THERMOPHILE BAKTERIEN: EIGENSCHAFTEN, LEBENSRAUM, NAHRUNG - BIOLOGIE - 2024

Die thermophilen Bakterien sind solche, die in Umgebungen mit Temperaturen über 50 ° C wachsen können. Die Lebensräume dieser Mikroorganismen sind sehr feindliche Orte wie hydrothermale Quellen, vulkanische Gebiete, heiße Quellen und Wüsten. Abhängig von dem Temperaturbereich, den sie unterstützen, werden diese Mikroorganismen als Thermophile, extreme Thermophile und Hyperthermophile klassifiziert.

Thermophile gedeihen in einem Temperaturbereich zwischen 50 und 68 ° C, wobei ihre optimale Wachstumstemperatur mehr als 60 ° C beträgt. Extreme Thermophile wachsen in einem Bereich von 35 bis 70 ° C mit einer optimalen Temperatur von 65 ° C und Hyperthermophile leben in einem Temperaturbereich von 60 bis 115 ° C mit einem optimalen Wachstum bei ≥ 80 ° C.

Bild links: Umgebung, in der thermophile Bakterien leben. Bild rechts: figurative Darstellung thermophiler Bakterien. Quelle: Linkes Bild pxhere, rechtes Bild pixabay

Als Beispiele für thermophile Bakterien im Allgemeinen können die folgenden genannt werden: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis und Thermus aquaticus unter anderem.

Diese Mikroorganismen haben spezielle strukturelle Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, hohen Temperaturen standzuhalten. Tatsächlich ist ihre Morphologie so unterschiedlich, dass sie sich bei niedrigeren Temperaturen nicht entwickeln können.

Eigenschaften

Thermophile Bakterien haben eine Reihe von Eigenschaften, die sie an Umgebungen mit sehr hohen Temperaturen anpassen.

Einerseits weist die Zellmembran dieser Bakterien einen hohen Anteil an langkettigen gesättigten Lipiden auf. Dies ermöglicht es ihnen, mit hohen Temperaturen fertig zu werden und eine ausreichende Durchlässigkeit und Flexibilität aufrechtzuerhalten, wodurch es ihnen gelingt, Substanzen mit der Umwelt auszutauschen, ohne sich selbst zu zerstören.

Obwohl bekannt ist, dass Proteine ​​im Allgemeinen bei hohen Temperaturen denaturieren, besitzen die in thermophilen Bakterien vorhandenen Proteine ​​kovalente Bindungen, die hydrophob interagieren. Diese Eigenschaft verleiht dieser Art von Bakterien Stabilität.

Ebenso sind die von thermophilen Bakterien produzierten Enzyme thermostabile Proteine, da sie ihre Funktionen in den feindlichen Umgebungen ausüben können, in denen sich diese Bakterien entwickeln, ohne ihre Konfiguration zu verlieren.

Thermophile Bakterien haben im Verhältnis zu ihrer Wachstumskurve eine hohe Reproduktionsrate, aber eine kürzere Halbwertszeit als andere Klassen von Mikroorganismen.

Nützlichkeit thermophiler Bakterien in der Industrie

Heutzutage verwenden verschiedene Industrien Enzyme bakteriellen Ursprungs, um verschiedene Prozesse durchzuführen. Einige von ihnen stammen von thermophilen Bakterien.

Zu den Enzymen, die am häufigsten aus thermophilen Bakterien mit möglichen industriellen Anwendungen isoliert werden, gehören die Enzyme α-Amylasen, Xylanasen, DNA-Polymerase, Katalasen und Serinproteasen, die alle thermostabil sind.

Diese Enzyme sind speziell, weil sie bei hohen Temperaturen wirken können, bei denen andere ähnliche Enzyme, die von mesophilen Bakterien hergestellt werden, denaturieren würden.

Daher sind sie ideal für Prozesse, die hohe Temperaturen erfordern, oder für Prozesse, bei denen es wichtig ist, die Proliferation mesophiler Bakterien zu minimieren.

