Термофильные бактерии что это
Термофильные бактерии
Термофильные бактерии очень теплолюбивы. Это следует из их названия. Данные микроорганизмы имеют широкое представительство в природе – в частности, их наличие подтверждено в микрофлоре кишечника человека и животных, в почве и воде. Также бактерии часто встречаются в компостных кучах, навозе и подстилках для скота. Особенностью отдельных термофилов является способность образовывать споры даже в неблагоприятных условиях. Микроорганизмы отличаются быстрым обменом веществ.
Причины популярности термофильных бактерий
Термофилы очень популярны у исследователей благодаря своей способности проводить ферментативную реакцию при высоких температурах. При этом, чем выше скорость реакции, тем ниже вероятность заражения посторонними микроорганизмами. Устойчивость к высоким температурам и, более того, предрасположенность к росту в таких условиях, связана с невосприимчивостью к воздействию других негативных факторов.
В частности, бактерии способны выдерживать атаки детергентов, что делает возможным их использование в моющих средствах. Это одна из множества причин, которые привели к популярности исследований разнообразия микроорганизмов, обладающих термофильными свойствами.
Одним из примеров можно назвать поиск и обнаружение кератиназы Caldoanaerobacter 1004. Организм, который вызывает появление данного фермента, был выделен из горячего источника. Производимая им кератиназа внеклеточного типа побуждает развитие гидролиза кератинов, которые отличаются устойчивостью к воздействию стандартных протеиназ. Данный фермент используется в птицеводстве, значительно ускоряя переработку перьев.
Виды термофильных бактерий
Термофильные бактерии различаются по необходимым для проживания и роста условиям, которые зависят от среды – выращиваемые в искусственных условиях лучше ощущают себя в твердых средах с наличием воздуха. Другие же способны обходиться без кислорода и растут в жидких средах. Форма бактерий, которые могут быть подвижными и неподвижными, зависит от температуры. С температурой до 40 °C микроорганизмы имеют вид палочковидных бацилл, а при ее повышении приобретают вид нитей.
Однако, стоить отметить прогресс, который был достигнут за последние годы в плане исследований данной категории микроорганизмов. Так, установлено, что наиболее заметным изменениям,
которые происходят под влиянием высоких температур, подвергаются клеточные белки и липиды, связанные с основными жизненными процессами бактерий.
Разделение термофилов на группы
Если задевать вопрос температуры, бактерии по данному показателю разделяются на несколько подгрупп, различающихся по предпочитаемым температурным показателям:
О пользе термофилов
Есть ли от термофильных бактерий польза? Да, и довольно большая. Но здесь все зависит от правильности применения и дозирования. Так, молочнокислые палочки, которые активно используются в пищевой промышленности, являются неотъемлемой частью молочнокислых продуктов и оказывают положительное влияние на человеческий организм.
В частности, они контролируют обменные процессы, помогая стабилизировать деятельность пищеварительного тракта, и обеспечивают лучшую защиту от вредоносных бактерий. Коме того, термофильные бактерии благотворно влияют на иммунитет, успокаивая нервную систему, и подавляют негативное воздействие антибиотиков.
Термофилы в молоке и молочных продуктах
Отдельного упоминания стоят термофильные бактерии в молоке. В ходе исследований специалистами было доказано, что при пастеризации молока происходит заметный прирост количества микроорганизмов. Если судить с гигиенической точки зрения, то подобное недопустимо.
Большая часть микрофлоры молока, которое прошло процедуру пастеризации, образуется медленно растущими колониями. Термофильные микроорганизмы обычно размножаются при температуре 60-63 °C, свойственной так называемой «низкой» пастеризации. При «высокой» их развития практически не происходит.
Однако, несмотря на повышенную температуру при процедуре одного размножения термофилов в молоке оказалось бы недостаточно, если говорить о росте бактериального населения. Видимо, резкий рост связан еще и оборудованием, которое не соответствует стандартам и нормам, а также несоблюдением условий содержания. Это вызывает загрязнение самого молока.
В каких сферах применяют термофильные бактерии?
