แบคทีเรียทนความร้อน: ลักษณะที่อยู่อาศัยอาหาร - ชีววิทยา

แบคทีเรียทนร้อนเป็นผู้ที่มีความสามารถที่จะเติบโตในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 50 องศาเซลเซียส แหล่งที่อยู่อาศัยของจุลินทรีย์เหล่านี้เป็นสถานที่ที่ไม่เป็นมิตรเช่นช่องระบายความร้อนใต้พิภพพื้นที่ภูเขาไฟน้ำพุร้อนและทะเลทรายเป็นต้น ขึ้นอยู่กับช่วงอุณหภูมิที่รองรับจุลินทรีย์เหล่านี้จัดอยู่ในประเภทเทอร์โมไฟล์เทอร์โมฟิลและไฮเปอร์เทอร์โมไฟล์

Thermophiles เจริญเติบโตได้ในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 50 ถึง 68 ° C โดยอุณหภูมิการเจริญเติบโตที่เหมาะสมคือมากกว่า 60 ° C อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดคือ 65 ° C และไฮเปอร์เทอร์โมไทล์อยู่ในช่วงอุณหภูมิ 60 ถึง 115 ° C โดยมีการเติบโตที่เหมาะสมที่≥80° C

ภาพด้านซ้าย: สภาพแวดล้อมที่แบคทีเรียทนความร้อนอาศัยอยู่ ภาพด้านขวา: การแสดงอุปมาอุปไมยของแบคทีเรียทนความร้อน ที่มา: ภาพซ้าย PxHere, ภาพขวา pixabay

จากตัวอย่างของแบคทีเรียที่ทนความร้อนโดยทั่วไปสามารถกล่าวถึงสิ่งต่อไปนี้: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis และ Thermus Aquaticus เป็นต้น

จุลินทรีย์เหล่านี้มีลักษณะโครงสร้างพิเศษที่ทำให้สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ ในความเป็นจริงสัณฐานวิทยาของพวกมันแตกต่างกันมากจนไม่สามารถพัฒนาได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า

ลักษณะเฉพาะ

เทอร์โมฟิลิกแบคทีเรียมีลักษณะหลายอย่างที่ทำให้พวกมันปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงมาก

ในแง่หนึ่งเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรียเหล่านี้มีไขมันอิ่มตัวสายยาวจำนวนมาก สิ่งนี้ช่วยให้สามารถรับมือกับอุณหภูมิสูงและรักษาความสามารถในการซึมผ่านและความยืดหยุ่นที่เพียงพอจัดการแลกเปลี่ยนสารกับสิ่งแวดล้อมโดยไม่ทำลายตัวเอง

ในทางกลับกันแม้ว่าจะเป็นที่ทราบกันดีว่าโดยทั่วไปแล้วโปรตีนจะเปลี่ยนสภาพที่อุณหภูมิสูง แต่โปรตีนที่มีอยู่ในแบคทีเรียที่ทนความร้อนมีพันธะโควาเลนต์ชนิดที่ทำปฏิกิริยากับสารไม่ชอบน้ำ ลักษณะนี้ให้ความเสถียรแก่แบคทีเรียชนิดนี้

ในทำนองเดียวกันเอนไซม์ที่ผลิตโดยแบคทีเรียที่ทนความร้อนเป็นโปรตีนที่ทนความร้อนได้เนื่องจากสามารถทำหน้าที่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรที่แบคทีเรียเหล่านี้พัฒนาได้โดยไม่สูญเสียการกำหนดค่า

ในความสัมพันธ์กับเส้นโค้งการเจริญเติบโตของพวกมันแบคทีเรียที่ทนความร้อนมีอัตราการแพร่พันธุ์สูง แต่มีครึ่งชีวิตสั้นกว่าจุลินทรีย์ประเภทอื่น

ประโยชน์ของแบคทีเรียที่ทนความร้อนในอุตสาหกรรม

ปัจจุบันอุตสาหกรรมประเภทต่างๆใช้เอนไซม์ที่มาจากแบคทีเรียเพื่อดำเนินกระบวนการต่างๆ บางส่วนมาจากแบคทีเรียที่ทนความร้อน

ในบรรดาเอนไซม์ที่แยกได้บ่อยที่สุดจากแบคทีเรียที่ทนความร้อนด้วยการใช้งานในอุตสาหกรรมที่เป็นไปได้ ได้แก่ เอนไซม์α-amylases, xylanases, DNA polymerase, catalases และ serine proteases ซึ่งสามารถทนต่อความร้อนได้ทั้งหมด

