Любители тепла – термофильные свободноживущие бактерии

В дословном переводе термофильные бактерии значит «любящие тепло». Эти микроорганизмы широко распространены в природе. Учеными они были обнаружены в составе нормальной микрофлоры кишечника животных и человека, в почве и глубоких слоях хвойной и лиственной подстилки лесов, в воде морей, рек и горячих источников. Они встречаются в навозе, компостных кучах, охотно заселяют подстилки для животных из сена, опилок или соломы. Среди них выделены подвижные и неподвижные формы. Большинство термофилов в неблагоприятных условиях образуют споры.

Горячий источник, место обитания термофильных микроорганизмов

При выращивании в искусственных условиях некоторые термофильные бактерии предпочитают твердые среды и присутствие воздуха. Другие лучше живут в жидких средах и не нуждаются в кислороде для своего роста. Форма этих бактерий зависит от температуры. В горячих источниках они имеют вид нитей, а при снижении температуры до 40°С превращаются в палочковидные бациллы.

Изучение термофильных организмов еще очень далеко от завершения, среди них обнаружены не только бактерии. Недавно в садовой почве обнаружен и один вид плесневых грибов, имеющий аналогичные свойства и предпочитающий высокие температуры. Термофильным бактериям мы обязаны существованием таких продуктов, как ацидофилин и йогурт.

На чем основано разделение

Если оценивать температурные предпочтения бактерий вообще, то их можно разделить на три основные группы. Виды бактерий различают, изучая диапазон, приемлемый для жизни. Он характеризуется минимальной, максимальной и оптимальной температурами роста. Оптимальной считается та, при которой наблюдается максимальная скорость увеличения размера бактериальных колоний. Чаще всего эту скорость измеряют количеством генераций, появившихся в течение часа.

  1. Психрофильные организмы предпочитают температуры, близкие к 0°С, и демонстрируют рост, даже если их среда охлаждается до -5°С. Оптимальными для их роста являются температуры около +10°С.
  2. Мезофильные бактерии. Предпочитают температуры, близкие к 37°С.
  3. Термофильные бактерии. Активно растут при температурах, превышающих 50°С.

Схема зависимости скорости роста микроорганизмов от температуры окружающей среды

В свою очередь, термофильные бактерии делятся на несколько групп. Это экстремальные термофилы (оптимальная температура около 80°С), стенотермофилы с оптимумом в 55-65°С, эвритермофилы (оптимальные температуры колеблются от 37 до 48°С) и термотолеранты, растущие при температуре не более 48°С и отличающиеся от мезофилов тем, что при росте температуры увеличивают скорость своего роста.

В зависимости от потребности в кислороде термофильные бактерии бывают аэробными и анаэробными.

Анаэробные термофилы

Среди анаэробных термофильных бактерий различают несколько групп.

Маслянокислые

Эти термофильные организмы осуществляют брожение с образованием масляной кислоты. Относятся к сахарорасщепляющим клостридиям. Являются анаэробными бациллами, использующими для питания сахара, пектин, декстрины (углеводы с короткими цепочками, образующиеся при расщеплении целлюлозы или крахмала) и продуцирующие масляную, уксусную кислоты, а также углекислый газ и водород.

Разновидностью этой группы термофильных бактерий являются микроорганизмы, осуществляющие ацетонобутиловое брожение. Некоторые из них имеют весьма полезные для человека свойства – дополнительно продуцируют изопропиловый спирт, ацетон, бутиловый и этиловый спирты. Существуют виды, способные фиксировать никель. Известны термофильные и мезофильные формы.

Молочнокислые бактерии (Клостридии) под микроскопом

Существуют также клостридии, имеющие свойства сбраживать белки, аминокислоты, а также способные разлагать пурины и пиримидины (циклические соединения, содержащие азот, некоторые из которых входят в состав ДНК).

Целлюлозные

Заселяют ил, компосты, растительные остатки, в почве соседствуют с грибами и актиномицетами, которые также питаются растительной органикой. Большинство из них относятся к роду клостридиум (Clostridium). Эти бактерии в почве и перегное активны в диапазоне температур от 60 до 65°С, когда их соседи прекращают свою деятельность из-за перегрева. Иногда пигментированы и имеют желто-оранжевый цвет.

В этих условиях существуют также и мезофильные виды (например, палочка Омелянского). Температурные диапазоны их активности существенно различаются, создавая каждому виду подходящую экологическую нишу. Некоторые ученые считают, что термофильные и мезофильные бактерии могут быть вариациями одного вида, поскольку имеют сходное строение и внешний вид. С точки зрения морфологии (внешнего вида) эти термофильные бактерии являются палочковидными (бациллами), имеют концевые споры, различную длину и степень изогнутости.

Они разлагают целлюлозу при помощи специального фермента, выделяют водород, углекислый газ, этиловый спирт, уксусную, муравьиную, молочную, фумаровую и другие органические кислоты.

