VI KHUẨN ƯA NHIỆT: ĐẶC ĐIỂM, MÔI TRƯỜNG SỐNG, THỨC ĂN - SINH HỌC - 2026

Các vi khuẩn ưa nhiệt là những người có khả năng phát triển trong môi trường có nhiệt độ lớn hơn 50 ° C. Môi trường sống của những vi sinh vật này là những nơi rất thù địch, chẳng hạn như miệng phun thủy nhiệt, khu vực núi lửa, suối nước nóng và sa mạc, trong số những nơi khác. Tùy thuộc vào phạm vi nhiệt độ mà chúng hỗ trợ, những vi sinh vật này được phân loại là ưa nhiệt, ưa nhiệt cực độ và ưa nhiệt.

Thermophile phát triển mạnh trong phạm vi nhiệt độ từ 50 đến 68 ° C, với nhiệt độ phát triển tối ưu của chúng là hơn 60 ° C. Các loài ưa nhiệt cực mạnh phát triển trong phạm vi 35 đến 70 ° C, với nhiệt độ tối ưu là 65 ° C và siêu ưa nhiệt sống trong phạm vi nhiệt độ từ 60 đến 115 ° C, với sự phát triển tối ưu ở ≥80 ° C.

Hình bên trái: Môi trường nơi vi khuẩn ưa nhiệt sinh sống. Hình bên phải: biểu diễn tượng trưng của vi khuẩn ưa nhiệt. Nguồn: Hình ảnh bên trái px, Ảnh bên phải Pixabay

Ví dụ về vi khuẩn ưa nhiệt nói chung, có thể kể đến những vi khuẩn sau: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis, và Thermus aquus, trong số những loài khác.

Các vi sinh vật này có đặc điểm cấu tạo đặc biệt giúp chúng có khả năng chịu được nhiệt độ cao. Trên thực tế, hình thái của chúng khác nhau đến mức không thể phát triển ở nhiệt độ thấp hơn.

nét đặc trưng

Vi khuẩn ưa nhiệt có hàng loạt đặc điểm khiến chúng thích nghi với môi trường có nhiệt độ rất cao.

Một mặt, màng tế bào của những vi khuẩn này có một lượng lớn chất béo bão hòa chuỗi dài. Điều này cho phép chúng đối phó với nhiệt độ cao và duy trì tính thấm và tính linh hoạt thích hợp, quản lý để trao đổi các chất với môi trường mà không tự hủy hoại.

Mặt khác, mặc dù người ta biết rằng protein nói chung biến tính ở nhiệt độ cao, nhưng protein có trong vi khuẩn ưa nhiệt lại sở hữu các liên kết kiểu cộng hóa trị tương tác với nước. Đặc tính này mang lại sự ổn định cho loại vi khuẩn này.

Tương tự như vậy, các enzym được tạo ra bởi vi khuẩn ưa nhiệt là các protein ổn định nhiệt, vì chúng có thể phát huy chức năng của mình trong môi trường thù địch nơi các vi khuẩn này phát triển mà không làm mất cấu hình của chúng.

Liên quan đến đường cong tăng trưởng của chúng, vi khuẩn ưa nhiệt có tốc độ sinh sản cao, nhưng có thời gian bán hủy ngắn hơn các lớp vi sinh vật khác.

Tính hữu dụng của vi khuẩn ưa nhiệt trong công nghiệp

Ngày nay, các loại hình công nghiệp khác nhau sử dụng các enzym có nguồn gốc vi khuẩn để thực hiện các quá trình khác nhau. Một số chúng đến từ vi khuẩn ưa nhiệt.

Trong số các enzym thường được phân lập từ vi khuẩn ưa nhiệt với các ứng dụng công nghiệp có thể có là enzym α-amylase, xylanase, DNA polymerase, catalase và serine protease, tất cả đều có thể điều nhiệt.

Các enzym này đặc biệt vì chúng có khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao, nơi các enzym tương tự khác do vi khuẩn ưa nhiệt tạo ra sẽ biến tính.

Do đó, chúng rất lý tưởng cho các quy trình đòi hỏi nhiệt độ cao hoặc trong các quy trình cần giảm thiểu sự sinh sôi của vi khuẩn ưa nhiệt.

Ví dụ

Ví dụ về việc sử dụng enzyme từ vi khuẩn ưa nhiệt trong công nghiệp, có thể kể đến việc sử dụng DNA polymerase (taq polymerase), trong kỹ thuật phản ứng chuỗi polymerase (PCR).

Kỹ thuật này làm biến tính DNA ở nhiệt độ cao mà không có nguy cơ làm hỏng enzyme taq polymerase. Taq polymerase đầu tiên được sử dụng đã được phân lập từ loài Thermus aquus.