Помимо использования в пищевой промышленности, в частности, при изготовлении молока и кисломолочной продукции, данные микроорганизмы находят широкое применение в косметологии и фармакологии в качестве основы для пробиотиков и средств по уходу за кожей. Термофильные и мезофильные микроорганизмы, проживающие в почве и компосте, оптимизируют процесс переработки органических веществ.
При отслеживании предельно допустимого уровня концентрации и постоянном наблюдении за производственным процессом можно избежать осложнений, которые вызывают термофильные бактерии. Термофилы и мезофилы, проживающие в почве и компосте также способствуют более быстрому росту саженцев. При этом эффективность работы первых в данном случае заметно выше.
Как уменьшить вред, который могут наносить термофильные палочки? Если речь идет о предприятиях, помочь в этом сможет постоянный мониторинг оборудования, а также регулярная обработка с использованием бактерицидных препаратов. Подобные мероприятия позволяют контролировать качество изготавливаемой продукции, снижая риск возникновения каких-либо проблем до нуля.
Чем обусловлена устойчивость бактерий к высоким температурам?
На протяжении многих лет в рамках исследований учеными осуществлялись попытки установления причин устойчивости термофильных микроорганизмов к высоким температурам. Речь о значениях от 50 до 90 °C.
Основной причиной является особенность составляющих бактерий, в то числе оболочки, рибосомы и ферментов – по своим характеристикам они заметно отличаются от схожих компонентов мезофильных форм. При этом термофилы способны замещать недостаточную стабильность клеток за счет синтеза, который в таких случаях осуществляется более быстро – для этого в процессе задействуются наиболее термостабильные ферменты.
О вреде термофилов
Ряд термофилов способен вызвать инфицирование почвы во время добавления органических удобрений и при обогащении земли перепревшей подстилкой, ранее находившейся в коровниках. Вследствие этого наносится серьезный вред грунтовым водам и водоемам.
Отметим, что для термофильных бактерий не характерны патогенные или токсигенные свойства, тем самым они не относятся к категории особо опасных микроорганизмов для человека. Однако, загрязнение ими молока, продуктов, а также воды и почвы крайне нежелательно и рискует привести к неблагоприятным последствиям. В связи с этим рекомендуется проводить исследование на содержание термофилов в специализированной лаборатории.
Чтобы избавиться от термофилов, можно воспользоваться способом, доказавшим свою эффективность – достаточно поместить их в условия с заметным превышением верхнего температурного порога. Учеными установлен максимальный порог, при котором микробы способны выживать, пусть и теряют умение расти – это 122 °C. Стоит отметить, что обеспечить больший нагрев можно в лабораторных условиях, оснащенных необходимым оборудованием. Также на жизнедеятельность бактерий пагубным образом влияют температурные колебания.
Какие термофильные бактерии существуют?
Науке известно множество видов термофилов, которые получили широкое распространение в природе. Благодаря своей теплолюбивости они хорошо чувствуют себя в человеческом организме, а также растениях, почве и воде. Несмотря на общую предрасположенность, некоторым бактериям требуется воздух для роста, другие могут продолжать свое развитие и без него. В связи с этим термофильные организмы разделяют на аэробные и анаэробные.
Анаэробные, то есть не нуждающиеся в кислороде для роста, могут принадлежать одной из нескольких групп:
Аэробные термофилы также делятся на группы, среди которых нужно выделить две:
Об организации и реализации генетических данных бактерий
Изучение ферментов, влияющих на процесс синтеза дочерних молекул ДНК термофилов, пользуется популярностью благодаря наличию как теоретического, так и практического интереса. Он связан с успешным применением ферментов при осуществлении полимеразной цепной реакции – это один из самых чувствительных анализов ДНК.
Ее суть заключается в организации размножения в объеме, которого достаточно для осуществления исследований с применением гель-электрофореза. Исследование проводится в несколько шагов, среди которых разработка способов клонирования с последующей оценкой эффективности действия ферментов.
Полезные статьи
Проведение анализов почвы, лабораторные исследования
Термофильные бактерии: польза и вред для человека
Природой все так гармонично устроено, что в этом мире каждый имеет свое место и занимается теми функциями, которые на него возложены, будь то венец природы — невероятно сложный человеческий или самый микроскопический организм. Каждый играет свою роль, чтобы мир наш становился лучше. Касается это и различных бактерий, которые по великому замыслу творца мира несут людям не только пользу, но и определенный вред. Рассмотрим, что такое термофильные молочнокислые бактерии и каково их место в нашей жизни. Полезны они или вредны?