Метанообразующие

Метанообразующие бактерии под микроскопом

Часто живут рядом с целлюлозными и культивируются совместно. Среди них наиболее изучены виды метанобактериум (Methanobacterium) и метанобациллюс (Methanobacillus), которые являются прямыми и тонкими, несколько изогнутыми палочками, не способными образовывать споры. Несомненная польза от этих микроорганизмов состоит в том, что они способны продуцировать витамины, антибиотики и ферменты, используя в качестве питательной среды отходы и сточные воды, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека.

Десульфирующие

Часто соседствуют с целлюлозными, и живут за счет восстановления сульфатов. Наиболее изучена Desulfotomaculum nigrificans, имеющая вид палочки со скругленными концами, или форму чечевицы. Образует овальные споры, расположенные ближе к одному из концов (субтерминальные или терминальные).

Молочнокислые

Бактерии группы молочнокислые могут приносить человеку как пользу, так и вред. Поселяясь в молоке, они могут вызвать его порчу, а некоторые виды способны синтезировать ароматические вещества, придавать особый вкус сливкам и творогу. Молочнокислые бактерии являются факультативными анаэробами, для которых оптимальной является жизнь в отсутствии кислорода. Однако они способны существовать в средах, где его количество невелико. Делятся на палочки и кокки.

  1. Молочнокислые кокки имеют вид коротких цепочек из нескольких клеток (стрептококки) и бывают гомо- и гетероферментивными. Первые способны сбраживать сахара, находящиеся в молоке. С их помощью изготавливают живой йогурт. Наиболее хорошо изученными являются Lactococcus и Leuconostoc. Вторые способны параллельно выделять ароматические вещества диацетил и цитоин. Их клетки имеют круглую или овальную форму, не образуют капсул и спор, хорошо окрашиваются по Граму. Считаются аэротолерантными, то есть способны существовать в присутствии воздуха, однако не имеют способности осуществлять аэробное дыхание, продолжая осуществлять привычный для них процесс брожения. Для питания требуют широкого спектра веществ, в том числе витамины, белки, органические кислоты. В молоке вызывают его свертывание с образованием ровного сгустка без большого количества сыворотки. Аромообразующие молочнокислые стрептококки являются причиной наличия в сыре пузырьков, имеющих характерный запах, имеют более низкую способность к производству кислот (энергию кислотообразования). Имеют высокую спиртоустойчивость, требуют высокой кислотности.
  2. Молочнокислые термофильные палочки, или лактобактерии, могут быть одиночными или парными. Наиболее часто используются ацидофильные лактобактерии, а также L. helveticus, L. lactis, L. Bulgaricum – последняя входит в закваски, при помощи которых производится йогурт. Кроме них, в молочной промышленности используются стрептобактерии и бета-бактерии. Это неподвижные микроорганизмы, не образующие спор и капсул, хорошо окрашивающиеся по Граму. Молочнокислые термофилы являются факультативными анаэробами. Они также могут быть моноферментными с высокой скоростью кислотообразования и гетероферментными, способными параллельно перерабатывать фруктозу с образованием шестиатомного спирта маннита, ацетатов (солей уксусной кислоты), лактатов (солей молочной кислоты) и углекислого газа. Обладают слабой способностью перерабатывать белки, поэтому для роста требуют наличия в среде аминокислот. Некоторые из них имеют необычные свойства и способны производить каталазу (фермент, расщепляющий перекись водорода) или ацетальдегид, который находясь в сыре, придает ему специфический запах и вкус и способен подавлять патогенную микрофлору.
  3. Термоустойчивые молочнокислые палочки. Выживают в молоке даже после его пастеризации при 85-90°С. Устойчивы к действию дезинфицирующих агентов и наносят немалый вред предприятиям пищевой промышленности. Антагонисты кишечной палочки. Иногда обнаруживаются в заквасках, а также в молоке, пастеризованном при невысоких температурах.

Молочнокислые бактерии под микроскопом

Аэробные термофилы

Термофилы, требующие для дыхания кислорода, подразделяются на две группы.

Экстремально-термофильные

Грамотрицательные палочки, не способные к движению. Наиболее изучена Thermus aquaticus. Это облигатный аэроб с оптимальной температурой роста 70°С, окрашен в желтый или оранжевый цвет. При повышении температуры палочки преобразуются в нити. Широко распространены в горячих источниках и в почве возле них. Часто образуют своеобразный союз с экстремально термофильными водорослями, обмениваясь питательными веществами.

Спорообразующие

Многие из них имеют аналогичные мезофильные формы. Наиболее изучены Вас. stearothermophilus и Вас. coagulans. Широко распространены в рыхлой почве и хорошо аэрируемых водах.

