معلومة

8.14 ب: ارتفاع درجة الحرارة من الموائل البركانية الأرضية - علم الأحياء

8.14 ب: ارتفاع درجة الحرارة من الموائل البركانية الأرضية - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يزدهر الشخص المحب للحرارة العالية في درجات حرارة عالية نسبيًا ويمكن العثور عليه في المناطق ذات الحرارة الجوفية من الأرض.

أهداف التعلم

  • لخص السمات التي تحدد محبي فرط الحرارة

النقاط الرئيسية

  • على عكس الأنواع الأخرى من البكتيريا ، يمكن أن تعيش الحرارة في درجات حرارة أعلى بكثير ، في حين أن البكتيريا الأخرى ستتلف أو تقتل إذا تعرضت لنفس درجات الحرارة.
  • تحتوي الحرارة على إنزيمات يمكنها العمل في درجات حرارة عالية.
  • فبرثرموفيلز هي على وجه الخصوص من عشاق الحرارة الشديدة حيث تكون درجات الحرارة المثلى أعلى من 80 درجة مئوية ، وتكون أغشيتها وبروتيناتها مستقرة بشكل غير عادي في درجات الحرارة العالية للغاية هذه.

الشروط الاساسية

  • ليثوتروف: كائن يحصل على طاقته من المركبات غير العضوية (مثل الأمونيا) عن طريق نقل الإلكترون.
  • محبة للحرارة: كائن يعيش وينمو في درجات حرارة عالية نسبيًا ؛ شكل من أشكال المتطرفة. كثيرون هم أعضاء في الأركيا.

المحبة للحرارة هي كائن حي - نوع من المتطرفين - يزدهر في درجات حرارة عالية نسبيًا ، بين 45 و 122 درجة مئوية (113 و 252 درجة فهرنهايت). العديد من محبي الحرارة هي عتائق. يقترح أن البكتيريا eubacteria المحبة للحرارة كانت من بين أقدم أنواع البكتيريا. تم العثور على عشاق الحرارة في مناطق مختلفة من حرارة الأرض ، مثل الينابيع الساخنة الموجودة في حديقة يلوستون الوطنية.

على عكس الأنواع الأخرى من البكتيريا ، يمكن أن تعيش الحرارة في درجات حرارة أعلى بكثير ، في حين أن البكتيريا الأخرى ستتلف أو تقتل إذا تعرضت لنفس درجات الحرارة. كشرط أساسي لبقائهم على قيد الحياة ، تحتوي الحرارة على إنزيمات يمكنها العمل في درجات حرارة عالية. تُستخدم بعض هذه الإنزيمات في البيولوجيا الجزيئية (على سبيل المثال ، بوليميرات الحمض النووي المستقرة الحرارة لـ PCR) ، وفي عوامل الغسيل. تصنف الحرارة إلى الحرارة الإلزامية والاختيارية ؛ تتطلب الحرارة المرتفعة (وتسمى أيضًا الحرارة الشديدة) درجات حرارة عالية للنمو ، في حين أن الحرارة الاختيارية (تسمى أيضًا الحرارة المعتدلة) يمكن أن تزدهر في درجات حرارة عالية ، ولكن أيضًا في درجات حرارة منخفضة (أقل من 50 درجة مئوية).

محبي الحرارة المفرطة هم من عشاق الحرارة الشديدة بشكل خاص حيث تكون درجات الحرارة المثلى أعلى من 80 درجة مئوية. المحبة للحرارة ، التي تعني "المحبة للحرارة" ، هي كائنات ذات درجة حرارة نمو مثالية تبلغ 50 درجة مئوية أو أكثر ، بحد أقصى يصل إلى 70 درجة مئوية أو أكثر ، وحوالي 40 درجة مئوية كحد أدنى ، ولكنها تقريبية فقط. تتطلب بعض محبي الحرارة الشديدة (hyperthermophiles) درجة حرارة عالية جدًا (80 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية) للنمو. أغشيتها وبروتيناتها مستقرة بشكل غير عادي في درجات الحرارة العالية هذه. وبالتالي ، فإن العديد من عمليات التكنولوجيا الحيوية الهامة تستخدم الإنزيمات المحبة للحرارة بسبب قدرتها على تحمل الحرارة الشديدة.

