Термофилы

Термин «термофил» происходит от двух греческих слов «termos» – теплый и «phileon» – любить. Кроме термофилов, микробы, по влиянию температур на рост и размножение, выделяются мезофилы и психрофилы.

Влияние высоких температур на микроорганизмы

Микроорганизмы под влиянием высоких температур довольно быстро погибают. Температуры от +60°C и выше разрушают цитоплазматические и мембранные структуры, повреждают нуклеиновые кислоты, вызывают коагуляцию белков и инактивацию ферментов у психрофилов и мезофилов.

Как правило, при +60°C–+70°C, погибают вегетативные клетки указанных групп микроорганизмов. Бактериальные споры способны выдерживать температуру кипения воды в течение нескольких часов.

Нагревание до температур превышающих +100°C–+120°C полностью уничтожает вегетативные формы микробов и их споры. Это является самым простым и надежным методом стерилизации. Различают несколько способов стерилизации с использованием высокой температуры:

• стерилизация сухим жаром (для сухих объектов) – выдерживание при температуре +160°C в течение двух часов;
• стерилизация паром в автоклаве (для влажных объектов) – выдерживание при температуре +120°C в течение 15–20 минут.

Подгруппы термофилов

В числе термофильных микроорганизмов, в зависимости от величины оптимальных, минимальных и максимальных температур роста и развития, выделяют:

• термотолерантные термофилы – растут при температуре от +10°Cдо +55°C–+60°C;
• факультативные термофилы – температурный максимум –+50°C–+60°C, температурный минимум – менее +20°C;
• облигатные термофилы – температурный оптимум – +65°C–+70°C, минимальная температура роста – +40°C–+42°C;
• экстремальные термофилы (гипертермофилы) – способны расти и развиваться при температуре от +60°Cдо +93°C и выше.

Природа термоустойчивости

Природа термоустойчивости объясняется рядом структурных и биохимических особенностей термофильных бактерий:

• липиды, присутствующие в составе клеточных мембран, содержат насыщенные жирные кислоты, что обусловливает более высокую температуру плавления в сравнении с липидами, содержащими ненасыщенные жирные кислоты;
• экстремально термофильные бактерии содержат повышенное количество гуанина и цитозина в ДНК, что придает стабильность и повышает температуру плавления таких молекул;
• ферменты, участвующие в реакциях термофилов, гораздо устойчивее к нагреванию в сравнении с соответствующими ферментами мезофилов, повышение термостабильности достигается в результате изменения первичной структуры белковой молекулы;
• устойчивость ферментов термофилов обеспечивается наличием ионов Са ²⁺, кофакторами и другими агентами, связанными с ними.

В частности, при сравнении лактатдегидрогеназ мезофилов и термофилов рода Bacillus установлено увеличенное содержание основных аминокислот лизина и аргинина в активном центре лактатдегидрогеназ у термофилов.

Места обитания термофилов

Термофильные бактерии характеризуются широким распространением в природе. Постоянное место обитания таких бактерий – термальные источники. В подобных источниках развиваются термофильные эубактерии и архебактерии, аэробные бактерии и анаэробные бактерии, фототрофы, хемолитоавтотрофы и гетеротрофы. В термальных источниках с температурой +45°C–+50°C развиваются цианобактерии.

Термофильные бактерии принимают непосредственное участие в саморазогревании зерна, компостов, навоза, сена.

Отмечается, что термофильные формы обнаруживаются не только среди бактерий, но и среди грибов, водорослей и простейших организмов.