Termofīli — mikroorganismi, kas attīstās 40–120 °C

Termofīli — ekstrēmofili 40–120 °C: arhejas un baktērijas karstos avotos, hidrotermālos izvados un kompostā; uzzini to pielāgošanos, biotehnoloģiju izmantojumus un ekosistēmu lomu.

Termofils ir organisms — ekstrēmofila paveids —, kas attīstās salīdzinoši augstā temperatūrā. Tas nozīmē aptuveni no 40 līdz 120 °C (104 līdz 248 °F). Daudzi termofili ir arhejas. Termofīlās eubaktērijas, iespējams, ir bijušas vienas no pirmajām baktērijām un tādējādi sniedz svarīgas liecības par dzīves evolucionāro vēsturi uz Zemes.

Temperatūras variācijas un termofilu tipi

Termofili tiek iedalīti pēc optimālās augšanas temperatūras. Parasti lieto šādas kategorijas:

• Moderāti termofili — optimālais diapazons apmēram 40–60 °C.
• Ekstremāli termofili — optimālais diapazons apmēram 60–80 °C.
• Hipertermofili — augstāki par ~80 °C; dažiem hipertermofiliem noteiktas sugas spēj vairoties pat virs 100 °C. Reģistrēti augšējie robežvērtības piemēri sasniedz apmēram 122 °C.

Adaptācijas augstai temperatūrai

Termofiliem ir vairākas bioloģiskas pielāgošanās, kas ļauj saglabāt šūnu funkcijas karstās vidēs:

• Proteīnu stabilitāte: termofilu fermenti un strukturālie proteīni satur īpašas aminoskābes kombinācijas un blīvākas iekšējās sasaistes, kas palielina termisko stabilitāti.
• Helpieri un šaperoni: šie proteīni palīdz atjaunot un pasargāt citus proteīnus no denaturācijas karstuma ietekmē.
• Atšķirīgas membrānas lipīdu struktūras: īpaši arhejām membrānas lipīdi bieži satur ētera saites un vairākus cikliskus savienojumus, kas padara membrānu blīvāku un stabilāku augstā temperatūrā.
• DNS aizsardzība un remonta mehānismi: daži termofili veido īpašas DNS supervērpšanas vai remonta sistēmas (piem., reverse gyrase), kas samazina DNS bojājumus no karstuma.
• Termostabili fermenti: termofilu enzīmi darbojas efektīvi augstās temperatūrās, kas tiek plaši izmantoti biotehnoloģijā.

Kur dzīvo termofili?

Termofili ir sastopami dažādās ģeotermiski sasilušās Zemes virsmas daļās. Kā piemēru var minēt karstos avotus, piemēram, Yellowstone National Park, un dziļjūras hidrotermālos avotus. Augstāku temperatūru rada arī pūstošas augu vielas, piemēram, kūdras purvi un komposts.

Bez šiem redzamajiem biotopiem termofili var sastopami arī dziļzemes dzīlēs, naftas ieguves rezervuāros un citos siltos, slēgtos mikrobiālajos biotopos. Daudzi no tiem veido biofilmas vai kolonijas uz minerālu virsmām karstos avotos un hidrotermālajos spraugās.

Metabolisms un ekoloģiskā nozīme

Termofilu metabolisms ir daudzveidīgs — tie var būt:

• chemoautotrofi (iegūst enerģiju, oksidējot neorganiskus savienojumus),
• heterotrofi (sadalot organiskās vielas),
• metanogēni vai sērskābes ģenerējoši mikroorganismi atkarībā no vides ķīmijas un sugas īpašībām.

Termofili piedalās elementu apritē karstās ekosistēmās un bieži veido pamatu lokālajām barošanas ķēdēm, atbalstot citus mikroorganismus un makroorganismus, kas dzīvo tajā pašā biotopā.

Praktiskā nozīme un pielietojumi

Termofili un to termostabilie fermenti ir ļoti svarīgi biotehnoloģijā un rūpniecībā:

• PCR tehnoloģija: slavenā Taq-DNK polimerāze no Thermus aquaticus ir termostabils ferments, kas padarīja iespējamu automatizētu PCR.
• Termostabilas proteāzes, lipāzes, celulāzes un citas enzīmas tiek izmantotas tekstilrūpniecībā, pārtikas apstrādē, bioķīmiskās sintēzes procesiem un biodegradācijā.
• Termofilu spēja darboties augstās temperatūrās ļauj samazināt piesārņojumu risku apstrādes procesos (mazāk toksiņu, ātrāks reakciju ātrums), kas ir ekonomiski izdevīgi.

Pētīšana un audzēšana

Termofilu pētīšanā izmanto gan kultivēšanu laboratorijā ar specifiskām augšanas kamerām un medijiem, gan modernās molekulārajās metodēs balstītas pieejas — metagenomiku, proteomiku un strukturālo bioloģiju, lai atklātu nezināmas sugas un jaunas termostabilas molekulas. Audzēšana var būt sarežģīta, jo nepieciešamas augstas temperatūras un specifiski ķīmiski apstākļi.

Drošība un cilvēka veselība

Lielākā daļa termofilu nav cilvēkpatogēni, jo cilvēka ķermeņa temperatūra ir pārāk zema to optimālai augšanai. Tomēr, pētījot jaunas sugas un enzīmus, ievērojami laboratorijas drošības pasākumi ir nepieciešami, lai izvairītos no piesārņojuma un nekontrolētas ekspozīcijas.

Kopumā termofili ir svarīgi ne tikai, lai saprastu dzīves pielāgošanos ekstrēmiem apstākļiem un evolūciju, bet arī kā vērtīgs resurss biotehnoloģiskām un rūpnieciskām lietojumprogrammām.

Meklēt pēc burta