Чем отличаются мезофильные бактерии от животных и растений мезофилов

Примечания

1. BBC Staff. . BBC (23 августа 2011). Дата обращения 24 августа 2011.
2. Gorman, James. . New York Times (6 февраля 2013).
3. ↑ Choi, Charles Q. . LiveScience (17 марта 2013). Дата обращения 17 марта 2013.
4. Oskin, Becky . LiveScience (14 марта 2013). Дата обращения 17 марта 2013.
5. Cavicchioli R., Thomas T. Extremophiles // Encyclopedia of Microbiology (неопр.) / Lederberg J.. — Second. — San Diego: Academic Press, 2000. — Т. 2. — С. 317—337.
6. ↑
7. Ward P. D., Brownlee D. The life and death of planet Earth (неопр.). — New York: Owl Books (англ.)русск., 2004. — ISBN 978-0-8050-7512-0.
8. Than, Ker. . National Geographic- Daily News. National Geographic Society (25 апреля 2011). Дата обращения 28 апреля 2011.
9. Baldwin, Emily . Skymania News (26 апреля 2012). Дата обращения 27 апреля 2012.
10. Mack, Eric . Forbes (20 августа 2014). Дата обращения 21 августа 2014.
11. . Idaho National Laboratory. U.S. Department of Energy. Дата обращения 3 февраля 2014.
12. Extremophiles: Microbiology and Biotechnology (англ.) / Anitori R. P.. — Caister Academic Press (англ.)русск., 2012. — ISBN 978-1-904455-98-1.
13. ↑
14. ↑
15. ↑

Определение КМАФАнМ в пищевых продуктах

7 ноября 2014 г.ФГБУ Ставропольская МВЛ

Психрофилы, мезофилы, термофилы

Бактериальные ор­ганизмы могут существовать и развиваться в весьма широких температур­ных границах.

Различают три экологические группы бактерий по их отношению к температуре окружающей среды: психрофилы, мезофилы, термофилы.

• К психрофилам относятся формы, развивающиеся при сравнительно низкой температуре. Оптимум развития у этих бакте­рий лежит при 20—25 °C, а минимум может лежать даже ниже нуля, если эти бактерии развиваются в растворе, замерзающем при температуре ниже нуля.
• К мезофильным бактериям относится огромное большинство бакте­рий. Оптимум развития мезофилов лежит при 25—35 °C, максимум — при 45—50 °C и минимум — около 10 °C. Из приведенных для мезофилов тем­пературных границ видно, что эта группа микроорганизмов наиболее соот­ветствует температурам, наблюдающимся в природе в летнее время, и поэтому не удивительно весьма широкое распространение мезофилов в почве, воде и других субстратах.
• К термофильным микроорганизмам относятся бактерии и близкие к ним актиномицеты, а также некоторые водоросли, по преимуществу сине-зеленые. Все они характеризуются тем, что развиваются при высоких тем­пературах (40—75 °C). Водоросли и ряд представителей животного мира (моллюски и др.), живущие в горячих источниках и гейзерах, развива­ются при несколько более низких температурах, чем бактерии и актиноми­цеты. Из микроорганизмов к термофилам обычно относятся бациллярные формы, образующие споры, а также группа актиномицетов.

В состоянии спор термофилы хорошо переносят температуры ниже 30 °C, при которых они в вегетирующем состоянии быстро гибнут. Особен­ностью термофилов является их очень интенсивный обмен, благодаря чему они гораздо энергичнее размножаются и значительно быстрее заканчивают осуществляемые ими микробиологические процессы. Клетки термофилов делятся быстрее, чем у мезофилов, и быстрее стареют и отмирают.

Что такое терморезистентность и зачем она простейшим?

Бактерии мезофилы и термофилы без вреда для собственных репродуктивных способностей могут переносить кратковременное нахождение в условиях экстремально высоких температур. Такую толерантность называют термоустойчивостью или терморезистентностью. Это крайне полезное качество микроорганизмы выработали, чтобы выживать при попадании в экстремальные условия. Такая способность есть далеко не у всех.

