البكتيريا المحبة للحرارة: الخصائص ، الموائل ، الغذاء - مادة الاحياء

و البكتيريا حرارة هي تلك التي لديها القدرة على النمو في بيئات مع أكبر درجات الحرارة من 50 درجة مئوية. تعتبر موائل هذه الكائنات الحية الدقيقة أماكن معادية للغاية ، مثل الفتحات الحرارية المائية ، والمناطق البركانية ، والينابيع الساخنة والصحاري ، من بين أمور أخرى. اعتمادًا على نطاق درجة الحرارة التي تدعمها ، يتم تصنيف هذه الكائنات الحية الدقيقة على أنها محببة للحرارة ، ومُلتهبات للحرارة الشديدة ، ومُحَوِّلات الحرارة الشديدة.

تزدهر الحرارة في درجات حرارة تتراوح بين 50 و 68 درجة مئوية ، مع درجة حرارة نمو مثالية تزيد عن 60 درجة مئوية. تنمو المحبات الحرارية الشديدة في نطاق 35 إلى 70 درجة مئوية ، مع درجة حرارة مثالية تبلغ 65 درجة مئوية ، وتعيش محبي الحرارة في نطاق درجة حرارة من 60 إلى 115 درجة مئوية ، مع نمو مثالي عند -80 درجة مئوية.

الصورة على اليسار: البيئة التي تعيش فيها البكتيريا المحبة للحرارة. الصورة على اليمين: تمثيل رمزي للبكتيريا المحبة للحرارة. المصدر: Left image pxhere، right image pixabay

كأمثلة على البكتيريا المحبة للحرارة بشكل عام ، يمكن ذكر ما يلي: Geob acillus stearotermophilus و Deferribacter desulfuricans و Marinithermus hydrothermalis و Thermus aquaticus وغيرها.

هذه الكائنات الدقيقة لها خصائص هيكلية خاصة تمنحها القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية. في الواقع ، فإن مورفولوجيتها مختلفة جدًا بحيث لا يمكنها التطور في درجات حرارة منخفضة.

مميزات

تمتلك البكتيريا المحبة للحرارة سلسلة من الخصائص التي تجعلها تتكيف مع البيئات ذات درجات الحرارة العالية جدًا.

من ناحية ، يحتوي غشاء الخلية لهذه البكتيريا على كمية عالية من الدهون المشبعة طويلة السلسلة. هذا يسمح لهم بالتعامل مع درجات الحرارة المرتفعة والحفاظ على نفاذية ومرونة مناسبين ، وإدارة تبادل المواد مع البيئة دون تدمير أنفسهم.

من ناحية أخرى ، على الرغم من أنه من المعروف أن البروتينات تتلف بشكل عام في درجات الحرارة العالية ، فإن البروتينات الموجودة في البكتيريا المحبة للحرارة تمتلك روابط تساهمية تتفاعل بطريقة كارهة للماء. توفر هذه الخاصية الاستقرار لهذا النوع من البكتيريا.

وبالمثل ، فإن الإنزيمات التي تنتجها البكتيريا المحبة للحرارة هي بروتينات قابلة للحرارة ، حيث يمكنها ممارسة وظائفها في البيئات المعادية حيث تتطور هذه البكتيريا ، دون أن تفقد تكوينها.

فيما يتعلق بمنحنى نموها ، تتمتع البكتيريا المحبة للحرارة بمعدل تكاثر مرتفع ، ولكن لها عمر نصف أقصر من الفئات الأخرى من الكائنات الحية الدقيقة.

فائدة البكتيريا المحبة للحرارة في الصناعة

اليوم ، تستخدم أنواع مختلفة من الصناعات إنزيمات من أصل بكتيري لتنفيذ عمليات مختلفة. بعضها يأتي من البكتيريا المحبة للحرارة.

من بين الإنزيمات التي يتم عزلها بشكل متكرر من البكتيريا المحبة للحرارة مع التطبيقات الصناعية المحتملة ، إنزيمات α-amylases و xylanases و DNA polymerase و catalases و serine proteases ، وكلها قابلة للحرارة.

هذه الإنزيمات خاصة لأنها قادرة على العمل في درجات حرارة عالية ، حيث أن الإنزيمات الأخرى المماثلة التي تصنعها بكتيريا mesophilic تفسد طبيعتها.

لذلك ، فهي مثالية للعمليات التي تتطلب درجات حرارة عالية أو في العمليات التي يكون من الضروري فيها تقليل تكاثر البكتيريا المتوسطة.

أمثلة

كمثال على استخدام إنزيمات البكتيريا المحبة للحرارة في الصناعة ، يمكننا أن نذكر استخدام بوليميريز الحمض النووي (تاك بوليميراز) ، في تقنية تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR).

هذه التقنية تفسد الحمض النووي في درجات حرارة عالية ، دون التعرض لخطر إتلاف إنزيم taq polymerase. تم عزل أول بوليميراز تاك المستخدم من نوع Thermus aquaticus.

من ناحية أخرى ، يمكن استخدام البكتيريا المحبة للحرارة لتقليل الضرر الناجم عن التلوث البيئي.