Особенности организации и реализации генетической информации термофилов

Изучение ферментов, обслуживающих репликацию ДНК термофильных бактерий, имеет не только теоретический, но практический интерес. Это связано с тем, что такие ферменты могут успешно применяться для проведения одного из наиболее чувствительных анализов ДНК – полимеразной цепной реакции. Смысл ее состоит в том, что в специальном аппарате при помощи специфической затравки – кусочка ДНК организовывается ее размножение в количествах, достаточных для проведения анализа при помощи гель-электрофореза. Делается это с помощью ферментов, расплетающих двойную спираль ДНК и синтезирующих недостающие цепочки на каждой из расплетенных ветвей.

Клонирование данных ферментов с целью получения «идеальной ДНК-полимеразы» – тема, актуальная для всех, кто занимается проблемами повышения точности и производительности ферментов, синтезирующих ДНК при проведении ПЦР (Полимеразная цепная реакция). Обычно исследование проводят в несколько этапов:

  1. Разработка способа клонирования участков ДНК бактерий, с которых считывается данный фермент, выделение необходимых генов из ДНК-библиотек исследуемых организмов.
  2. Определение последовательности нуклеотидов в ДНК интересующих генов.
  3. Внедрение необходимых генов в ДНК бактерий для получения рекомбинантных ферментов.
  4. Оценка эффективности работы этих ферментов при проведении ПЦР.
  5. Оценка точности воспроизведения фрагментов ДНК при помощи полученных ДНК-полимераз.

Полезные и вредные свойства термофилов и их применение

Ацидофильные молочнокислые палочки применяются не только в пищевой промышленности, но и в фармакологии. Их можно обнаружить в твороге и сыре, а также в составе большинства пробиотических препаратов, заквасках, позволяющих производить кефир и йогурт и призванных нормализовать микрофлору в организме человека.

Термофильные бактерии: польза и вред

Индустрия красоты

Косметологи широко применяют йогурт в качестве средства, отбеливающего кожу и восстанавливающего ее упругость. Живой йогурт, применяемый в качестве маски, способен восстановить здоровье кожи и нормализовать баланс бактерий на ее поверхности.

Производство йогуртов

Термофильный стрептококк и болгарская ацидофильная палочка входят в состав заквасок, при помощи которых производится йогурт. Многие люди, имеющие проблемы с перевариванием цельного молока, могут употреблять йогурт, поскольку в его составе нет молочного сахара – лактозы. Йогурт показан грудным детям как средство для поддержания нормальной микрофлоры, а также как продукт, содержащий витамины групп В и К, фолиевую кислоту и аминокислоты. Он легко готовится из сухих заквасок путем добавления их в молоко и выдерживания при температуре 38-45°С. В отличие от кефира или ацидофилина, йогурт имеет приятный сливочный вкус и не содержит дрожжей и спирта.

Переработка органики

Это еще одна сфера применения термофильных бактерий. Ее выполняют как термофильные, так и мезофильные бактерии, живущие в почве, однако эффективность работы первых существенно выше. Интерес к метановому брожению существенно возрос после того, как было выяснено, что в результате можно получать витамины В12 и Н. Кроме того, образующийся при переработке подстилки и других органических отходов в компостных ямах метан может успешно применяться для обогрева жилых и промышленных помещений, а также в химической промышленности.Биопрепараты для септиков

Чтобы уменьшить вред, наносимый термофильными палочками предприятиям пищевой промышленности, проводят мониторинг оборудования и его регулярную обработку бактерицидными препаратами, что позволяет контролировать качество выпускаемой продукции.

Клостридиумы в почве

Немалый вред приносит инфицирование земель клостридиумами при внесении органических удобрений, а также использовании в качестве удобрения перепревшей подстилки из коровников. Высокое содержание клостридиумов в почве наносит существенный вред качеству грунтовых вод и воды в естественных водоемах.

Интересно, что в почве, загрязненной нефтепродуктами, обнаружены термофилы, способные перерабатывать твердые парафины и ароматические углеводороды. Их присутствие в почве позволяет существенно снизить степень загрязненности и сделать ее пригодной для растений.

В Вашем организме живут паразиты?

В повседневной жизни так легко "подцепить" паразитов, ведь контакт с ними просто неизбежен, особенно если вы часто пользуетесь общественным транспортом, посещаете людные места, да и просто находитесь на улице.

Симптомами появления паразитов в организме могут быть: 

  • частые простуды, ОРЗ, болезни горла, кашель;
  • аллергия, непрекращающийся насморк, покраснения глаз;
  • кожная аллергия, зуд, экземы;
  • бородавки и папилломы;
  • головные боли, а также различные боли и спазмы во внутренних органах.

Если вы чувствуете частые недомогания, вам просто необходимо провести чистку организма. Как это сделать, читайте рекомендации паразитолога доктора Рыкова.

 

Все статьи на сайте носят исключительно ознакомительный характер. В статьях, описывающих ту или иную болезнь, нет призыва к действию. Если Вы обнаружили у себя подобные симптомы, Вам обязательно необходимо обратиться к врачу! Самолечение может быть опасным для Вашего здоровья!

Копирование материалов с сайта возможно только при использовании прямой активной ссылки на сайт proBakterii.ru. Фото и видео материалы не являются собственностью сайта.