Облигатные психрофилы (таковыми считаются бактерии, предпочитающие оптимальную температуру около 15°C или ниже) очень чувствительны даже к незначительному плюсовому колебанию столбика термометра. Ареал их обитания – арктические моря и глубины океанов, антарктические льды или ледники высоко в горах.

У факультативных психрофилов оптимальная для их жизнедеятельности температура гораздо выше, чем у облигатных видов – она равна 20-30°C. Поэтому их можно встретить в местах с постоянно меняющимися температурными режимами. И так как некоторые психрофилы являются главными виновниками порчи продуктов в холодильниках и морозильных камерах, то нарушать рекомендованные требования для хранения рыбы, мяса и молока нельзя. Появление неприятного запаха – это полбеды. Гораздо хуже, когда патогенные бактерии-психрофилы образуют токсины.

Можно сделать вывод, что бактерии-мезофилы и группы животных или растений с таким же определением подразумевают деление по различным предпочтениям. Мезофильные микроорганизмы объединяются в эту категорию на основе оптимальной температуры. В то время как животные и растения причисляют к мезофилам исходя из нужного для них уровня влажности и количества потребляемой воды. Подобные знания дают возможность учитывать факторы внешней среды для поддержания жизнедеятельности нужных форм живых организмов или для борьбы с нежелательными видами.

Мезофилы — возбудители инфекций

Некоторые известные мезофилы включают Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus и Escherichia coli . Другими примерами видов мезофилов являются Clostridium kluyveri, Pseudomonas maltophilia, Thiobacillus novellus, Streptococcus pyogenes и Streptococcus pneumoniae. Различные типы заболеваний и инфекций обычно имеют патогены от мезофильных бактерий, таких как перечисленные выше.

Listeria monocytogenes

Listeria monocytogenes — грамположительная бактерия. Он близок к Bacillus и Staphylococcus . Это палочковидный факультативный анаэроб, который движется перитрихозными жгутиками . Подвижность L. monocytogenes ограничена от 20 ° C до 25 ° C. При оптимальной температуре он теряет подвижность. Эта бактерия ответственна за листериоз, который возникает из-за зараженной пищи.

Золотистый стафилококк

Золотистый стафилококк был впервые обнаружен в 1880 году. Он вызывает различные инфекции, вызванные травмой. Бактерия преодолевает естественные механизмы организма. Длительные инфекции S.aureus включают пневмонию, менингит и остеомиелит. S.aureus обычно заражаются в больницах.

Кишечная палочка

Escherichia coli — это грамотрицательные палочковидные факультативные анаэробные бактерии, не образующие спор . Бактерия входит в состав Enterobacteriaceae . Он способен производить энтеротоксины, которые являются термолабильными или термостабильными . Другие характеристики кишечной палочки в том, что это оксидаза -отрицательный, цитрат -отрицательного, метил-красного положительный, и Фогес-Проскауэр -отрицательный. Подводя итог E.coli , это кишечная палочка. Он может использовать глюкозу и ацетат в качестве источника углерода для ферментации. E.coli обычно обнаруживается в кишечнике живых организмов. E.coli обладает множеством возможностей, например, может быть хозяином для рекомбинантной ДНК и быть патогеном.

Что такое мезофилы?

Мезофильные бактерии — это организмы, которые растут при умеренной температуре, которая составляет 20-45 ° C. Оптимальная температура роста мезофильных бактерий составляет 37 ° С. Следовательно, бактерии в микробиоме человека, а также патогенные бактерии человека являются мезофилами. Некоторые примеры мезофильных бактерий Listeria monocytogenes, Streptococcuspyrogenes, так далее.

Мезофилы есть и среди животных или растений, однако принадлежность к этому виду определяется не температурными предпочтениями. В отличие от бактерий мезофильные представители флоры – это те, которые предпочитают среднее количество влаги. Правильнее такие растения называть мезофитами, а главное условие для их успешного роста и развития – достаточное, но не избыточное содержание воды в почве. Представители этого вида произрастают и в тропических, и в субтропических лесах. Но в основном растения-мезофиты – «жители» умеренных широт:

• лиственные кустарники и деревья,
• луговые травы (клевер и тимофеевка),
• лесные ландыши, кислица.