Mặt khác, vi khuẩn ưa nhiệt có thể được sử dụng để giảm thiểu thiệt hại do ô nhiễm môi trường.

Ví dụ, nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số vi khuẩn ưa nhiệt có thể loại bỏ các hợp chất gây độc cho môi trường. Đó là trường hợp của polychlorobiphenyl (một chất gây ô nhiễm có trong nhựa và chất làm lạnh, trong số các hợp chất khác).

Điều này có thể thực hiện được là nhờ một số vi khuẩn ưa nhiệt có thể sử dụng các nguyên tố như biphenyl, 4-chlorobiphenyl và axit benzoic làm nguồn cacbon. Do đó, chúng phân hủy các biphenyls polychlorinated, loại bỏ chúng khỏi môi trường.

Mặt khác, những vi khuẩn này rất xuất sắc trong việc tái chế các nguyên tố như nitơ và lưu huỳnh trong đất. Do đó, chúng có thể được sử dụng để bón đất một cách tự nhiên mà không cần đến phân bón nhân tạo (hóa học).

Tương tự như vậy, một số nhà nghiên cứu đề xuất việc sử dụng vi khuẩn ưa nhiệt để thu được các chất tạo ra năng lượng thay thế như khí sinh học, dầu diesel sinh học và cồn sinh học thông qua quá trình thủy phân chất thải nông nghiệp, hỗ trợ quá trình xử lý sinh học.

Môi trường sống

Môi trường sống của vi khuẩn ưa nhiệt được tạo thành từ những nơi trên cạn hoặc dưới biển được đặc trưng bởi nhiệt độ cao của chúng. Các yếu tố khác đi kèm với nhiệt độ là độ pH của môi trường, nồng độ muối và các hợp chất hóa học (hữu cơ và vô cơ) có thể có mặt.

Tùy thuộc vào đặc tính cụ thể của môi trường, một loại vi khuẩn ưa nhiệt nhất định hoặc một loại khác sẽ phát triển trong đó.

Trong số các môi trường sống phổ biến nhất của loại vi khuẩn này có thể kể đến: miệng phun thủy nhiệt, khu vực núi lửa, suối nước nóng và sa mạc.

cho ăn

Các vi khuẩn ưa nhiệt thường yêu cầu môi trường nuôi cấy phức tạp để phát triển. Trong số các chất dinh dưỡng mà họ có thể yêu cầu là: chiết xuất men, tryptone, axit casamino, glutamate, proline, serine, cellobiose, trehalose, sucrose, acetate và pyruvate.

Một loại thạch được sử dụng để phân lập một số vi khuẩn ưa nhiệt là thạch Luria-Ber-tani. Chứa cazein thủy phân, dịch chiết nấm men, NaCl, thạch và nước cất với độ pH được điều chỉnh đến 7,0 ± 0,2.

Vi khuẩn ưa nhiệt là chất gây ô nhiễm thực phẩm chế biến sẵn

Hầu hết các vi khuẩn ưa nhiệt đều sống hoại sinh và không gây bệnh cho người. Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất thực phẩm có thể có những yếu tố tạo điều kiện cho vi sinh vật ưa nhiệt sinh sôi, có thể gây hại.

Để đưa ra một ví dụ, trong sản xuất các sản phẩm từ sữa, thanh trùng được sử dụng như một phương pháp khử nhiễm thực phẩm. Phương pháp này được cho là đảm bảo chất lượng vệ sinh; tuy nhiên, nó không phải là an toàn vì vi khuẩn ưa nhiệt hình thành có thể tồn tại trong quá trình này.

Điều này là do, mặc dù tế bào sinh dưỡng của hầu hết các vi khuẩn dạng bào tử không chịu nhiệt, nhưng các bào tử lại có.

Có những vi khuẩn hình thành mối nguy hiểm thực sự cho con người. Ví dụ, bào tử của các loài sau: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

Đồ hộp có hàm lượng axit thấp thường bị vi khuẩn ưa nhiệt kỵ khí hình thành bào tử như Geobacillus stearothermophilus tấn công. Vi khuẩn này lên men carbohydrate và tạo ra vị chua khó chịu do sản xuất các axit béo chuỗi ngắn.

Tương tự như vậy, thực phẩm đóng hộp có tính axit cao có thể bị nhiễm vi khuẩn Clostridium thermosaccharolyticum. Vi sinh vật này có tính đường hóa cao và gây phồng đồ hộp do sinh nhiều khí.

Về phần mình, Desulfotomaculum nigrificans cũng tấn công thực phẩm đóng hộp. Mặc dù chiếc hộp không có bất kỳ dấu hiệu giả mạo nào nhưng khi mở nắp lon bạn có thể ngửi thấy mùi chua nồng nặc và quan sát thấy thực phẩm bị thâm đen. Màu đen là do vi khuẩn tạo ra hydro sunfua, chất này sẽ phản ứng với sắt trong bình chứa, tạo thành hợp chất có màu này.