เอนไซม์เหล่านี้มีความพิเศษเนื่องจากมีความสามารถในการทำหน้าที่ที่อุณหภูมิสูงซึ่งเอนไซม์อื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกันซึ่งทำโดยแบคทีเรียมีโซฟิลิกจะทำให้เสีย

ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการที่ต้องใช้อุณหภูมิสูงหรือในกระบวนการที่จำเป็นอย่างยิ่งในการลดการแพร่กระจายของแบคทีเรียชนิดมีโซฟิลิก

ตัวอย่าง

ตัวอย่างของการใช้เอนไซม์จากแบคทีเรียทนความร้อนในอุตสาหกรรมเราสามารถพูดถึงการใช้ DNA polymerase (taq polymerase) ในเทคนิคปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR)

เทคนิคนี้ทำลายดีเอ็นเอที่อุณหภูมิสูงโดยไม่มีความเสี่ยงที่เอนไซม์ taq polymerase จะเสียหาย taq polymerase แรกที่ใช้แยกได้จากสายพันธุ์ Thermus

ในทางกลับกันแบคทีเรียที่ทนความร้อนสามารถใช้เพื่อลดความเสียหายที่เกิดจากมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด

ตัวอย่างเช่นงานวิจัยพบว่าแบคทีเรียทนความร้อนบางชนิดสามารถกำจัดสารประกอบที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมได้ นั่นคือกรณีของโพลีคลอโรบิฟินิล (สารก่อมลพิษที่มีอยู่ในพลาสติกและสารทำความเย็นรวมถึงสารประกอบอื่น ๆ )

สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากแบคทีเรียที่ทนความร้อนบางชนิดสามารถใช้องค์ประกอบเช่น biphenyl, 4-chlorobiphenyl และ benzoic acid เป็นแหล่งคาร์บอน ดังนั้นพวกมันจึงย่อยสลายไบฟีนิลที่เป็นโพลีคลอรีนและกำจัดออกจากสิ่งแวดล้อม

ในทางกลับกันแบคทีเรียเหล่านี้สามารถรีไซเคิลองค์ประกอบต่างๆเช่นไนโตรเจนและกำมะถันในดินได้อย่างดีเยี่ยม ด้วยเหตุนี้จึงสามารถใช้ปุ๋ยตามธรรมชาติในที่ดินได้โดยไม่ต้องใช้ปุ๋ยเทียม (เคมี)

ในทำนองเดียวกันนักวิจัยบางคนเสนอให้ใช้เทอร์โมฟิลิกแบคทีเรียเพื่อให้ได้สารที่สร้างพลังงานทดแทนเช่นก๊าซชีวภาพไบโอดีเซลและไบโอเอทานอลผ่านการย่อยสลายของเสียอุตสาหกรรมเกษตรโดยสนับสนุนกระบวนการบำบัดทางชีวภาพ

ที่อยู่อาศัย

ที่อยู่อาศัยของแบคทีเรียที่ทนความร้อนประกอบด้วยสถานที่บนบกหรือในทะเลที่มีอุณหภูมิสูง ปัจจัยอื่น ๆ ที่มาพร้อมกับอุณหภูมิ ได้แก่ pH ของตัวกลางความเข้มข้นของเกลือและสารประกอบทางเคมี (อินทรีย์และอนินทรีย์) ที่อาจมีอยู่

ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของตัวกลางแบคทีเรียทนความร้อนบางชนิดหรือชนิดอื่นจะพัฒนาขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของตัวกลาง

ในบรรดาแหล่งที่อยู่อาศัยที่พบบ่อยที่สุดของแบคทีเรียประเภทนี้สามารถกล่าวถึงได้ดังต่อไปนี้: ช่องระบายความร้อนใต้พิภพพื้นที่ภูเขาไฟน้ำพุร้อนและทะเลทราย

การให้อาหาร

เทอร์โมฟิลิกแบคทีเรียโดยทั่วไปต้องการอาหารเลี้ยงเชื้อที่ซับซ้อนในการเจริญเติบโต ในบรรดาสารอาหารที่พวกเขาอาจต้องการมีดังต่อไปนี้: สารสกัดจากยีสต์ทริปโทนกรดคาซามิโนกลูตาเมตโปรลีนซีรีนเซลโลไบโอสทรีฮาโลสซูโครสอะซิเตทและไพรูเวท