Среда обитания

Среда обитания мезофилов может включать сыр и йогурт. Их часто добавляют во время брожения пива и виноделия. Поскольку нормальная температура человеческого тела составляет 37 ° C, большинство патогенов человека являются мезофилами, как и большинство организмов, составляющих микробиом человека.

Мезофилы против экстремофилов

Мезофилы — противоположность экстремофилов. Экстремофилов, предпочитающих холодную среду, называют психрофилами , тех, кто предпочитает более высокие температуры, — термофилами или термотропами, а тех, кто процветает в чрезвычайно жаркой среде, — гипертермофилами . Общегеномный вычислительный подход был разработан Zheng et al. классифицировать бактерии на мезофильные и термофильные.

Требования к кислороду

Из-за разнообразия мезофилов потребности в кислороде сильно различаются. Аэробное дыхание требует использования кислорода, а анаэробное — нет. Есть три типа анаэробов . Факультативные анаэробы растут в отсутствие кислорода, используя вместо этого ферментацию . Во время ферментации сахара превращаются в кислоты, спирт или газы . Если есть кислород, он будет использовать аэробное дыхание. Облигатные анаэробы не могут расти в присутствии кислорода. Аэротолерантные анаэробы могут противостоять кислороду.

Микроорганизмы играют важную роль в разложении органического вещества и минерализации из питательных веществ. В водной среде разнообразие экосистемы допускает разнообразие мезофилов. Функции каждого мезофила зависят от окружающей среды, в первую очередь от температурного диапазона. Бактерии, такие как мезофилы и термофилы , используются в производстве сыра из-за их роли в ферментации .

«Традиционные микробиологи используют следующие термины для обозначения общей (слегка произвольной) оптимальной температуры для роста бактерий: психрофилы (15–20 ° C), мезофилы (30–37 ° C), термофилы (50–60 ° C) и экстремальные термофилы (до 122 ° С) ». И мезофилы, и термофилы используются в сыроделии по одной и той же причине; однако они растут, процветают и умирают при разных температурах. Психротрофные бактерии способствуют порче молочных продуктов, их заплесневению или порче из-за их способности расти при более низких температурах, например в холодильнике.

Что делает закваска с молоком

Если молоко сквасится естественным путем, из него получится замечательная простокваша или кефир, но никак не сыр. Для этого продукта необходимы особые молокосвёртывающие бактерии, формирующие сырный сгусток и его последующее созревание. Сами по себе они в молоке не появятся, как в случае с кефиром, поэтому их приходится вносить специально. Прежде всего, чистые заквасочные культуры преобразуют молочный сахар в кислоту. В процессе могут выделяться побочные вещества, в том числе углекислый газ, обусловливающий своеобразный рисунок в сыре – те самые «дырочки», отличающие зрелый сыр от всех других продуктов.

Получившаяся повышенная кислотность имеет двойное значение: минимизирует размножение вредных бактерий в теле сыра и тем самым продлевает срок его годности. Все дальнейшие процессы в сыре происходят исключительно под влиянием заквасочных бактерий, они влияют на преобразование протеинов, жиров и сахаров в специфичные соединения, придающие сыру его узнаваемый вкус, вид и аромат. Разумеется, каждый вид сыра обязан своими свойствами определенному штамму сырных бактерий или их особой комбинации, поэтому и заквасок для сыра существует большое количество.

Возможно ли убить бактерии? Что пагубно на них влияет?

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА
Жизнь программиста и интересные обзоры всего. Подпишись, чтобы не пропустить новые видео.

Чтобы термофильные бактерии погибли, нужно гораздо большее превышение верхнего порога. Сегодня ученым удалось установить, что наиболее высокая ныне известная температура, при которой эти микроорганизмы могут жить, — это 122 градуса по Цельсию. Создать в лабораторных условиях более высокий нагрев не представляется возможным. Поэтому установить, при какой температуре погибнут термофильные бактерии пока нельзя. Известно только, что на жизнь бактерий очень пагубно влияют резкие колебания температуры: развитие культуры может приостановиться, но погибнет ли она — это вопрос.