على سبيل المثال ، كشفت الأبحاث أن بعض البكتيريا المحبة للحرارة يمكنها التخلص من المركبات السامة للبيئة. هذا هو حال البولي كلورو ثنائي الفينيل (مادة ملوثة موجودة في اللدائن ومبردات ، من بين مركبات أخرى).

هذا ممكن بفضل حقيقة أن بعض البكتيريا المحبة للحرارة يمكن أن تستخدم عناصر مثل ثنائي الفينيل ، 4-كلورو بيفينيل وحمض البنزويك كمصدر للكربون. لذلك ، فإنها تحلل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وتزيلها من البيئة.

من ناحية أخرى ، فإن هذه البكتيريا ممتازة في إعادة تدوير العناصر مثل النيتروجين والكبريت في التربة. لهذا السبب ، يمكن استخدامها لتخصيب الأرض بشكل طبيعي دون الحاجة إلى الأسمدة الاصطناعية (الكيماوية).

وبالمثل ، يقترح بعض الباحثين استخدام البكتيريا المحبة للحرارة للحصول على مواد تولد طاقة بديلة مثل الغاز الحيوي والديزل الحيوي والإيثانول الحيوي من خلال التحلل المائي للنفايات الصناعية الزراعية ، مع تفضيل عمليات المعالجة الحيوية.

الموطن

يتكون موطن البكتيريا المحبة للحرارة من أماكن برية أو بحرية تتميز بدرجات حرارة عالية. العوامل الأخرى التي تصاحب درجة الحرارة هي الرقم الهيدروجيني للوسط وتركيز الأملاح والمركبات الكيميائية (العضوية وغير العضوية) التي قد تكون موجودة.

اعتمادًا على الخصائص المحددة للوسط ، سوف يتطور نوع معين من البكتيريا المحبة للحرارة أو غيرها.

من بين الموائل الأكثر شيوعًا لهذا النوع من البكتيريا ، يمكن ذكر ما يلي: الفتحات الحرارية المائية ، والمناطق البركانية ، والينابيع الساخنة ، والصحاري.

تغذية

تتطلب البكتيريا المحبة للحرارة عمومًا وسائط استزراع معقدة لتنمو. من بين العناصر الغذائية التي قد يحتاجونها ما يلي: مستخلص الخميرة ، التربتون ، أحماض الكازامينو ، الجلوتامات ، البرولين ، السيرين ، السيلوبيوز ، التريهالوز ، السكروز ، الأسيتات ، والبيروفات.

أجار يستخدم لعزل بعض البكتيريا المحبة للحرارة هو Luria-Ber-tani agar. يحتوي على الكازين المتحلل ، ومستخلص الخميرة ، وكلوريد الصوديوم ، والأجار ، والماء المقطر مع تعديل درجة الحموضة إلى 7.0 ± 0.2.

البكتيريا المحبة للحرارة كملوثات للأطعمة المصنعة

معظم البكتيريا المحبة للحرارة رمية ولا تسبب المرض للإنسان. ومع ذلك ، في صناعة الأغذية قد تكون هناك عوامل تساعد على انتشار الكائنات الدقيقة المحبة للحرارة ، والتي يمكن أن تكون ضارة.

لإعطاء مثال ، في تصنيع منتجات الألبان ، يتم استخدام البسترة كوسيلة لتطهير الطعام. من المفترض أن تضمن هذه الطريقة الجودة الصحية ؛ ومع ذلك ، فهي ليست مضمونة لأن البكتيريا المحبة للحرارة المبوغة يمكن أن تنجو من هذه العملية.

هذا لأنه على الرغم من أن الخلية النباتية لمعظم البكتيريا المبوغة ليست مقاومة للحرارة ، فإن الجراثيم كذلك.

هناك بكتيريا مبوغة تمثل خطرًا حقيقيًا على الاستهلاك البشري. على سبيل المثال ، أبواغ الأنواع التالية: Bacillus cereus ، Clostridium botulinum ، Clostridium perfringens ، Thermoanaerobacterium xylanolyticum ، Geobacillus stearothermophilus.

عادة ما تتعرض السلع المعلبة منخفضة الحموضة للهجوم عن طريق البكتيريا اللاهوائية المحبة للحرارة مثل Geobacillus stearothermophilus. تخمر هذه البكتيريا الكربوهيدرات وتنتج طعمًا حامضًا غير محبب بسبب إنتاج الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة.

وبالمثل ، يمكن أن تكون الأطعمة المعلبة عالية الحموضة ملوثة بالمطثية السكرية الحرارية. هذا الكائن الدقيق شديد السكريات ويسبب انتفاخ العلبة بسبب ارتفاع إنتاج الغاز.

من جانبها ، تهاجم Desulfotomaculum nigrificans أيضًا الأطعمة المعلبة. على الرغم من أن العلبة لا تظهر أي علامات على العبث ، إلا أنه عند فك الغطاء ، يمكنك شم رائحة حمضية قوية ويلاحظ وجود طعام أسود اللون. يرجع اللون الأسود إلى حقيقة أن البكتيريا تنتج كبريتيد الهيدروجين ، والذي يتفاعل بدوره مع الحديد الموجود في الحاوية ، مكونًا مركبًا من هذا اللون.