วุ้นที่ใช้ในการแยกแบคทีเรียที่ทนความร้อนบางชนิดคือวุ้น Luria-Ber-tani ประกอบด้วยเคซีนไฮโดรไลซ์, สารสกัดจากยีสต์, NaCl, วุ้นและน้ำกลั่นที่ปรับ pH เป็น 7.0 ± 0.2

เทอร์โมฟิลิกแบคทีเรียเป็นสารปนเปื้อนในอาหารแปรรูป

เทอร์โมฟิลิกแบคทีเรียส่วนใหญ่เป็นซาโพรไฟติกและไม่ก่อให้เกิดโรคในมนุษย์ อย่างไรก็ตามในการผลิตอาหารอาจมีปัจจัยที่เอื้อต่อการแพร่กระจายของจุลินทรีย์ที่ทนความร้อนซึ่งอาจเป็นอันตรายได้

เพื่อเป็นตัวอย่างในการผลิตผลิตภัณฑ์นมการพาสเจอร์ไรส์ใช้เป็นวิธีการปนเปื้อนในอาหาร วิธีนี้ควรรับประกันคุณภาพสุขาภิบาล อย่างไรก็ตามไม่สามารถเข้าใจผิดได้เนื่องจากแบคทีเรียที่มีความร้อนที่มีสปอร์สามารถอยู่รอดในกระบวนการนี้ได้

เนื่องจากแม้ว่าเซลล์พืชของแบคทีเรียที่สร้างสปอร์ส่วนใหญ่จะไม่ทนความร้อน แต่สปอร์ก็เช่นกัน

มีแบคทีเรียที่สร้างสปอร์ซึ่งแสดงถึงอันตรายที่แท้จริงสำหรับการบริโภคของมนุษย์ ตัวอย่างเช่นสปอร์ของสิ่งมีชีวิตต่อไปนี้: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus

โดยปกติแล้วสินค้ากระป๋องที่มีกรดต่ำจะถูกโจมตีโดยแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนที่สร้างสปอร์เช่น Geobacillus stearothermophilus แบคทีเรียนี้หมักคาร์โบไฮเดรตและทำให้เกิดรสเปรี้ยวอันไม่พึงประสงค์เนื่องจากการผลิตกรดไขมันสายสั้น

ในทำนองเดียวกันอาหารกระป๋องที่มีกรดสูงสามารถปนเปื้อน Clostridium thermosaccharolyticum จุลินทรีย์นี้มีฤทธิ์ในการย่อยสลายไขมันสูงและทำให้กระป๋องโป่งเนื่องจากมีการผลิตก๊าซสูง

ในส่วนของมันพวกนิโกร Desulfotomaculum ก็โจมตีอาหารกระป๋องเช่นกัน แม้ว่ากระป๋องจะไม่แสดงร่องรอยการงัดแงะ แต่เมื่อเปิดฝากระป๋องคุณจะได้กลิ่นที่เป็นกรดรุนแรงและสังเกตเห็นอาหารดำคล้ำ สีดำเกิดจากการที่แบคทีเรียผลิตไฮโดรเจนซัลไฟด์ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับเหล็กในภาชนะทำให้เป็นสารประกอบของสีนี้

ในที่สุด Bacillus cereus และ Clostridium perfringens ทำให้อาหารเป็นพิษและ Clostridium botulinum จะหลั่ง neurotoxin ที่มีฤทธิ์แรงในอาหารซึ่งเมื่อบริโภคเข้าไปจะทำให้เสียชีวิตได้

ตัวอย่างของเทอร์โมฟิลิกแบคทีเรีย

Rhodothermus obamensis

แบคทีเรียในทะเลแกรมลบเฮเทอโรโทรฟิกแอโรบิกและบาซิลลัสไฮเปอร์เทอร์โมฟิลิก

สกุล Caldicellulosiruptor

แบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน, แกรมบวก, เทอร์โมฟิลิกมาก, สปอร์