Адаптации

Все бактерии имеют свое собственное оптимальное экологическое окружение и температуры , в которых они процветают. Многие факторы ответственны за оптимальный температурный диапазон данного организма, но данные свидетельствуют о том, что выражение конкретных генетических элементов ( аллели ) может изменить чувствительную к температуре фенотипа организма. Недавно опубликованное исследование показало , что мезофильные бактерии могут быть генетически сконструированы дла экспрессию определенных аллелей от психрофильных бактерий, следовательно , сдвигая ограничительный температурный диапазон мезофильных бактерий точно соответствовать , что из психрофильных бактерий.

Из — за менее устойчивой структуры мезофилов, она снижается гибкость для синтеза белка . Мезофилы не способны синтезировать белки при низких температурах. Он более чувствителен к изменениям температуры, и жирные кислоты , состав мембраны не допускает много текучести . Уменьшение оптимальной температуры 37 ° C до 0 ° C до 8 ° С приводит к постепенному снижению синтеза белка. Холодные индуцированные белки (CIPS) индуцируются во время низких температур, которые затем позволяют холодным ударные белки (ПЕС) для синтеза. Сдвиг назад к оптимальной температуре видит увеличение, что свидетельствует о том , что мезофилы сильно зависят от температуры. Наличие кислорода также влияет на рост микроорганизмов.

Есть два объяснения термофилы будучи в состоянии выжить при таких высоких температурах, в то время как мезофилы не могут. Наиболее очевидное объяснение является то, что термофилы, как полагает, имеют клеточные компоненты, которые являются относительно более стабильными, чем компоненты клеточных мезофилов именно поэтому термофилы способны жить при более высоких температурах, чем мезофилы. «Вторая школа мысли, как представлена ​​в трудах Gaughran (21) и Аллен (3), полагает, что быстрое ресинтез поврежденных или разрушенные клетки составляющие является ключом к проблеме биологической устойчивости к высокой температуре.»

Особенности организации и реализации генетической информации термофилов

Изучение ферментов, обслуживающих репликацию ДНК термофильных бактерий, имеет не только теоретический, но практический интерес. Это связано с тем, что такие ферменты могут успешно применяться для проведения одного из наиболее чувствительных анализов ДНК – полимеразной цепной реакции. Смысл ее состоит в том, что в специальном аппарате при помощи специфической затравки – кусочка ДНК организовывается ее размножение в количествах, достаточных для проведения анализа при помощи гель-электрофореза. Делается это с помощью ферментов, расплетающих двойную спираль ДНК и синтезирующих недостающие цепочки на каждой из расплетенных ветвей.

Клонирование данных ферментов с целью получения «идеальной ДНК-полимеразы» – тема, актуальная для всех, кто занимается проблемами повышения точности и производительности ферментов, синтезирующих ДНК при проведении ПЦР (Полимеразная цепная реакция). Обычно исследование проводят в несколько этапов:

1. Разработка способа клонирования участков ДНК бактерий, с которых считывается данный фермент, выделение необходимых генов из ДНК-библиотек исследуемых организмов.
2. Определение последовательности нуклеотидов в ДНК интересующих генов.
3. Внедрение необходимых генов в ДНК бактерий для получения рекомбинантных ферментов.
4. Оценка эффективности работы этих ферментов при проведении ПЦР.
5. Оценка точности воспроизведения фрагментов ДНК при помощи полученных ДНК-полимераз.

Полезные и вредные свойства термофилов и их применение

Ацидофильные молочнокислые палочки применяются не только в пищевой промышленности, но и в фармакологии. Их можно обнаружить в твороге и сыре, а также в составе большинства пробиотических препаратов, заквасках, позволяющих производить кефир и йогурт и призванных нормализовать микрофлору в организме человека.

Индустрия красоты

Косметологи широко применяют йогурт в качестве средства, отбеливающего кожу и восстанавливающего ее упругость. Живой йогурт, применяемый в качестве маски, способен восстановить здоровье кожи и нормализовать баланс бактерий на ее поверхности.

