חיידקים תרמופיליים: מאפיינים, בית גידול, אוכל - ביולוגיה - 2025

חיידקי thermophilic הם אלה שיש להם את היכולת לצמוח בסביבות עם יותר בטמפרטורות מ 50 ° C. בתי הגידול של מיקרואורגניזמים אלה הם מקומות עוינים מאוד, כמו פתחי אוורור הידרותרמיים, אזורים געשיים, מעיינות חמים ומדבריות, בין היתר. בהתאם לטווח הטמפרטורה בו הם תומכים, מיקרואורגניזמים אלו מסווגים כתרמופילים, תרמופילים קיצוניים והיפרתרופופילים.

תרמופילים משגשגים בטווח טמפרטורות שבין 50 ל- 68 מעלות צלזיוס, כאשר טמפרטורת הגידול האופטימלית שלהם היא יותר מ 60 מעלות צלזיוס. תרמופילים קיצוניים צומחים בטווח של 35 עד 70 מעלות צלזיוס, עם טמפרטורה אופטימלית של 65 מעלות צלזיוס, והיפרתרמופילים חיים בטווח טמפרטורות של 60 עד 115 מעלות צלזיוס, עם גידול אופטימלי ל -80 מעלות צלזיוס.

תמונה משמאל: סביבה בה חיים חיידקים תרמופיליים. תמונה מימין: ייצוג פיגורטיבי של חיידקים תרמופיליים. מקור: תמונה שמאל pxhere, תמונה ימנית pixabay

כדוגמאות לחיידקים תרמופיליים בכלל, ניתן להזכיר את הדברים הבאים: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis, ו- Thermus aquaticus, בין היתר.

למיקרואורגניזמים אלה מאפיינים מבניים מיוחדים המעניקים להם את היכולת לעמוד בטמפרטורות גבוהות. למעשה, המורפולוגיה שלהם שונה כל כך שהם לא יכולים להתפתח בטמפרטורות נמוכות יותר.

מאפיינים

לחיידקים תרמופיליים יש סדרת מאפיינים ההופכים אותם למותאמים לסביבות עם טמפרטורות גבוהות מאוד.

מצד אחד בקרום התא של חיידקים אלה יש כמות גבוהה של שומנים רוויים ארוכי שרשרת. זה מאפשר להם להתמודד עם טמפרטורות גבוהות ולשמור על חדירות וגמישות נאותה, מצליחים להחליף חומרים עם הסביבה מבלי להרוס את עצמם.

מצד שני, למרות שידוע כי חלבונים בדרך כלל מתלשלים בטמפרטורות גבוהות, החלבונים הנמצאים בחיידקים תרמופיליים הם בעלי קשרים מסוג קוולנטי אשר אינטראקציה הידרופובית. מאפיין זה מספק יציבות לסוג זה של חיידקים.

באופן דומה, האנזימים המיוצרים על ידי חיידקים תרמופיליים הם חלבונים תרמוסטטיים, מכיוון שהם יכולים להפעיל את תפקידיהם בסביבות העוינות בהן חיידקים אלה מתפתחים, מבלי לאבד את תצורתם.

ביחס לעיקול הגידול שלהם, לחיידקים תרמופיליים יש קצב רבייה גבוה, אך הם בעלי אורך חיים נמוך יותר משיעורים אחרים של מיקרואורגניזמים.

שימושיות של חיידקים תרמופיליים בתעשייה

כיום סוגים שונים של תעשיות משתמשות באנזימים ממוצא חיידקי כדי לבצע תהליכים שונים. חלקם מגיעים מחיידקים תרמופיליים.

בין האנזימים המבודדים בתדירות הגבוהה ביותר מחיידקים תרמופיליים עם יישומים תעשייתיים אפשריים הם האנזימים α-amylases, xylanases, DNA פולימראז, קטאלזות ופרוטאזות סרין, כולם תרמוסטטיים.

אנזימים אלה הם מיוחדים מכיוון שהם מסוגלים לפעול בטמפרטורות גבוהות, שם אנזימים דומים אחרים המיוצרים על ידי חיידקים מזופיליים היו מכחישים.

לכן הם אידיאליים לתהליכים הדורשים טמפרטורות גבוהות או בתהליכים בהם חיוני למזער את התפשטות החיידקים המזופילים.

דוגמאות

כדוגמה לשימוש באנזימים מחיידקים תרמופיליים בתעשייה, אנו יכולים להזכיר את השימוש בפולימראז DNA (טאק פולימראז), בטכניקת תגובת שרשרת הפולימראז (PCR).