Beispiele

Als Beispiel für die Verwendung von Enzymen aus thermophilen Bakterien in der Industrie können wir die Verwendung von DNA-Polymerase (Taq-Polymerase) in der Polymerase-Kettenreaktions- (PCR-) Technik erwähnen.

Diese Technik denaturiert DNA bei hohen Temperaturen, ohne dass das Risiko besteht, dass das Taq-Polymerase-Enzym beschädigt wird. Die erste verwendete Taq-Polymerase wurde aus der Spezies Thermus aquaticus isoliert.

Andererseits können thermophile Bakterien verwendet werden, um die durch Umweltverschmutzung verursachten Schäden zu minimieren.

Untersuchungen haben beispielsweise ergeben, dass einige thermophile Bakterien umweltschädliche Verbindungen eliminieren können. Dies ist der Fall bei Polychlorbiphenyl (einem Schadstoff, der unter anderem in Kunststoffen und Kältemitteln enthalten ist).

Dies ist möglich, weil bestimmte thermophile Bakterien Elemente wie Biphenyl, 4-Chlorbiphenyl und Benzoesäure als Kohlenstoffquelle verwenden können. Daher bauen sie polychlorierte Biphenyle ab und eliminieren sie aus der Umwelt.

Andererseits können diese Bakterien Elemente wie Stickstoff und Schwefel im Boden hervorragend recyceln. Aus diesem Grund können sie verwendet werden, um das Land auf natürliche Weise zu düngen, ohne dass künstliche (chemische) Düngemittel benötigt werden.

Ebenso schlagen einige Forscher die Verwendung von thermophilen Bakterien vor, um Substanzen zu erhalten, die alternative Energie wie Biogas, Biodiesel und Bioethanol durch Hydrolyse von agroindustriellen Abfällen erzeugen, wodurch Bioremediationsprozesse begünstigt werden.

Lebensraum

Der Lebensraum thermophiler Bakterien besteht aus terrestrischen oder marinen Orten, die durch ihre hohen Temperaturen gekennzeichnet sind. Andere Faktoren, die die Temperatur begleiten, sind der pH-Wert des Mediums, die Konzentration der Salze und die möglicherweise vorhandenen chemischen Verbindungen (organisch und anorganisch).

Abhängig von den spezifischen Eigenschaften des Mediums entwickelt sich darin eine bestimmte Art von thermophilen Bakterien oder eine andere.

Unter den häufigsten Lebensräumen für diese Art von Bakterien können die folgenden erwähnt werden: hydrothermale Quellen, vulkanische Gebiete, heiße Quellen und Wüsten.

Füttern

Thermophile Bakterien benötigen im Allgemeinen komplexe Kulturmedien, um zu wachsen. Unter den Nährstoffen, die sie möglicherweise benötigen, sind die folgenden: Hefeextrakt, Trypton, Casaminosäuren, Glutamat, Prolin, Serin, Cellobiose, Trehalose, Saccharose, Acetat und Pyruvat.

Ein Agar, der zur Isolierung einiger thermophiler Bakterien verwendet wird, ist Luria-Ber-tani-Agar. Enthält hydrolysiertes Casein, Hefeextrakt, NaCl, Agar und destilliertes Wasser mit einem auf 7,0 ± 0,2 eingestellten pH-Wert.

Thermophile Bakterien als Kontaminanten von verarbeiteten Lebensmitteln

Die meisten thermophilen Bakterien sind saprophytisch und verursachen beim Menschen keine Krankheiten. Bei der Herstellung von Lebensmitteln kann es jedoch Faktoren geben, die die Vermehrung thermophiler Mikroorganismen begünstigen, die schädlich sein können.

Beispielsweise wird bei der Herstellung von Milchprodukten die Pasteurisierung als Methode zur Dekontamination von Lebensmitteln verwendet. Diese Methode soll die Hygienequalität gewährleisten; Es ist jedoch nicht kinderleicht, da sporulierte thermophile Bakterien diesen Prozess überleben können.