Производство йогуртов

Термофильный стрептококк и болгарская ацидофильная палочка входят в состав заквасок, при помощи которых производится йогурт. Многие люди, имеющие проблемы с перевариванием цельного молока, могут употреблять йогурт, поскольку в его составе нет молочного сахара – лактозы. Йогурт показан грудным детям как средство для поддержания нормальной микрофлоры, а также как продукт, содержащий витамины групп В и К, фолиевую кислоту и аминокислоты. Он легко готовится из сухих заквасок путем добавления их в молоко и выдерживания при температуре 38-45°С. В отличие от кефира или ацидофилина, йогурт имеет приятный сливочный вкус и не содержит дрожжей и спирта.

Переработка органики

Это еще одна сфера применения термофильных бактерий. Ее выполняют как термофильные, так и мезофильные бактерии, живущие в почве, однако эффективность работы первых существенно выше. Интерес к метановому брожению существенно возрос после того, как было выяснено, что в результате можно получать витамины В12 и Н. Кроме того, образующийся при переработке подстилки и других органических отходов в компостных ямах метан может успешно применяться для обогрева жилых и промышленных помещений, а также в химической промышленности.

Чтобы уменьшить вред, наносимый термофильными палочками предприятиям пищевой промышленности, проводят мониторинг оборудования и его регулярную обработку бактерицидными препаратами, что позволяет контролировать качество выпускаемой продукции.

Клостридиумы в почве

Немалый вред приносит инфицирование земель клостридиумами при внесении органических удобрений, а также использовании в качестве удобрения перепревшей подстилки из коровников. Высокое содержание клостридиумов в почве наносит существенный вред качеству грунтовых вод и воды в естественных водоемах.

Интересно, что в почве, загрязненной нефтепродуктами, обнаружены термофилы, способные перерабатывать твердые парафины и ароматические углеводороды. Их присутствие в почве позволяет существенно снизить степень загрязненности и сделать ее пригодной для растений.

Факторы, влияющие на формирование микробных ценозов почв различных типов

На активность микроорганизмов и формирования их сообществ в почве влияет ряд природных и антропогенных факторов. Среди них температура почвы, ее влажность, воздушный режим, окислительно-восстановительный потенциал, кислотность и механические свойства, а также биотические факторы.

Температурный режим почвы

Температура почвы определяется географическим фактором и сезоном года. Наблюдается и суточные колебания температуры, которые сильнее всего сказываются в поверхностном слое почвы. Сезонные колебания температуры влияют на весь профиль почвы. В криофильных почвах на определенной глубине залегает постоянный слой, подавляющий активность микроорганизмов.

В одной и той же зоне температурный режим почвы зависит также от ее способности поглощать тепловые лучи, теплоизлучения, от характера растительности и т.д.

Что касается микроорганизмов, то по отношению к температуре их принято делить на следующие группы: психрофилы, размножающиеся при относительно низких положительных температурах; мезофилы, которые растут при обычных температурах окружающей среды; термофилы, нуждающиеся в высоких температурах.

Основная масса почвенных микроорганизмов принадлежит к мезофилам. Доказано, что оптимум и максимум температуры для большинства почвенных мезофильных микроорганизмов меняется в зависимости от климата. Бактерии в южных почвах, как правило, имеют более высокие температрные оптимум и максимум.

В этом сказывается приспособительная реакция микроорганизмов к условиям среды. Она отсутствует лишь у видов бактерий, завершающих процесс минерализации органических остатков (Bacillus megaterium, B. Subtilis, B. Mesentericus и др.). В основном это спорообразующие виды. Для их существования температурная адаптация не имеет столь большого значения.

В почвах южной зоны, как правило, обитают микроорганизмы, предъявляющие повышенные требования к теплу. Например, южные почвы значительно богаче теплолюбивыми грибами рода Aspergillus, в то время как в северных преобладают виды рода Penicillium, способные развиваться при более низких температурах.

Теплолюбивые микроорганизмы при оптимальной для них температуре более активны, чем психрофильные. Термофилы обладают исключительно высокой биохимической активностью. В связи с этим в южных почвах при благоприятных условиях микробиологические процессы протекают более энергично, чем в северных. Однако термофильных микроорганизмов даже в южных почвах мало, и существенной роли в почвенных процессах они не играют. Это объясняется тем, что при сильном нагревании почва быстро пересыхает, создавая неблагоприятную обстановку для размножения термофилов .

Сопоставление температуры почвы разных климатических зон с потребностью мезофильных форм бактерий в тепле