嗜熱菌
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嗜熱微生物是一類生活在高溫環(huán)境中的微生物，如火山口及其周圍區(qū)域、溫泉、工廠高溫廢水排放區(qū)等。近30年來，這一類微生物越來越廣泛地引起了科學(xué)家們的重視和興趣。特別是在水的沸點(diǎn)和沸點(diǎn)以上溫度條件下能生活的細(xì)菌被發(fā)現(xiàn)后，更促進(jìn)了對嗜熱微生物的研究。
根據(jù)對溫度的不同要求，嗜熱菌可劃分為3類：
（1）兼性嗜熱菌：最高生長溫度在40～50 ℃之間，但最適生長溫度仍在中溫范圍內(nèi)，故又稱為耐熱菌。
（2）專性嗜熱菌：最適生長溫度在40 ℃以上，40 ℃以下則生長很差，甚至不能生長。
（3）極端嗜熱菌：最適生長溫度在65 ℃以上，最低生長溫度在40 ℃以上。
隨著對嗜熱菌研究的廣泛開展和進(jìn)行，新的菌種不斷被發(fā)現(xiàn)。在這些新發(fā)現(xiàn)的菌種中，從意大利一處海底火山口附近的硫磺礦區(qū)分離到的一種極端嗜熱菌Pyrodictium，最使科學(xué)家們感興趣，它是迄今所知嗜熱性最強(qiáng)的細(xì)菌。該處的海床由熱礦沉積物和被硫覆蓋的洞隙組成，海床上不斷噴射出熱海水和火山氣。海床的溫度為103℃。Pyrodictium生長的溫度范圍85～110℃，最適生長溫度為105℃；pH值范圍5～7；對鹽分的適應(yīng)范圍很廣，為1.2％～12％，最適鹽度為1.5％；嚴(yán)格化能無機(jī)營養(yǎng)型，利用H2和元素硫形成大量的H2S；嚴(yán)格厭氧，暴露在氧氣下，數(shù)分鐘后即失活。該菌在保持H2／CO2氣相條件、并供給硫的人工合成海水中能夠生存，在培養(yǎng)過程中，加入酵母浸出液和蛋白胨可刺激其生長。
嗜熱菌種類很多，營養(yǎng)范圍亦非常廣泛，但多數(shù)種類營異養(yǎng)生活，營自養(yǎng)生活的嗜熱菌主要包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌和硫化細(xì)菌，不過其中有一部分是混合營養(yǎng)型。
嗜熱菌對pH值的要求，有兩個(gè)絕然不同的范圍，嗜酸嗜熱的最適pH范圍為1.5～4，而另一類群pH范圍都是5.8～8.5。極端嗜堿的嗜熱菌至今尚未發(fā)現(xiàn)。
嗜熱菌為什么在高溫下仍然能夠不失活性并進(jìn)行正常生長呢？
目前的研究工作認(rèn)為有如下幾方面的原因：
（1）類脂的敏感作用
嗜熱菌細(xì)胞質(zhì)膜的化學(xué)成分，隨環(huán)境溫度的升高不僅類脂總含量增加，而且細(xì)胞中的高熔點(diǎn)飽和脂肪酸也增加，即長鏈飽和脂肪酸增加，不飽和脂肪酸減少。脂肪酸熔點(diǎn)的高低和熱穩(wěn)定性呈如下順序：直鏈飽和脂肪酸＞帶支鏈飽和脂肪酸＞不飽和脂肪酸。
另外，飽和脂肪酸比不飽和脂肪酸能形成更多的疏水鍵，從而進(jìn)一步增加膜的穩(wěn)定性。
眾所周知，細(xì)胞膜由雙層類脂構(gòu)成，但古細(xì)菌中嗜熱菌其雙層類脂進(jìn)行了共價(jià)交聯(lián)，成為兩面都是水基的單層脂（如圖①所示），并且保持了完整的疏水層，這種結(jié)溝，極大地增強(qiáng)了其耐熱性。
（2）重要代謝產(chǎn)物的迅速再合成
嗜熱菌中tRNA的周轉(zhuǎn)率大于中溫菌的周轉(zhuǎn)率；并且，其DNA中的G－C含量高于中溫菌的G－C含量。一般中溫菌的G－C含量為44.9mol％，而嗜熱芽飽桿菌DNA中的G－C含量為53.2mol％。G－C含量越高，DNA分子的解鏈溫度也越高。嗜熱菌在高溫下不但熱穩(wěn)定性高，而且代謝快，其速率等于或大于熱不穩(wěn)定代謝物的轉(zhuǎn)化，因此，重要代謝產(chǎn)物能夠迅速再合成。
（3）蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性
目前科學(xué)家已從嗜熱菌中分離出多種蛋白質(zhì)，其中包括許多重要的酶類，它們的熱穩(wěn)定性高于中溫型細(xì)菌的類似蛋白，而且，在細(xì)胞內(nèi)生活狀況下二這種差別更加明顯。也就是說嗜熱菌蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性取決于兩個(gè)方面：一方面，其蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定；另一方面，嗜熱菌細(xì)胞內(nèi)存在著促進(jìn)熱穩(wěn)定性的因素。買驗(yàn)證明，蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中個(gè)別氨基酸的改變，就可導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性的改變。嗜熱菌蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可能就是由于其中個(gè)別氨基酸的細(xì)微改變而引起的，至于究竟有哪些改變，還有待科學(xué)家的進(jìn)一步研究?！ ?/p>
嗜熱菌-開發(fā)應(yīng)用
嗜熱菌在開發(fā)應(yīng)用方面也有著廣闊的前景：
嗜熱菌可用于細(xì)菌浸礦、石油及煤炭的脫硫。在一些污泥、溫泉和深海地?zé)岷Ｋ?，生活著能產(chǎn)甲烷的嗜熱細(xì)菌，生活的環(huán)境溫度高，鹽濃度大，壓力也非常高，在實(shí)驗(yàn)室很難分離和培養(yǎng)。嗜熱真菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高溫環(huán)境中，有助于一些有機(jī)物的降解。利用嗜熱菌對廢水廢料進(jìn)行厭氧處理，可提高反應(yīng)速度，消滅污水污物中的病原微生物。
在發(fā)酵工業(yè)中，可以利用其耐高溫的特性，提高反應(yīng)溫度，增大反應(yīng)速度，減少中溫型雜菌污染的機(jī)會。嗜熱菌可用于生產(chǎn)多種酶制劑，例如纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、菊糖酶等，由這些微生物中產(chǎn)生的酶制劑具有熱穩(wěn)定性好、催化反應(yīng)速率高，易于在室溫下保存。
此外，嗜熱菌研究中最引人注目的成果之一就是將水生棲熱菌中耐熱的Taq DNA聚合酶用于基因的研究和遺傳工程的研究以及基因技術(shù)的廣泛應(yīng)用中。
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