טכניקה זו מכחישה את ה- DNA בטמפרטורות גבוהות, ללא סיכון לפגיעה באנזים הפולימראז טאק. הפולימראז טאק הראשון בו נעשה שימוש היה מבודד מהמין Thermus aquaticus.

מצד שני, ניתן להשתמש בחיידקים תרמופיליים כדי למזער את הנזק שנגרם כתוצאה מזיהום סביבתי.

לדוגמה, מחקר גילה כי כמה חיידקים תרמופיליים יכולים לחסל תרכובות רעילות לסביבה. כזה הוא המקרה של פוליכלורוביפניל (חומר מזהם שנמצא בפלסטיקה ובקררים, בין תרכובות אחרות).

זה אפשרי הודות לעובדה שחיידקים תרמופיליים מסוימים יכולים להשתמש באלמנטים כמו ביפניל, 4-כלורוביפניל וחומצה בנזואית כמקור פחמן. לפיכך הם משפילים ביפניל רב-כלורתי ומבטלים אותם מהסביבה.

מצד שני, חיידקים אלו מצוינים במחזור אלמנטים כמו חנקן וגופרית באדמה. מסיבה זו ניתן להשתמש בהם לדישון טבעי של האדמה ללא צורך בדשנים מלאכותיים (כימיים).

כמו כן, כמה חוקרים מציעים להשתמש בחיידקים תרמופיליים כדי להשיג חומרים המייצרים אנרגיה חלופית כמו ביוגז, ביו-דיזל וביו-אתנול באמצעות הידרוליזה של פסולת אגרו-תעשייתית, העדיפה תהליכי ביורדיאציה.

בית גידול

בית הגידול של חיידקים תרמופיליים מורכב ממקומות יבשתיים או ימיים המאופיינים בטמפרטורות הגבוהות שלהם. גורמים נוספים המלווים את הטמפרטורה הם pH של המדיום, ריכוז המלחים והתרכובות הכימיות (אורגני ואי-אורגני) שעשויים להיות קיימים.

בהתאם למאפיינים הספציפיים של המדיום, יתפתח בו סוג מסוים של חיידקים תרמופיליים או כאלה.

בין בתי הגידול הנפוצים ביותר לסוג זה של חיידקים ניתן להזכיר את הבאים: פתחי אוורור הידרותרמיים, אזורים געשיים, מעיינות חמים ומדבריות.

הַאֲכָלָה

חיידקים תרמופיליים בדרך כלל דורשים לגדול מדיות תרבות מורכבות. בין החומרים המזינים שהם עשויים לדרוש הם הבאים: תמצית שמרים, טריפטון, חומצות קאסמינו, גלוטמט, פרולין, סרין, צלוביוז, טרלהוז, סוכרוז, אצטט ופירובט.

אגר המשמש לבידודם של כמה חיידקים תרמופיליים הוא אגר לוריא-בר-טאני. מכיל קזאין הידרוליזה, תמצית שמרים, NaCl, אגר ומים מזוקקים עם pH המותאם ל -7.0 ± 0.2.

חיידקים תרמופיליים כמזהמים של מזון מעובד

מרבית החיידקים התרמופיליים הם ספרפטיים ואינם גורמים למחלות אצל בני אדם. עם זאת, בייצור מזון עשויים להיות גורמים המעדיפים את התפשטות המיקרואורגניזמים התרמופילים, העלולים להזיק.

כדי לתת דוגמא, בייצור מוצרי חלב, הפיסטור משמש כשיטה לטיהור מזון. שיטה זו אמורה להבטיח איכות סניטרית; עם זאת, זה אינו אטום מפני שטויות מכיוון שחיידקים תרמופיליים מוגבלים יכולים לשרוד את התהליך הזה.

הסיבה לכך היא, שלמרות שהתא הווגטטיבי של רוב החיידקים המושרשים אינו עמיד בחום, הנבגים הם כן.

ישנם חיידקים ספורליים המייצגים סכנה ממשית לצריכה אנושית. לדוגמא, נבגי המינים הבאים: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

מוצרים משומרים עם חומצה נמוכה מותקפים בדרך כלל על ידי חיידקים תרמופיליים אנאירוביים הנוצרים נבגים כמו Geobacillus stearothermophilus. חיידק זה מתסס פחמימות ומייצר טעם חמוץ לא נעים עקב ייצור חומצות שומן בעלות שרשרת קצרה.

כמו כן, אוכל משומר גבוה עם חומצה יכול להיות מזוהם עם Clostridium thermosaccharolyticum. מיקרואורגניזם זה הוא סוכרוליטי מאוד וגורם לתפיחה של הפחית כתוצאה מייצור גז גבוה.

