 ° C a hypertermofily žijí v teplotním rozmezí 60 až 115 ° C, s optimálním růstem při ≥ 80 ° C.

Obrázek vlevo: Prostředí, ve kterém žijí termofilní bakterie. Obrázek vpravo: obrazové znázornění termofilních bakterií. Zdroj: Levý obrázek pxsem, pravý obrázek pixabay

Jako příklady termofilních bakterií lze obecně uvést: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis a Thermus aquaticus.

Tyto mikroorganismy mají speciální strukturální vlastnosti, které jim dávají schopnost odolávat vysokým teplotám. Ve skutečnosti je jejich morfologie tak odlišná, že se nemohou vyvíjet při nižších teplotách.

vlastnosti

Termofilní bakterie mají řadu vlastností, díky nimž jsou přizpůsobeny prostředí s velmi vysokými teplotami.

Na jedné straně má buněčná membrána těchto bakterií vysoké množství nasycených lipidů s dlouhým řetězcem. To jim umožňuje vyrovnat se s vysokými teplotami a udržovat přiměřenou propustnost a flexibilitu, zvládat výměnu látek s prostředím, aniž by se ničily.

Na druhé straně, ačkoliv je známo, že proteiny obecně denaturují při vysokých teplotách, proteiny přítomné v termofilních bakteriích mají vazby kovalentního typu, které interagují hydrofobním způsobem. Tato vlastnost poskytuje tomuto druhu bakterií stabilitu.

Podobně enzymy produkované termofilními bakteriemi jsou termostabilní proteiny, protože mohou vykonávat své funkce v nepřátelském prostředí, kde se tyto bakterie vyvíjejí, aniž by ztratily svou konfiguraci.

Ve vztahu k jejich růstové křivce mají termofilní bakterie vysokou rychlost reprodukce, ale mají kratší poločas rozpadu než jiné třídy mikroorganismů.

Užitečnost termofilních bakterií v průmyslu

V současné době různé typy průmyslových odvětví používají enzymy bakteriálního původu k provádění různých procesů. Některé z nich pocházejí z termofilních bakterií.

Mezi enzymy nejčastěji izolované z termofilních bakterií s možnými průmyslovými aplikacemi patří enzymy a-amylázy, xylanázy, DNA polymeráza, katalázy a serinové proteázy, všechny termostabilní.

Tyto enzymy jsou speciální, protože jsou schopné působit při vysokých teplotách, kde by další podobné enzymy produkované mezofilními bakteriemi denaturovaly.

Jsou proto ideální pro procesy, které vyžadují vysoké teploty nebo pro procesy, kde je nezbytné minimalizovat proliferaci mezofilních bakterií.

Příklady

Jako příklad použití enzymů z termofilních bakterií v průmyslu můžeme zmínit použití DNA polymerázy (taq polymerázy) v polymerázové řetězové reakci (PCR).

Tato technika denaturuje DNA při vysokých teplotách bez rizika poškození enzymu taq polymerázy. První použitá taq polymeráza byla izolována z druhu Thermus aquaticus.

Na druhé straně lze termofilní bakterie použít k minimalizaci škod způsobených znečištěním životního prostředí.

Například výzkum ukázal, že některé termofilní bakterie mohou eliminovat sloučeniny, které jsou toxické pro životní prostředí. To je případ polychlorbifenylu (znečišťující látka přítomná mimo jiné v plastech a chladivech).

To je možné díky skutečnosti, že některé termofilní bakterie mohou jako zdroje uhlíku použít prvky, jako je bifenyl, 4-chlorbifenyl a kyselina benzoová. Proto degradují polychlorované bifenyly a vylučují je z prostředí.

Na druhé straně jsou tyto bakterie vynikající v recyklaci prvků, jako je dusík a síra v půdě. Z tohoto důvodu mohou být použity k přirozenému hnojení půdy bez potřeby umělých (chemických) hnojiv.

Podobně někteří vědci navrhují použití termofilních bakterií k získání látek, které generují alternativní energii, jako je bioplyn, bionafta a bioethanol, prostřednictvím hydrolýzy agroprůmyslového odpadu, což upřednostňuje bioremediační procesy.

Místo výskytu

Stanoviště termofilních bakterií je tvořeno suchozemskými nebo mořskými místy charakterizovanými jejich vysokými teplotami. Další faktory, které doprovázejí teplotu, jsou pH média, koncentrace solí a chemické sloučeniny (organické a anorganické), které mohou být přítomny.

V závislosti na specifických vlastnostech média se v něm bude vyvíjet určitý typ termofilních bakterií nebo jiný.

Mezi nejčastější stanoviště tohoto typu bakterií lze uvést: hydrotermální průduchy, vulkanické oblasti, horké prameny a pouště.

Krmení

Termofilní bakterie obvykle vyžadují růst složitých kultivačních médií. Mezi živiny, které mohou vyžadovat, patří: kvasnicový extrakt, trypton, kasamino kyseliny, glutamát, prolin, serin, cellobióza, trehalóza, sacharóza, acetát a pyruvát.

Agar používaný pro izolaci některých termofilních bakterií je agar Luria-Ber-tani. Obsahuje hydrolyzovaný kasein, kvasnicový extrakt, NaCl, agar a destilovanou vodu s pH upraveným na 7,0 ± 0,2.