Особенности и суть
Вам будет интересно: Ябеда: это что такое, синонимы
На нашей планете живет целая армия различных микроорганизмов, не видимых глазу, но очень активных и не всегда полезных. Одна из таких полезных микрообразований — бактерия термофильная. Бактерия живет в горячих источниках и размножается при довольно высоких температурах — выше 45 градусов. Целые колонии этих микроорганизмов были выявлены в разных геотермальных зонах нашей планеты, таких как воды горячих природных источников. Выживают термофильные бактерии благодаря наличию в них особых ферментов, способных функционировать в условиях высоких температур. Для них наиболее благоприятным температурным режимом является коридор в 50-65 градусов. При таких условиях бактерии могут чувствовать себя комфортно и свободно размножаться.
Вам будет интересно: «Авантажный» – это характеристика привлекательности
Многие хотели бы знать, при какой температуре погибают термофильные бактерии, чтобы контролировать их количество. В этой связи хотелось бы заметить, что точных данных об этом ученым еще не удалось получить. На современном этапе развития науки известно только, что максимальным для термофилов показателем температуры является 68-75 градусов. Однако это еще не значит, что бактерии при таком нагреве погибают — отклонение от оптимального режима делает их жизнь менее комфортной и интенсивной, замедляет рост клеток и снижает скорость обменных процессов.
Разновидности и их описание
Вам будет интересно: Местность — это? Лексическое значение, синонимы и примеры употребления
Оценивая температурные предпочтения микроорганизмов, их можно выделить в три основные группы: психрофильные, мезофильные и, собственно, термофильные. Все они зависимы от тепла, но различаются по показателям температурных режимов.
И наконец, термофильные бактерии — их активный рост наблюдается при достижении температурного режима выше 50 градусов. Их главной отличительной особенностью являются ускоренные темпы обмена веществ. В соответствии с последними исследованиями установлено, что под воздействием температуры происходят существенные изменения в белках и липидах, играющих главную роль во всех жизненных процессах.
Подгруппы термофильных
Яркой иллюстрацией этому служат примеры термофильных бактерий, которые тоже делятся на несколько самостоятельных подгрупп:
Анаэробне термофилы
Вам будет интересно: Шило на мыло, или история одной сделки
Способность быстрого роста термофильных организмов дает им прекрасную возможность быть использованными в самых разных сферах жизни — в промышленности или в сельском хозяйстве и даже на бытовом уровне. При этом мезофильные и термофильные молочнокислые бактерии имеют похожие методы выделения. Разница наблюдается лишь в температурах выращивания. Для установления точного оптимального уровня температуры культуру необходимо один-два месяца пассировать, или, иными словами, пересевать в определенном диапазоне температур.
В природе широко распространены и в различных условиях живут многие виды термофильных бактерий. Они любят тепло и очень комфортно себя чувствуют в желудке человека, а также могут находиться в животных, растениях, почве, воде и разных других средах, обеспечивающих благоприятные для развития температурные условия. Одни бактерии для развития требуют присутствия воздуха, другие совершенно не нуждаются в кислороде. По этому признаку зависимости от кислорода термофильные организмы делят на аэробных и анаэробных.
К анаэробным относятся несколько отдельных групп:
Молочнокислые
Молочнокислые бактерии разделяют на кокки и палочки. Первые состоят из нескольких клеток, соединенных в цепочку, — стрептококков и имеют гомо- и гетерогенное ферментирование. Гомоферментивные стрептококки сбраживают сахар, который есть в молоке, что позволяет приготовить живой йогурт. Гетероферментивные параллельно выделяют еще и такие ароматические вещества, как диацетин и цитоин. Клетки их круглой или овальной формы, окрашиваются хорошо по Грамму и не образуют спор и капсул. Они относятся к аэротолерантным и могут существовать при наличии воздуха. Однако у них отсутствует способность осуществлять аэробное дыхание, и они предпочитают продолжать привычный им процесс молочнокислого брожения. Для того чтобы питаться, им нужно много витаминов, белков, органических кислот. В молоке бактерии вызывают его свертывание, образование плотноватого ровного сгустка с небольшим количеством сыворотки. Именно благодаря ароматообразующим молочнокислым стрептококкам в сыре появляются соблазнительные пузырьки с характерным запахом и низкой способностью к образованию кислот. Кокки обладают высокой спиртоустойчивостью, и им необходима высокая кислотность.