Cuối cùng, Bacillus cereus và Clostridium perfringens gây ngộ độc thực phẩm và Clostridium botulinum tiết ra một chất độc thần kinh cực mạnh trong thực phẩm, khi tiêu thụ sẽ gây chết người.

Ví dụ về vi khuẩn ưa nhiệt

Rhodothermus obamensis

Vi khuẩn biển, trực khuẩn Gram âm, dị dưỡng, hiếu khí và ưa nhiệt.

Chi Caldicellulosiruptor

Vi khuẩn kỵ khí, Gram dương, ưa nhiệt, sinh sản.

Thermomicrobium lớp

Chúng là vi khuẩn ưa nhiệt hiếu khí, dị dưỡng, có Gram biến đổi.

Rhodothermus marinus

Trực khuẩn Gram âm, hiếu khí, cực nhiệt và ưa nhiệt. Việc sản xuất enzyme ổn định nhiệt của nó đã được nghiên cứu, đặc biệt là để thủy phân polysaccharide và tổng hợp DNA, cả hai đều được ngành công nghiệp quan tâm.

Deferribacter desulfuricans

Vi khuẩn kỵ khí, ưa nhiệt cực mạnh, dị dưỡng, khử lưu huỳnh, nitrat và asenat.

Marinithermus

Gram âm dạng thanh hoặc sợi, cực ưa nhiệt, dị dưỡng hiếu khí nghiêm ngặt.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Các loài sinh vật biển, ưa nhiệt, kỵ khí, Gram âm, hóa dưỡng (khử sulfat), không sinh bào tử.

Thermus aquus

Vi khuẩn Gram âm, ưa nhiệt, dị dưỡng và hiếu khí. Nó tổng hợp một loại enzyme ổn định nhiệt được sử dụng trong PCR được gọi là taq DNA polymerase.

Sulfurivirga caldicuralii

Chất ôxy hóa thiosulfate cực kỳ ưa nhiệt, vi thực dưỡng, chất oxy hóa thiosulfate.

Geobacillus

Gram dương, thanh bào tử, cực ưa nhiệt. Bào tử của nó được sử dụng trong các phòng thí nghiệm vi sinh như một biện pháp kiểm soát sinh học để đánh giá hoạt động thích hợp của nồi hấp.

Giới tính

Các loài thuộc giống này có đặc điểm là Gram âm, ưa nhiệt, mặc dù phạm vi sinh trưởng rộng, thuộc sinh vật biển, chúng không hình thành bào tử, chúng là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc hoặc vi sinh vật thực dưỡng.

Bảng so sánh giữa các loài phù hợp nhất

Nguồn: Được biên soạn bởi tác giả Msc. Marielsa Gil.

Người giới thiệu

1. Gallut P. Phân lập và nuôi cấy vi sinh vật liên quan đến ung thư từ các suối thủy nhiệt ở Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Luận văn lấy bằng Thạc sĩ Khoa học. Trung tâm nghiên cứu sinh học. 2016. Có tại: cibnor.repositorioinstitucional.
2. Bjornsdottir SH, Blondal T, Hreggvidsson GO, Eggertsson G, Petursdottir S, Hjorleifsdottir S, Thorbjarnardottir SH, Kristjansson JK. Rhodothermus marinus: sinh lý học và sinh học phân tử. Những kẻ cực đoan. Năm 2006; 10 (1): 1-16. Có sẵn trong: cbi.nlm.nih.gov.
3. Thermus aquus. " Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí. Ngày 24 tháng 11 năm 2018, 10:28 giờ UTC. Ngày 9 tháng 5 năm 2019, 01:55 en.wikipedia.or
4. Thwaite J, Atkins H. Trực khuẩn thử nghiệm khử trùng. Trong Vi sinh vật y tế (Phiên bản thứ mười tám).
5. Reyes T. Đa dạng sinh học vi khuẩn biển: đơn vị phân loại có thể nuôi trồng mới. Luận văn đạt tiêu chuẩn chức danh Tiến sĩ Công nghệ Sinh học. Khoa Vi sinh và Sinh thái. 2012. Có tại: Đại học Valencia.
6. Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., một dòng vi khuẩn biển cực kỳ ưa nhiệt hiện đại. 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. Phân lập các chủng kỵ khí ưa nhiệt tạo ra xenlulozơ và hemicellulase liên quan đến sản xuất cồn sinh học bằng phương pháp nuôi cấy và kỹ thuật phân lập truyền thống và không truyên thông. BIOFARBO. Năm 2007; 15 (1): 43-50. Có tại: Magazinebolivianas.org.b