Termofilní bakterie jako kontaminanty zpracovaných potravin

Většina termofilních bakterií je saprofytická a nezpůsobuje onemocnění u lidí. Při výrobě potravin však mohou existovat faktory, které podporují proliferaci termofilních mikroorganismů, které mohou být škodlivé.

Jako příklad lze uvést, že při výrobě mléčných výrobků se pasterizace používá jako metoda dekontaminace potravin. Tato metoda má zaručovat hygienickou kvalitu; není však spolehlivý, protože sporlované termofilní bakterie mohou tento proces přežít.

Je tomu tak proto, že ačkoli vegetativní buňka většiny sporulovaných bakterií není odolná vůči teplu, spory jsou.

Existují sporulované bakterie, které představují skutečné nebezpečí pro lidskou spotřebu. Například spory následujících druhů: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Na konzervy s nízkým obsahem kyselin se obvykle útočí anaerobními termofilními bakteriemi vytvářejícími spóry, jako je Geobacillus stearothermophilus. Tato bakterie fermentuje sacharidy a produkuje nepříjemnou kyselou chuť díky produkci mastných kyselin s krátkým řetězcem.

Stejně tak lze konzervované potraviny s vysokým obsahem kyselin kontaminovat Clostridium thermosaccharolyticum. Tento mikroorganismus je vysoce sacharolytický a způsobuje vyboulení plechovky v důsledku vysoké produkce plynu.

Desulfotomaculum nigrificans také útočí na konzervované potraviny. Ačkoli plechovka nevykazuje žádné známky manipulace, při uvolnění plechovky můžete cítit silně kyselý zápach a zčernalé jídlo. Černá barva je způsobena skutečností, že bakterie produkují sirovodík, který zase reaguje s železem v nádobě a vytváří sloučeninu této barvy.

Konečně, Bacillus cereus a Clostridium perfringens způsobují otravu jídlem a Clostridium botulinum vylučuje silný neurotoxin v potravě, která při konzumaci způsobuje smrt.

Příklady termofilních bakterií

Rhodothermus obamensis

Mořské bakterie, gramnegativní, heterotrofní, aerobní a hypertermofilní bacil.

Rod Caldicellulosiruptor

Anaerobní bakterie, grampozitivní, extrémně termofilní, sporlované.

Termomikrobní třída

Jsou to aerobní hypertermofilní bakterie, heterotrofní, s variabilním gramem.

Rhodothermus marinus

Gram negativní, aerobní, extrémně termofilní a halofilní bacil. Jeho výroba termostabilních enzymů byla studována, zejména pro hydrolýzu polysacharidů a pro syntézu DNA, což je v tomto oboru zajímavé.

Deferribacter desulfuricans

Anaerobní bakterie, extrémně termofilní, heterotrofní, redukující síru, dusičnan a arsenát.

Marinithermus

Gram negativní pruty nebo nekonečná vlákna, extrémně termofilní, přísná aerobní heterotrofie.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Mořské druhy, hypertermofilní, anaerobní, gramnegativní, chemolytoautotropní (síranové redukce), nezpochybňovány.

Thermus aquaticus

Gramnegativní, hypertermofilní, heterotrofní a aerobní bakterie. Syntetizuje termostabilní enzym používaný v PCR zvaný taq DNA polymeráza.

Sulphurivirga caldicuralii

Extrémní termofilní, mikroaerofilní chemolytoautotrofní oxid thiosulfátový.

Geobacillus

Gram pozitivní, sporované, extrémní termofilní tyče. Její výtrusy se používají v mikrobiologických laboratořích jako biologická kontrola k hodnocení správného fungování autoklávu.

Rod

Druhy tohoto rodu jsou charakterizovány jako gramnegativní, hypertermofilní, i když jejich růstový rozsah je široký, mořského života, netvoří spory, jsou povinnými anaeroby nebo mikroaerofily.

Srovnávací tabulka mezi nejdůležitějšími druhy

Zdroj: Připravil autor Msc. Marielsa Gil.

Reference

1. Gallut P. Izolace a kultivace mikroorganismů spojených s onkoidy z hydrotermálních pramenů Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Diplomová práce k získání titulu Master of Science. Centrum biologického výzkumu. 2016. K dispozici na adrese: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fyziologie a molekulární biologie. Extremofilové. 2006; 10 (1): 1-16. K dispozici na adrese: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Wikipedia, encyklopedie zdarma. 24. listopadu 2018, 10:28 UTC. 9. května 2019, 01:55 cz.wikipedia.nebo
4. Thwaite J, Atkins H. Sterilizační testovací bacily. In Medical Microbiology (Osmnácté vydání).
5. Reyes T. Mořská bakteriální biologická rozmanitost: nové kultivovatelné taxony. Diplomová práce pro získání titulu doktora biotechnologie. Katedra mikrobiologie a ekologie. 2012. K dispozici na: University of Valencia.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., moderní linie extrémně termofilních mořských bakterií. Int J Syst Bacteriol. devatenáctset devadesát šest; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T.. tradiční. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43-50. K dispozici na adrese: magazinesbolivianas.org.b