THERMOFIELE BACTERIËN: KENMERKEN, HABITAT, VOEDSEL - BIOLOGIE - 2026

De thermofiele bacteriën zijn bacteriën die kunnen groeien in omgevingen met temperaturen hoger dan 50 ° C. De habitats van deze micro-organismen zijn zeer vijandige plaatsen, zoals onder meer hydrothermale ventilatieopeningen, vulkanische gebieden, warmwaterbronnen en woestijnen. Afhankelijk van het temperatuurbereik dat ze ondersteunen, worden deze micro-organismen geclassificeerd als thermofielen, extreme thermofielen en hyperthermofielen.

Thermofielen gedijen in een temperatuurbereik tussen 50 en 68 ° C, met een optimale groeitemperatuur van meer dan 60 ° C. Extreme thermofielen groeien in een bereik van 35 tot 70 ° C, met een optimale temperatuur van 65 ° C, en hyperthermofielen leven in een temperatuurbereik van 60 tot 115 ° C, met een optimale groei bij ≥80 ° C.

Afbeelding links: omgeving waar thermofiele bacteriën leven. Afbeelding rechts: figuurlijke weergave van thermofiele bacteriën. Bron: afbeelding links, afbeelding rechts pixabay

Als voorbeelden van thermofiele bacteriën in het algemeen kunnen de volgende worden genoemd: onder andere Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis en Thermus aquaticus.

Deze micro-organismen hebben speciale structurele kenmerken waardoor ze bestand zijn tegen hoge temperaturen. In feite is hun morfologie zo verschillend dat ze zich niet bij lagere temperaturen kunnen ontwikkelen.

kenmerken

Thermofiele bacteriën hebben een reeks kenmerken waardoor ze zich aanpassen aan omgevingen met zeer hoge temperaturen.

Enerzijds bevat het celmembraan van deze bacteriën een hoog gehalte aan verzadigde lipiden met lange ketens. Hierdoor zijn ze bestand tegen hoge temperaturen en behouden ze voldoende doorlaatbaarheid en flexibiliteit, waardoor ze stoffen kunnen uitwisselen met de omgeving zonder zichzelf te vernietigen.

Aan de andere kant, hoewel bekend is dat eiwitten in het algemeen denatureren bij hoge temperaturen, bezitten de eiwitten die aanwezig zijn in thermofiele bacteriën covalente bindingen die hydrofoob interageren. Deze eigenschap geeft stabiliteit aan dit type bacteriën.

Evenzo zijn de enzymen die door thermofiele bacteriën worden geproduceerd, thermostabiele eiwitten, omdat ze hun functies kunnen uitoefenen in de vijandige omgevingen waarin deze bacteriën zich ontwikkelen, zonder hun configuratie te verliezen.

In verhouding tot hun groeicurve hebben thermofiele bacteriën een hoge reproductiesnelheid, maar hebben ze een kortere halfwaardetijd dan andere klassen van micro-organismen.

Bruikbaarheid van thermofiele bacteriën in de industrie

Tegenwoordig gebruiken verschillende soorten industrieën enzymen van bacteriële oorsprong om verschillende processen uit te voeren. Sommigen van hen zijn afkomstig van thermofiele bacteriën.

Onder de enzymen die het vaakst worden geïsoleerd uit thermofiele bacteriën met mogelijke industriële toepassingen, zijn de enzymen α-amylasen, xylanasen, DNA-polymerase, catalasen en serineproteasen, allemaal thermostabiel.

Deze enzymen zijn speciaal omdat ze kunnen werken bij hoge temperaturen, waar andere soortgelijke enzymen die door mesofiele bacteriën worden gemaakt, zouden denatureren.

Daarom zijn ze ideaal voor processen die hoge temperaturen vereisen of in processen waarbij het essentieel is om de proliferatie van mesofiele bacteriën te minimaliseren.

Voorbeelden

Als voorbeeld van het gebruik van enzymen uit thermofiele bacteriën in de industrie kunnen we het gebruik van DNA-polymerase (taq-polymerase) noemen in de polymerasekettingreactie (PCR) -techniek.

Deze techniek denatureert DNA bij hoge temperaturen, zonder het risico dat het taq polymerase-enzym beschadigd raakt. De eerste taq-polymerase die werd gebruikt, werd geïsoleerd uit de soort Thermus aquaticus.