Молочнокислые палочки
Молочнокислые палочки — они иначе называются лактобактериями — могут быть как одиночными, так и парными. Чаще всего используют ацидофильные лактобактерии, особенно болгарскую палочку, которая входит в состав заквасок и дает возможность производить вкусный и полезный йогурт. Еще в молочной промышленности пользуются популярностью стрептобактерии и бета-бактерии. Эти организмы совершенно неподвижны и спор либо капсул не образуют, окрашиваются по Грамму хорошо.
Вам будет интересно: Фигура конус. Понятие об образующей конуса. Формулы и примеры решения задач
Термофилы молочнокислые относятся к факультативным анаэробам. Могут становиться моноферментными, обладающими высокой скоростью к кислотообразованию, или герероферментными со способностью параллельной переработки фруктозы, в результате чего образуется шестиатомный спирт маннит, ацетаты, лактаты и газ углекислый. Довольно слабо перерабатывают белки, поэтому им для того, чтобы расти, требуется присутствие аминокислот в среде. Некоторые палочки имеют способность к выработке каталазы — фермента, который расщепляет перекись водорода, или ацетальдегида, придающего запах и вкус сыру.
Молочнокислые термоустойчивые палочки могут выживать в молоке при проведении пастеризации при температуре 85-90 градусов. Они очень устойчивы к дезинфицирующим агентам и этим приносят немалый вред предприятиям пищевой сферы. Являются антагонистами кишечной палочки. Находятся в заквасках или слабопастеризованном молоке.
Термофилы, которые не могут дышать без кислорода
Аэробные термофилы, которые не могут дышать без кислорода, тоже делятся на две самостоятельных группы:
Польза и вред
Каковы вред и польза термофильных бактерий? Молочнокислые палочки, применяемые в пищевой промышленности, приносят человеку несомненную пользу. Входя в состав различных заквасок, они производят вкусные и полезные молочнокислые продукты, которые очень положительно влияют на все системы человеческого организма, помогают регулировать обменные процессы, нормализуют работу пищеварительного тракта и всячески способствуют защите организма от различных гнилостных бактерий, очищая его параллельно от накопленных токсинов и шлаков. Кроме улучшения состава микрофлоры термофильные бактерии успокаивают нервную систему, подавляют действие антибиотиков и повышают иммунитет.
Помимо пищевой промышленности данный вид бактерий используется довольно широко в фармакологической и косметологической сферах. На их основе изготавливают различные пробиотики, а также косметические средства, придающие коже ухоженность и упругость, а также применяются с целью ее отбеливания и восстановления. Маски из живого йогурта способны творить чудеса.
Заключение
В этой статье мы дали основные понятия такого большого и малоизученного класса, как бактерии. Из приведенного материала вытекает, что термофильные бактерии уже сегодня широко используются человеком себе во благо. Но процесс этот еще далеко не завершен, и нас ожидает еще много приятных и полезных открытий.
Термофильные бактерии: характеристика, среда обитания, питание
Содержание:
Термофилы развиваются в диапазоне температур от 50 до 68 ° C, при этом их оптимальная температура роста составляет более 60 ° C. Экстремальные термофилы растут в диапазоне от 35 до 70 ° C, при оптимальной температуре 65 ° C, а гипертермофилы живут в диапазоне температур от 60 до 115 ° C, с оптимальным ростом при ≥80 ° C.
Примеры термофильных бактерий в целом включают следующее: Geobacillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Маринитермус гидротермальный, Y Thermus aquaticus, среди прочего.
Эти микроорганизмы обладают особыми структурными характеристиками, которые дают им способность выдерживать высокие температуры. На самом деле их морфология настолько отличается, что они не могут развиваться при более низких температурах.