أخيرًا ، تسبب Bacillus cereus و Clostridium perfringens التسمم الغذائي وتفرز Clostridium botulinum سمًا عصبيًا قويًا في الطعام يؤدي عند تناوله إلى الوفاة.

أمثلة على البكتيريا المحبة للحرارة

رودوثرموس أوبامينسيس

البكتيريا البحرية ، سالبة الجرام ، غيرية التغذية ، الهوائية ، عصيات شديدة الحرارة.

جنس Caldicellulosiruptor

البكتيريا اللاهوائية ، موجبة الجرام ، محبة للحرارة الشديدة ، مبوغة.

فئة Thermomicrobium

إنها بكتيريا هوائية شديدة الحرارة ، غيرية التغذية ، ذات غرام متغير.

رودوثرموس مارينوس

عصيات سالبة الجرام ، هوائية ، شديدة الحرارة ، ومحبة للملوحة. تمت دراسة إنتاجه من الإنزيمات القابلة للحرارة ، خاصةً من أجل التحلل المائي للسكريات وتخليق الحمض النووي ، وكلاهما مهم للصناعة.

Deferribacter desulfuricans

البكتيريا اللاهوائية ، شديدة الحرارة ، غيرية التغذية ، تقلل الكبريت والنترات والزرنيخات.

مارينيثرموس

قضبان أو خيوط سالبة الجرام ، شديدة الحرارة ، غيرية التغذية الهوائية صارمة.

ثرموديسولفوباكتيريوم هيدروجينيفيلوم

الأنواع البحرية ، شديدة الحرارة ، لا هوائية ، سالبة الجرام ، مغذية كيميائية (تقليل الكبريتات) ، غير مبوغة.

Thermus aquaticus

البكتيريا سالبة الجرام ، شديدة الحرارة ، غيرية التغذية والهوائية. يقوم بتركيب إنزيم قابل للحرارة يستخدم في تفاعل البوليميراز المتسلسل يسمى taq DNA polymerase.

سولفوريفيرغا كالديكورالي

محبة للحرارة الشديدة ، ميكرويروفيليك كيميائيات مغذية ، مؤكسد ثيوسلفات.

Geobacillus

قضبان موجبة الجرام ، مبوغة ، شديدة الحرارة. تُستخدم جراثيمه في مختبرات علم الأحياء الدقيقة كعنصر تحكم بيولوجي لتقييم الأداء السليم للأوتوكلاف.

جنس

تتميز الأنواع من هذا الجنس بأنها سالبة الجرام ، مفرطة الحرارة ، على الرغم من أن نطاق نموها واسع ، من الحياة البحرية ، فهي لا تشكل أبواغًا ، فهي تلزم اللاهوائيات أو الكائنات الدقيقة.

جدول مقارن بين الأنواع الأكثر صلة

المصدر: من إعداد المؤلف ماجستير. مارييلسا جيل.

المراجع

Gallut P. عزل وثقافة الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بالذعر من الينابيع الحرارية المائية في Santispac ، Bahía Concepción ، BCS ، México. أطروحة للحصول على درجة ماجستير العلوم. مركز البحوث البيولوجية. 2016. متاح في: cibnor.repositorioinstitucional.
Bjornsdottir SH، Blondal T، Hreggvidsson GO، Eggertsson G، Petursdottir S، Hjorleifsdottir S، Thorbjarnardottir SH، Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: علم وظائف الأعضاء وعلم الأحياء الجزيئي. المتطرفون. 2006 ؛ 10 (1): 1-16. متاح في: cbi.nlm.nih.gov.
Thermus aquaticus ". ويكيبيديا، الموسوعة الحرة. 24 نوفمبر 2018 ، 10:28 UTC. 9 مايو 2019، 01:55 en.wikipedia.or
Thwaite J، عصيات اختبار التعقيم Atkins H. في علم الأحياء الدقيقة الطبية (الطبعة الثامنة عشر).
Reyes T. التنوع البيولوجي البحري البكتيري: أصناف جديدة قابلة للزراعة. أطروحة للتأهل للحصول على لقب دكتور في التكنولوجيا الحيوية. قسم علم الأحياء الدقيقة والبيئة. 2012. متاح في: جامعة فالنسيا.
Sako Y، Takai K، Ishida Y، Uchida A، Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. نوفمبر ، سلالة حديثة من البكتيريا البحرية شديدة الحرارة. Int J Syst Bacteriol. تسعة عشر وستة وتسعين ؛ 46 (4): 1099-104.
Ríos M. Neida، Crespo M. Carla F.، Terrazas S.Luis E.، Alvarez A. María T. تقليدي. بيوفاربو. 2007 ؛ 15 (1): 43-50. متاح على: magazinesbolivianas.org.b

البكتيريا المحبة للحرارة: الخصائص ، الموائل ، الغذاء - مادة الاحياء - 2025