Aan de andere kant kunnen thermofiele bacteriën worden gebruikt om de schade veroorzaakt door milieuverontreiniging te minimaliseren.

Onderzoek heeft bijvoorbeeld aangetoond dat sommige thermofiele bacteriën verbindingen kunnen elimineren die giftig zijn voor het milieu. Dat is het geval met polychloorbifenyl (een vervuilende stof die onder meer in kunststoffen en koelmiddelen voorkomt).

Dit is mogelijk dankzij het feit dat bepaalde thermofiele bacteriën elementen zoals bifenyl, 4-chloorbifenyl en benzoëzuur als koolstofbron kunnen gebruiken. Daarom breken ze polychloorbifenylen af, waardoor ze uit het milieu worden verwijderd.

Aan de andere kant zijn deze bacteriën uitstekend in het recyclen van elementen als stikstof en zwavel in de bodem. Hierdoor kunnen ze worden gebruikt om het land op natuurlijke wijze te bemesten zonder dat er kunstmatige (chemische) meststoffen nodig zijn.

Evenzo stellen sommige onderzoekers het gebruik van thermofiele bacteriën voor om stoffen te verkrijgen die alternatieve energie opwekken, zoals biogas, biodiesel en bio-ethanol, door de hydrolyse van agro-industrieel afval, waardoor bioremediatieprocessen worden bevorderd.

Habitat

Het leefgebied van thermofiele bacteriën bestaat uit terrestrische of mariene plaatsen die worden gekenmerkt door hun hoge temperaturen. Andere factoren die met de temperatuur gepaard gaan, zijn de pH van het medium, de concentratie van zouten en de chemische verbindingen (organisch en anorganisch) die aanwezig kunnen zijn.

Afhankelijk van de specifieke eigenschappen van het medium zal er een bepaald type thermofiele bacterie of een ander in ontstaan.

Onder de meest voorkomende habitats voor dit type bacteriën kunnen de volgende worden genoemd: hydrothermale ventilatieopeningen, vulkanische gebieden, warmwaterbronnen en woestijnen.

Voeding

Thermofiele bacteriën hebben over het algemeen complexe kweekmedia nodig om te groeien. Onder de voedingsstoffen die ze nodig hebben, zijn de volgende: gistextract, trypton, casaminozuren, glutamaat, proline, serine, cellobiose, trehalose, sucrose, acetaat en pyruvaat.

Een agar die wordt gebruikt voor het isoleren van sommige thermofiele bacteriën is Luria-Ber-tani-agar. Bevat gehydrolyseerde caseïne, gistextract, NaCl, agar en gedestilleerd water met een pH ingesteld op 7,0 ± 0,2.

Thermofiele bacteriën als verontreinigingen van bewerkte voedingsmiddelen

De meeste thermofiele bacteriën zijn saprofytisch en veroorzaken geen ziekte bij mensen. Bij de productie van voedsel kunnen er echter factoren zijn die de proliferatie van thermofiele micro-organismen bevorderen, wat schadelijk kan zijn.

Om een ​​voorbeeld te geven: bij de vervaardiging van zuivelproducten wordt pasteurisatie gebruikt als een methode om voedsel te ontsmetten. Deze methode moet de sanitaire kwaliteit garanderen; het is echter niet onfeilbaar omdat thermofiele bacteriën met sporen dit proces kunnen overleven.

Dit komt omdat, hoewel de vegetatieve cel van de meeste sporenvormende bacteriën niet hittebestendig is, de sporen dat wel zijn.

Er zijn sporenvormende bacteriën die een reëel gevaar vormen voor menselijke consumptie. Bijvoorbeeld de sporen van de volgende soorten: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Zuurarme ingeblikte goederen worden normaal gesproken aangevallen door sporenvormende anaërobe thermofiele bacteriën zoals Geobacillus stearothermophilus. Deze bacterie fermenteert koolhydraten en geeft een onaangename zure smaak door de productie van vetzuren met een korte keten.

Evenzo kan ingeblikt voedsel met een hoog zuurgehalte besmet zijn met Clostridium thermosaccharolyticum. Dit micro-organisme is sterk saccharolytisch en veroorzaakt uitpuilen van het blik door de hoge gasproductie.