характеристики
У термофильных бактерий есть ряд характеристик, которые делают их приспособленными к среде с очень высокими температурами.
С одной стороны, клеточная мембрана этих бактерий имеет большое количество насыщенных липидов с длинной цепью. Это позволяет им справляться с высокими температурами и поддерживать адекватную проницаемость и гибкость, способствуя обмену веществами с окружающей средой, не разрушая себя.
С другой стороны, хотя известно, что белки обычно денатурируют при высоких температурах, белки, присутствующие в термофильных бактериях, обладают ковалентными связями, которые взаимодействуют гидрофобным образом. Эта характеристика обеспечивает устойчивость к этому типу бактерий.
Точно так же ферменты, продуцируемые термофильными бактериями, являются термостабильными белками, поскольку они могут выполнять свои функции во враждебной среде, в которой эти бактерии развиваются, без потери своей конфигурации.
Что касается кривой роста, термофильные бактерии имеют высокую скорость размножения, но имеют более короткий период полураспада, чем другие классы микроорганизмов.
Полезность термофильных бактерий в промышленности
Сегодня в различных отраслях промышленности ферменты бактериального происхождения используются для выполнения различных процессов. Некоторые из них происходят от термофильных бактерий.
Среди ферментов, наиболее часто выделяемых из термофильных бактерий с возможным промышленным применением, являются ферменты α-амилазы, ксиланазы, ДНК-полимераза, каталазы и сериновые протеазы, все из которых являются термостабильными.
Эти ферменты особенные, потому что они способны действовать при высоких температурах, когда другие подобные ферменты, вырабатываемые мезофильными бактериями, денатурируют.
Следовательно, они идеально подходят для процессов, требующих высоких температур, или для процессов, в которых важно минимизировать распространение мезофильных бактерий.
Примеры
В качестве примера использования ферментов термофильных бактерий в промышленности можно упомянуть использование ДНК-полимеразы (taq-полимеразы) в методе полимеразной цепной реакции (ПЦР).
Этот метод денатурирует ДНК при высоких температурах без риска повреждения фермента taq-полимеразы. Первая использованная полимераза taq была выделена из видов Thermus aquaticus.
С другой стороны, термофильные бактерии можно использовать для минимизации ущерба, наносимого загрязнением окружающей среды.
Например, исследования показали, что некоторые термофильные бактерии могут выводить соединения, токсичные для окружающей среды. Так обстоит дело с полихлорбифенилом (загрязняющее вещество, содержащееся в пластмассах и хладагентах, среди других соединений).
Это возможно благодаря тому факту, что некоторые термофильные бактерии могут использовать в качестве источника углерода такие элементы, как бифенил, 4-хлорбифенил и бензойную кислоту. Следовательно, они разлагают полихлорированные дифенилы, удаляя их из окружающей среды.
С другой стороны, эти бактерии отлично перерабатывают такие элементы, как азот и сера, в почве. Благодаря этому их можно использовать для естественного удобрения земли без использования искусственных (химических) удобрений.
Аналогичным образом, некоторые исследователи предлагают использовать термофильные бактерии для получения веществ, генерирующих альтернативную энергию, таких как биогаз, биодизель и биоэтанол, путем гидролиза агропромышленных отходов, способствуя процессам биоремедиации.
Место обитания
Среда обитания термофильных бактерий состоит из наземных или морских мест, характеризующихся высокими температурами. Другими факторами, которые сопровождают температуру, являются pH среды, концентрация солей и химические соединения (органические и неорганические), которые могут присутствовать.
В зависимости от конкретных характеристик среды в ней разовьется тот или иной вид термофильных бактерий.
Среди наиболее распространенных местообитаний этого типа бактерий можно отметить следующие: гидротермальные источники, вулканические районы, горячие источники и пустыни.
Кормление
Для роста термофильных бактерий обычно требуются сложные питательные среды. Среди питательных веществ, которые им могут потребоваться, следующие: дрожжевой экстракт, триптон, казаминовые кислоты, глутамат, пролин, серин, целлобиоза, трегалоза, сахароза, ацетат и пируват.