يحتاج العديد من الأرتشيا شديدة الحرارة إلى عنصر الكبريت للنمو. بعضها عبارة عن كائنات لاهوائية تستخدم الكبريت بدلاً من الأكسجين كمتقبل للإلكترون أثناء التنفس الخلوي. بعضها عبارة عن مواد حصرية تعمل على أكسدة الكبريت إلى حمض الكبريتيك كمصدر للطاقة ، مما يتطلب تكيف الكائنات الحية الدقيقة مع درجة الحموضة المنخفضة جدًا (أي أنها محبة للحمض وكذلك محبة للحرارة). هذه الكائنات تعيش في البيئات الحارة الغنية بالكبريت والتي ترتبط عادةً بالبراكين ، مثل الينابيع الساخنة والسخانات والفومارول. في هذه الأماكن ، وخاصة في منتزه يلوستون الوطني ، يتم تقسيم الكائنات الحية الدقيقة وفقًا لدرجة الحرارة المثلى. غالبًا ما يتم تلوين هذه الكائنات بسبب وجود أصباغ التمثيل الضوئي.


6 مجموعات مهمة من المتطرفين | علم الاحياء المجهري

النقاط التالية تسلط الضوء على المجموعات الست الهامة من المتطرفين. المجموعات هي: 1. حامضيات 2. ألكالوفيليس 3. محبات للملوثات 4. محبات نفسية 5. محبات حرارة و ذبابة شديدة الحرارة 6. محبي باروفيل.

المجموعة رقم 1:

معظم البيئات الطبيعية على الأرض محايدة بشكل أساسي ، حيث يتراوح الرقم الهيدروجيني بين 5 و 9. فقط عدد قليل من الأنواع الميكروبية يمكن أن تنمو عند درجة حموضة أقل من 2 أو أكبر من 10. الكائنات الدقيقة التي تعيش عند درجة حموضة منخفضة تسمى حامضية.

تميل الفطريات كمجموعة إلى أن تكون أكثر تحملاً للأحماض من البكتيريا. تنمو العديد من الفطريات على النحو الأمثل عند درجة الحموضة 5 أو أقل ، وينمو عدد قليل جيدًا عند قيمة pH منخفضة تصل إلى 2. العديد من أنواع الثيوباسيلوس وأجناس العتائق بما في ذلك Sulfolobus و Thermoplasma هي حمضية.

هذا ferroxidans و Sulfolobus sp. يؤكسد معدن الكبريتيد وينتج حامض الكبريتيك. العامل الأكثر أهمية لإلزام الحموضة هو المذكر السيتوبلازمي والشيبران للبكتريا الحمضية الإجبارية والشيريا التي تعمل على إذابة جدار الخلية وتحللها. يشير هذا إلى أن هناك حاجة إلى تركيز عالٍ من أيونات H + لاستقرار الغشاء.

تتشكل البيئة شديدة الحموضة بشكل طبيعي من الأنشطة الجيوكيميائية (مثل إنتاج الغازات في الفتحات الحرارية المائية وبعض الينابيع الساخنة) ومن الأنشطة الأيضية لبعض الأشخاص الذين يعانون من الحموضة. تم العثور على حامض أيضا في الحطام المتبقي من تعدين الفحم. على نحو خجول ، لا يستطيع الأشخاص المتطرفون المحبون للأحماض تحمل حموضة كبيرة داخل خلاياهم ، حيث يمكن أن تدمر الحمض النووي.

يبقون على قيد الحياة بإبعاد الحمض. لكن الجزيئات الدفاعية توفر هذه الحماية وكذلك الجزيئات الأخرى التي تلامس البيئة يجب أن تكون قادرة على العمل في حموضة شديدة. في الواقع ، تستطيع الإنزيمات المتطرفة (الإنزيمات التي توفر القدرة على التكيف) العمل عند درجة حموضة أقل من واحد ، أكثر حمضية من الخل أو عصير المعدة. تم عزل هذه الإنزيمات من جدار الخلية والغشاء الخلوي الكامن وراء بعض الحموضة.

(ط) علم وظائف الأعضاء:

الحموضة الملزمة لها درجة حموضة مثالية للنمو تظل منخفضة للغاية (1 إلى 4). لحماية الإنزيمات داخل الخلايا والمكونات الأخرى من الأس الهيدروجيني المنخفض إلى المتوسط ​​، يحافظ الأعضاء والخجولون على تدرج كبير في درجة الحموضة عبر الميم والشيبران. توجد أشكال خاصة من الشفة والخجول في ذكرياتها والتي قد تقلل من تسرب H + إلى أسفل قيمة الرقم الهيدروجيني.

على سبيل المثال ، تم الإبلاغ عن وجود بعض الأحماض الدهنية والمواد الخبيثة لدعم التكيفات الخاصة للنمو والبقاء على قيد الحياة عند درجة حموضة منخفضة للغاية. الحموضة تحافظ على درجة الحموضة السيتوبلازمية حول 6.5. في هذه الكائنات الحية ، يبقى الرقم الهيدروجيني بشكل عام 1-2 وهو أقل بالمقارنة مع العدلات والقلويات.