Desulfotomaculum nigrificans מצידו תוקף גם שימורים. אף על פי שהפחית אינה מראה סימני חבלה, כשמכוסים את הפחית ניתן להריח ריח חומצי חזק ונצפה אוכל מושחר. הצבע השחור נובע מהעובדה שהחיידקים מייצרים מימן גופרתי, אשר בתורו מגיב עם הברזל בכלי, ויוצרים תרכובת של צבע זה.

לבסוף, Bacillus cereus ו- Clostridium perfringens גורמים להרעלת מזון ו Clostridium botulinum מפריש נוירוטוקסין רב עוצמה במזון שכאשר הוא נצרך גורם למוות.

דוגמאות לחיידקים תרמופיליים

Rhodothermus obamensis

חיידקים ימיים, גריל שלילי, הטרוטרופי, אירובי והיפתרמופיל.

סוג Caldicellulosiruptor

חיידקים אנאירובים, גרם חיובי, תרמופילי קיצוני, ספורלי.

כיתת Thermomicrobium

הם חיידקים היפרתרופיליים אירוביים, הטרוטרופיים, עם גרם משתנה.

רודותרמוס מרינוס

גרם שלילי, אירובי, תרמופיל קיצוני והליפילילי. ייצור האנזימים התרמוסטטיים נחקר, במיוחד לצורך הידרוליזה של פוליסכרידים וסינתזת DNA, שניהם מעניינים את הענף.

Deferribacter desulfuricans

חיידקים אנאירוביים, תרמופיליים קיצוניים, הטרוטרופיים, מפחיתים גופרית, חנקה וארסן.

מרינימרמוס

מוטות או חוטים שליליים גרם, תרמופיליים קיצוניים, הטרוטרופיים אירוביים קפדניים.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

מינים ימיים, היפרתרמופיליים, אנאירוביים, שליליים גרם, כימוליטו-אוטוטרופיים (הפחתת גופרת), לא ספורליים.

Thermus aquaticus

גרם שלילי, חיידקי היפרתרופילי, הטרוטרופי ואירובי. זה מסנתז אנזים תרמוסטטי המשמש ב- PCR בשם טאק DNA פולימראז.

Sulfurivirga caldicuralii

תרמופיל קיצוני, מיקרו-אריופיל כימוליט-אוטוטרופי, חמצון תיוסולפט.

גאובצילוס

מוטות תרמופיליליים חיוביים, ספורולטיים וקיצוניים. נבגיו משמשים במעבדות מיקרוביולוגיה כבקרה ביולוגית להערכת תפקוד תקין של החיטוי.

מִין

המינים של הסוג הזה מאופיינים בכך שהם שליליים גראם, היפרתרמופיליים, אם כי טווח הגידול שלהם רחב, של חיים ימיים, הם לא יוצרים נבגים, הם חייבים אנאירובים או מיקרואירופילים.

טבלת השוואה בין המינים הרלוונטיים ביותר

מקור: הוכן על ידי הסופר Msc. מריאלסה גיל.

הפניות

1. Gallut P. בידוד ותרבות של מיקרואורגניזמים הקשורים לאונקואידים ממעיינות הידרותרמיים של Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. עבודת גמר ללימודי תואר שני במדעים. מרכז מחקר ביולוגי. 2016. ניתן להשיג ב: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardott SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: פיזיולוגיה וביולוגיה מולקולרית. אקסטרמופילים. 2006; 10 (1): 1-16. ניתן להשיג ב: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית. 24 נובמבר 2018, 10:28 UTC. 9 במאי 2019, 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atill H. בדיקות עיקור. במיקרוביולוגיה רפואית (המהדורה השמונה עשרה).
5. ריי ט. המגוון הביולוגי הימי של החיידקים: טקסות חדשות שניתן לטפח. עבודת גמר העליונה לתואר דוקטור לביוטכנולוגיה. המחלקה למיקרוביולוגיה ואקולוגיה. 2012. זמין באוניברסיטת ולנסיה.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. נובמבר, שושלת מודרנית של חיידקים ימיים תרמופיליים במיוחד. Int J Syst Bacteriol. תשע עשרה תשעים ושש; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. בידוד זנים אנאירוביים תרמופיליים המייצרים תאיות והמיסלולאזים המעורבים בייצור ביו-אנתול באמצעות תרבויות מסורתיות ובידוד בידוד ולא מָסוֹרתִי. ביופארבו. 2007; 15 (1): 43-50. ניתן להשיג ב: magazinebolivianas.org.b