Агар, используемый для выделения некоторых термофильных бактерий, представляет собой агар Луриа-Бертани. Содержит гидролизат казеина, дрожжевой экстракт, NaCl, агар и дистиллированную воду с pH, доведенным до 7,0 ± 0,2.
Термофильные бактерии как загрязнители обработанных пищевых продуктов
Большинство термофильных бактерий сапрофитны и не вызывают заболеваний у человека. Однако при производстве пищевых продуктов могут быть факторы, способствующие размножению термофильных микроорганизмов, которые могут быть вредными.
Например, при производстве молочных продуктов пастеризация используется как метод обеззараживания пищевых продуктов. Этот метод должен гарантировать санитарное качество; однако он не является надежным, поскольку спорулированные термофильные бактерии могут выжить в этом процессе.
Это потому, что, хотя вегетативные клетки большинства спорулированных бактерий не термостойки, споры устойчивы.
Существуют спорулированные бактерии, которые представляют реальную опасность для потребления человеком. Например, споры следующих видов: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.
Консервы с низким содержанием кислоты обычно поражаются спорообразующими анаэробными термофильными бактериями, такими как Геобациллы стеаротермофилус. Эти бактерии сбраживают углеводы и вызывают неприятный кислый вкус из-за образования короткоцепочечных жирных кислот.
Точно так же консервы с высоким содержанием кислоты могут быть загрязнены Clostridium thermosaccharolyticum. Этот микроорганизм обладает сильным сахаролитическим действием и вызывает вздутие банки из-за высокого газообразования.
В свою очередь, Desulfotomaculum nigrificans он также атакует консервы. Хотя на банке нет никаких признаков вскрытия, когда банка открыта, может ощущаться сильный кислотный запах и наблюдается почерневшая еда. Черный цвет обусловлен тем, что бактерии производят сероводород, который, в свою очередь, реагирует с железом в контейнере, образуя соединение этого цвета.
Примеры термофильных бактерий
Родотермус обаменсис
Морские бактерии, грамотрицательные, гетеротрофные, аэробные и гипертермофильные палочки.
Род Caldicellulosiruptor
Анаэробные бактерии, грамположительные, чрезвычайно теплолюбивые, спорулированные.
Термомикробный класс
Это аэробные гипертермофильные бактерии, гетеротрофные, с переменным граммом.
Родотермус маринус
Грамотрицательные, аэробные, экстремально теплолюбивые и галофильные палочки. Его производство термостабильных ферментов было изучено, особенно для гидролиза полисахаридов и для синтеза ДНК, которые представляют интерес для промышленности.
Deferribacter desulfuricans
Анаэробные бактерии, чрезвычайно термофильные, гетеротрофные, восстанавливающие серу, нитрат и арсенат.
Маринитермус гидротермальный
Грамотрицательные стержни или нити, чрезвычайно теплолюбивые, строго аэробные гетеротрофные.
Thermodesulfobacterium Hydrogeniphilum
Морские виды, гипертермофильные, анаэробные, грамотрицательные, хемолитоавтотрофные (сульфатредуцирующие), не спорулированные.
Thermus aquaticus
Грамотрицательные, гипертермофильные, гетеротрофные и аэробные бактерии. Он синтезирует термостабильный фермент, используемый в методе ПЦР, называемый ДНК-полимеразой taq.
Sulfurivirga caldicuralii
Чрезвычайно термофильный, микроаэрофильный хемолитоавтотрофный тиосульфатный окислитель.
Геобациллыстеаротермофилус до звонка Bacillus stearotermophilus
Грамположительные палочки, спорулированные, чрезвычайно теплолюбивые. Его споры используются в микробиологических лабораториях в качестве биологического контроля для оценки надлежащего функционирования автоклава.
Пол Наутилия
Виды этого рода характеризуются тем, что они грамотрицательные, гипертермофильные, хотя их диапазон роста широкий, морских обитателей, они не образуют спор, они являются облигатными анаэробами или микроаэрофилами.
Сравнительная таблица наиболее актуальных видов
Ссылки
Бура: история, строение, свойства, применение, синтез, риски
Автоматонофобия (боязнь кукол): симптомы, причины и лечение