嗜热菌

跳转到: 导航, 搜索

嗜热菌,又称高温细菌嗜热微生物

嗜热微生物是一类生活在高温环境中的微生物,如火山口及其周围区域、温泉、工厂高温废水排放区等。近30年来,这一类微生物越来越广泛地引起了科学家们的重视和兴趣。特别是在水的沸点和沸点以上温度条件下能生活的细菌被发现后,更促进了对嗜热微生物的研究。

根据对温度的不同要求,嗜热菌可划分为3类:

(1)兼性嗜热菌:最高生长温度在40~50 ℃之间,但最适生长温度仍在中温范围内,故又称为耐热菌。

(2)专性嗜热菌:最适生长温度在40 ℃以上,40 ℃以下则生长很差,甚至不能生长。

(3)极端嗜热菌:最适生长温度在65 ℃以上,最低生长温度在40 ℃以上。

随着对嗜热菌研究的广泛开展和进行,新的菌种不断被发现。在这些新发现的菌种中,从意大利一处海底火山口附近的硫磺矿区分离到的一种极端嗜热菌Pyrodictium,最使科学家们感兴趣,它是迄今所知嗜热性最强的细菌。该处的海床由热矿沉积物和被硫覆盖的洞隙组成,海床上不断喷射出热海水和火山气。海床的温度为103℃。Pyrodictium生长的温度范围85~110℃,最适生长温度为105℃;pH值范围5~7;对盐分的适应范围很广,为1.2%~12%,最适盐度为1.5%;严格化能无机营养型,利用H2和元素硫形成大量的H2S;严格厌氧,暴露在氧气下,数分钟后即失活。该菌在保持H2/CO2气相条件、并供给硫的人工合成海水中能够生存,在培养过程中,加入酵母浸出液和蛋白胨可刺激其生长。

嗜热菌种类很多,营养范围亦非常广泛,但多数种类营异养生活,营自养生活的嗜热菌主要包括产甲烷细菌和硫化细菌,不过其中有一部分是混合营养型。

嗜热菌对pH值的要求,有两个绝然不同的范围,嗜酸嗜热的最适pH范围为1.5~4,而另一类群pH范围都是5.8~8.5。极端嗜碱的嗜热菌至今尚未发现。

嗜热菌为什么在高温下仍然能够不失活性并进行正常生长呢?

目前的研究工作认为有如下几方面的原因:

(1)类脂的敏感作用

嗜热菌细胞质膜化学成分,随环境温度的升高不仅类脂总含量增加,而且细胞中的高熔点饱和脂肪酸也增加,即长链饱和脂肪酸增加,不饱和脂肪酸减少。脂肪酸熔点的高低和热稳定性呈如下顺序:直链饱和脂肪酸>带支链饱和脂肪酸>不饱和脂肪酸。

另外,饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸能形成更多的疏水键,从而进一步增加膜的稳定性。

众所周知,细胞膜由双层类脂构成,但古细菌中嗜热菌其双层类脂进行了共价交联,成为两面都是水基的单层脂(如图①所示),并且保持了完整的疏水层,这种结沟,极大地增强了其耐热性

(2)重要代谢产物的迅速再合成

嗜热菌中tRNA的周转率大于中温菌的周转率;并且,其DNA中的G-C含量高于中温菌的G-C含量。一般中温菌的G-C含量为44.9mol%,而嗜热芽饱杆菌DNA中的G-C含量为53.2mol%。G-C含量越高,DNA分子解链温度也越高。嗜热菌在高温下不但热稳定性高,而且代谢快,其速率等于或大于热不稳定代谢物的转化,因此,重要代谢产物能够迅速再合成。

(3)蛋白质的热稳定性

目前科学家已从嗜热菌中分离出多种蛋白质,其中包括许多重要的酶类,它们的热稳定性高于中温型细菌的类似蛋白,而且,在细胞内生活状况下二这种差别更加明显。也就是说嗜热菌蛋白质的热稳定性取决于两个方面:一方面,其蛋白质的天然结构更加稳定;另一方面,嗜热菌细胞内存在着促进热稳定性的因素。买验证明,蛋白质一级结构中个别氨基酸的改变,就可导致其热稳定性的改变。嗜热菌蛋白质天然结构的稳定性,可能就是由于其中个别氨基酸的细微改变而引起的,至于究竟有哪些改变,还有待科学家的进一步研究。  

嗜热菌-开发应用

嗜热菌在开发应用方面也有着广阔的前景:

嗜热菌可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱硫。在一些污泥、温泉和深海地热海水中,生活着能产甲烷的嗜热细菌,生活的环境温度高,盐浓度大,压力也非常高,在实验室很难分离和培养。嗜热真菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高温环境中,有助于一些有机物的降解。利用嗜热菌对废水废料进行厌氧处理,可提高反应速度,消灭污水污物中的病原微生物。

在发酵工业中,可以利用其耐高温的特性,提高反应温度,增大反应速度,减少中温型杂菌污染的机会。嗜热菌可用于生产多种酶制剂,例如纤维素酶蛋白酶淀粉酶脂肪酶菊糖酶等,由这些微生物中产生的酶制剂具有热稳定性好、催化反应速率高,易于在室温下保存。

此外,嗜热菌研究中最引人注目的成果之一就是将水生栖热菌中耐热的Taq DNA聚合酶用于基因的研究和遗传工程的研究以及基因技术的广泛应用中。

关于“嗜热菌”的留言: Feed-icon.png 订阅讨论RSS

目前暂无留言

添加留言
个人工具
名字空间
动作
导航
推荐工具
功能菜单
工具箱