Desulfotomaculum nigrificans van zijn kant tast ook ingeblikt voedsel aan. Hoewel het blik geen tekenen van geknoei vertoont, ruikt u bij het verwijderen van het blik een sterk zure geur en wordt zwart voedsel waargenomen. De zwarte kleur is te wijten aan het feit dat de bacteriën waterstofsulfide produceren, dat op zijn beurt reageert met het ijzer in de container en een verbinding met deze kleur vormt.

Ten slotte veroorzaken Bacillus cereus en Clostridium perfringens voedselvergiftiging en Clostridium botulinum scheidt een krachtig neurotoxine af in voedsel dat, wanneer het wordt geconsumeerd, de dood veroorzaakt.

Voorbeelden van thermofiele bacteriën

Rhodothermus obamensis

Mariene bacteriën, Gram-negatieve, heterotrofe, aërobe en hyperthermofiele bacil.

Geslacht Caldicellulosiruptor

Anaërobe bacteriën, grampositief, extreem thermofiel, sporenvormend.

Thermomicrobium-klasse

Het zijn aërobe hyperthermofiele bacteriën, heterotroof, met variabele gram.

Rhodothermus marinus

Gram-negatieve, aërobe, extreem thermofiele en halofiele bacil. De productie van thermostabiele enzymen is bestudeerd, vooral voor het hydrolyseren van polysacchariden en voor DNA-synthese, beide van belang voor de industrie.

Deferribacter desulfuricans

Anaërobe bacteriën, extreem thermofiel, heterotroof, reducerend zwavel, nitraat en arsenaat.

Marinithermus

Gram-negatieve staafjes of filamenten, extreem thermofiel, strikt aëroob heterotroof.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Mariene soorten, hyperthermofiel, anaëroob, Gram-negatief, chemolyto-autotroof (sulfaatreducerend), niet sporenvormend.

Thermus aquaticus

Gram-negatieve, hyperthermofiele, heterotrofe en aërobe bacteriën. Het synthetiseert een thermostabiel enzym dat in PCR wordt gebruikt, genaamd taq DNA-polymerase.

Sulphurivirga caldicuralii

Extreem thermofiel, microaërofiel chemolytoautotroof, thiosulfaatoxidatiemiddel.

Geobacillus

Gram-positieve, gesporuleerde, extreem thermofiele staven. Zijn sporen worden gebruikt in microbiologische laboratoria als biologische controle om de goede werking van de autoclaaf te evalueren.

Geslacht

De soorten van dit geslacht worden gekenmerkt doordat ze gramnegatief zijn, hyperthermofiel, hoewel hun groeibereik is breed, van zeeleven, ze vormen geen sporen, ze zijn obligaat anaëroben of microaërofielen.

Vergelijkende tabel tussen de meest relevante soorten

Bron: opgesteld door de auteur Msc. Marielsa Gil.

Referenties

1. Gallut P. Isolatie en kweek van micro-organismen geassocieerd met oncoïden uit hydrothermale bronnen van Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Scriptie ter verkrijging van de graad van Master of Science. Biologisch onderzoekscentrum. 2016. Beschikbaar op: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: fysiologie en moleculaire biologie. Extremofielen. 2006; 10 (1): 1-16. Beschikbaar in: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquaticus. " Wikipedia, de gratis encyclopedie. 24 november 2018, 10:28 UTC. 9 mei 2019, 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Sterilisatietestbacillen. In Medical Microbiology (Achttiende editie).
5. Reyes T. Mariene bacteriële biodiversiteit: nieuwe cultiveerbare taxa. Scriptie om in aanmerking te komen voor de titel van doctor in de biotechnologie. Afdeling Microbiologie en Ecologie. 2012. Beschikbaar bij: Universiteit van Valencia.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., een moderne lijn van extreem thermofiele mariene bacteriën. Int J Syst Bacteriol. 1996; 46 (4): 1099-104.
7. Ríos M. Neida, Crespo M. Carla F., Terrazas S. Luis E., Alvarez A. María T. Isolatie van thermofiele anaërobe stammen die cellulasen en hemicellulasen produceren die betrokken zijn bij de productie van bio-ethanol door middel van traditionele kweek- en isolatietechnieken en niet traditioneel. BIOFARBO. 2007; 15 (1): 43-50. Beschikbaar op: magazinesbolivianas.org.b