ชั้น Thermomicrobium

พวกมันเป็นแบคทีเรียไฮเปอร์เทอร์โมฟิลิกแบบแอโรบิคเฮเทอโรโทรฟิกที่มีแกรมตัวแปร

Rhodothermus marinus

แกรมลบแอโรบิกเทอร์โมฟิลิกและฮาโลฟิลิกบาซิลลัส มีการศึกษาการผลิตเอนไซม์ที่ทนความร้อนได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการไฮโดรไลซิงโพลีแซ็กคาไรด์และการสังเคราะห์ดีเอ็นเอซึ่งเป็นที่สนใจของทั้งสองอุตสาหกรรม

Deferribacter desulfuricans

แบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน, เทอร์โมฟิลิกมาก, เฮเทอโรโทรฟิก, ลดกำมะถัน, ไนเตรตและอาร์เซเนต

Marinithermus

แท่งหรือเส้นใยแกรมลบ, เทอร์โมฟิลิกมาก, เฮเทอโรโทรฟิกแบบแอโรบิคที่เข้มงวด

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

สัตว์ทะเล, hyperthermophilic, anaerobic, Gram negative, chemolytoautotrophic (ซัลเฟตรีดิวซ์), ไม่สปอร์

เทอร์มัสอะควาคัส

แบคทีเรียแกรมลบไฮเปอร์เทอร์โมฟิลิกเฮเทอโรโทรฟิกและแอโรบิค สังเคราะห์เอนไซม์ที่ทนความร้อนได้ที่ใช้ใน PCR เรียกว่า taq DNA polymerase

ซัลฟูริเวียร์กา caldicuralii

สารเคมีที่มีความร้อนสูง, microaerophilic chemolytoautotrophic, thiosulfate oxidant

Geobacillus

แกรมบวกสปอร์เทอร์โมฟิลิกแท่ง สปอร์ของมันถูกใช้ในห้องปฏิบัติการจุลชีววิทยาเพื่อเป็นการควบคุมทางชีววิทยาเพื่อประเมินการทำงานที่เหมาะสมของหม้อนึ่ง

เพศ

สายพันธุ์ของสกุลนี้มีลักษณะเป็น Gram negative, hyperthermophilic แม้ว่าช่วงการเจริญเติบโตของพวกมันจะกว้าง แต่สิ่งมีชีวิตในทะเลพวกมันไม่ได้สร้างสปอร์ แต่พวกมันเป็นสิ่งที่ต้องทำแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือ microaerophiles

ตารางเปรียบเทียบระหว่างสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องมากที่สุด

ที่มา: จัดทำโดยผู้เขียน Msc. Marielsa Gil.

อ้างอิง

Gallut P. การแยกและเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับ oncoids จากน้ำพุร้อนใน Santispac, BahíaConcepción, BCS, México วิทยานิพนธ์เพื่อรับปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต ศูนย์วิจัยทางชีวภาพ. 2559. มีจำหน่ายที่: cibnor.repositorioinstitucional.
Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK Rhodothermus marinus: สรีรวิทยาและอณูชีววิทยา extremophiles 2006 10 (1): 1-16. มีให้ใน: cbi.nlm.nih.gov
เทอร์มัสอะควาคัส” Wikipedia สารานุกรมเสรี 24 พ.ย. 2018, 10:28 UTC. 9 พ.ค. 2019, 01:55 น. wikipedia.or
Thwaite J, Atkins H. การทดสอบการฆ่าเชื้อ bacilli ในจุลชีววิทยาทางการแพทย์ (ฉบับที่สิบแปด).
Reyes T. ความหลากหลายทางชีวภาพของแบคทีเรียในทะเล: แทกซาที่สามารถเพาะปลูกได้ใหม่ วิทยานิพนธ์ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับชื่อปริญญาเอกสาขาเทคโนโลยีชีวภาพ ภาควิชาจุลชีววิทยาและนิเวศวิทยา. 2555. มีจำหน่ายที่: มหาวิทยาลัยวาเลนเซีย
Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. พ.ย. เชื้อสายสมัยใหม่ของแบคทีเรียในทะเลที่ทนความร้อนสูงมาก Int J Syst แบคทีเรีย สิบเก้าเก้าสิบหก; 46 (4): 1099-104
Ríos M.Neida, Crespo M. Carla F. , Terrazas S. Luis E. , Alvarez A. María T. แบบดั้งเดิม BIOFARBO 2007 15 (1): 43-50. ดูได้ที่: magazinebolivianas.org.b

แบคทีเรียทนความร้อน: ลักษณะที่อยู่อาศัยอาหาร - ชีววิทยา - 2025