Dies liegt daran, dass die vegetativen Zellen der meisten sporulierten Bakterien zwar nicht hitzebeständig sind, die Sporen jedoch.

Es gibt sporulierte Bakterien, die eine echte Gefahr für den menschlichen Verzehr darstellen. Zum Beispiel die Sporen der folgenden Arten: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Konserven mit niedrigem Säuregehalt werden normalerweise von sporenbildenden anaeroben thermophilen Bakterien wie Geobacillus stearothermophilus angegriffen. Dieses Bakterium fermentiert Kohlenhydrate und erzeugt aufgrund der Produktion kurzkettiger Fettsäuren einen unangenehmen sauren Geschmack.

Ebenso können säurereiche Konserven mit Clostridium thermosaccharolyticum kontaminiert sein. Dieser Mikroorganismus ist stark saccharolytisch und verursacht aufgrund der hohen Gasproduktion ein Ausbeulen der Dose.

Desulfotomaculum nigrificans greift seinerseits auch Konserven an. Obwohl die Dose keine Anzeichen von Manipulationen aufweist, können Sie beim Entkappen der Dose einen stark sauren Geruch riechen und es wird ein geschwärztes Lebensmittel beobachtet. Die schwarze Farbe ist darauf zurückzuführen, dass die Bakterien Schwefelwasserstoff produzieren, der wiederum mit dem Eisen im Behälter reagiert und eine Verbindung dieser Farbe bildet.

Schließlich verursachen Bacillus cereus und Clostridium perfringens eine Lebensmittelvergiftung, und Clostridium botulinum sezerniert ein starkes Neurotoxin in Lebensmitteln, das beim Verzehr zum Tod führt.

Beispiele für thermophile Bakterien

Rhodothermus obamensis

Meeresbakterien, gramnegativer, heterotropher, aerober und hyperthermophiler Bazillus.

Gattung Caldicellulosiruptor

Anaerobe Bakterien, grampositiv, extrem thermophil, sporuliert.

Thermomicrobium-Klasse

Sie sind aerobe hyperthermophile Bakterien, heterotrophe, mit variablem Gramm.

Rhodothermus marinus

Gramnegativer, aerober, extrem thermophiler und halophiler Bazillus. Die Herstellung von thermostabilen Enzymen wurde untersucht, insbesondere zur Hydrolyse von Polysacchariden und zur DNA-Synthese, die beide für die Industrie von Interesse sind.

Deferribacter desulfuricans

Anaerobe Bakterien, extrem thermophil, heterotrop, reduzierend Schwefel, Nitrat und Arsenat.

Marinithermus

Gramnegative Stäbchen oder Filamente, extrem thermophil, streng aerob heterotrop.

Thermodesulfobacterium Hydrogeniphilum

Meeresspezies, hyperthermophil, anaerob, gramnegativ, chemolytoautotrop (sulfatreduzierend), nicht sporuliert.

Thermus aquaticus

Gramnegative, hyperthermophile, heterotrophe und aerobe Bakterien. Es synthetisiert ein thermostabiles Enzym, das in der PCR verwendet wird und Taq-DNA-Polymerase heißt.

Sulphurivirga caldicuralii

Extrem thermophiles, mikroaerophiles chemolytoautotropes Thiosulfatoxidationsmittel.

Geobacillus

Grampositive, sporulierte, extrem thermophile Stäbchen. Seine Sporen werden in mikrobiologischen Labors als biologische Kontrolle verwendet, um die ordnungsgemäße Funktion des Autoklaven zu bewerten.

Geschlecht

Die Arten dieser Gattung zeichnen sich dadurch aus, dass sie gramnegativ und hyperthermophil sind, obwohl ihr Wachstumsbereich breit ist. Sie bilden keine Sporen, sie sind obligate Anaerobier oder Mikroaerophile.

Vergleichstabelle zwischen den relevantesten Arten

Quelle: Erstellt vom Autor Msc. Marielsa Gil.

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