في الحموضة ، يتم تعويض الأس الهيدروجيني عن طريق الجهد الكهربائي الداخلي الموجب الذي هو عكس ذلك الموجود في العدلات. يتم إنشاء الجهد الكهربائي المعكوس عن طريق امتصاص K + الكهربائي الذي يسمح للخلايا ببثق المزيد من H + وبالتالي الحفاظ على الرقم الهيدروجيني الداخلي.

(2) التكيف الجزيئي:

يكمن العامل الأكثر أهمية لإلزام الحموضة في الغشاء السيتوبلازمي. عندما يرتفع الرقم الهيدروجيني إلى الحياد ، يذوب الغشاء السيتوبلازمي للبكتيريا المحبة للحموضة بشكل إلزامي وتتلاشى الخلايا. يُقترح أن التركيز العالي لأيونات الهيدروجين ضروري لاستقرار الغشاء الذي يسمح للبكتيريا بالبقاء.

(3) التطبيقات:

تتراوح التطبيقات المحتملة للأحماض المتطرفة المقاومة للأحماض من محفزات لتخليق المركبات في المحاليل الحمضية إلى إضافات لتغذية الحيوانات التي تهدف إلى العمل في معدة الحيوان.

عند إضافتها إلى العلف ، تعمل الإنزيمات على تحسين قابلية هضم الحبوب باهظة الثمن ، وبالتالي تجنب الحاجة إلى طعام أكثر تكلفة. تساعد بروتينات Rusticyanin من الحمضية في استقرار الحمض. تم إنشاء التعبير عن جينات مقاومة الزرنيخ غير المتجانسة في Thiobacillus ferrooxidans المؤكسدة للحديد كنهج للتكنولوجيا الحيوية للمعالجة الحيوية.

المجموعة رقم 2. alkalophiles:

تعيش القلويات في تربة محملة بالكربونات وبحيرات الصودا ، مثل تلك الموجودة في وادي ريفت بأفريقيا وغرب الولايات المتحدة. تم الإبلاغ عن أول بكتيريا قلوية في عام 1968.

كانت معظم بدائيات النوى القلوية التي تمت دراستها عبارة عن بكتيريا هوائية غير بحرية وتم الإبلاغ عنها على أنها Bacillus spp. فصلهم Krulwich و Guffanti (1989) إلى فئتين رئيسيتين: الكائنات التي تتحمل القلويات (درجة الحموضة 7.0-9.0) (التي لا يمكن أن تنمو فوق الرقم الهيدروجيني 9.5) والكائنات القلوية (درجة الحموضة 10.0- 12.0).

معظم الكائنات المحبة للقلويات الهوائية أو اللاهوائية الاختيارية. بعض القلويات هي Bacillus alkalophilus و B.firmus RAB و Bacillus sp. رقم 8-1 و Bacillus sp. رقم C-125 الذي يحمل سوطًا وبالتالي فهو متحرك. تعتبر الحركة المستحثة بالسوط بواسطة قوة دافعة الصوديوم (smf) بدلاً من القوة الدافعة للبروتون (pmf).

إنها متحركة عند درجة الحموضة 9-10.5 ولكن لا توجد حركية عند الرقم الهيدروجيني 8. تم استخدام البكتيريا المحبة للقلويات التي تقلل النيلي (Bacillus sp.) المعزولة من كرة النيلي لتحسين عملية التخمير النيلي. يحتوي جدارها الخلوي على مركبات حمضية مماثلة في تكوينها للببتيدوغليكان.

(أنا) علم وظائف الأعضاء:

يمكن أن يحافظ سطح الخلية من القلويات على درجة الحموضة داخل الخلايا المحايدة في بيئة قلوية من الرقم الهيدروجيني 10-13. التركيز الموصى به من NaOH للتخمير على نطاق واسع هو 5.2٪ اعتمادًا على الكائن الحي. يجب أن يظل الأس الهيدروجيني 8.5-11. أيونات الصوديوم (Na +) مطلوبة للنمو والتكاثر وأيضًا للإنبات. أثبت وجود أيونات الصوديوم في البيئة المحيطة أنه ضروري للنقل الفعال للمذاب عبر الأغشية.

في نظام نقل غشاء أيون Na + ، يتم تبادل H + مع Na + بواسطة Na + / H + نظام المنفذ المضاد ، وبالتالي توليد قوة دافعة للصوديوم (smf). هذا يدفع الركيزة مصحوبة بأيونات Na + في الخلية.

زاد دمج α-aminobutyrate (AIB) مرتين مع تغير الأس الهيدروجيني الخارجي من 7 إلى 9 ، كما أن وجود أيونات Na + يعزز التضمين بشكل كبير. تم عزل واستنساخ الاستنساخ الجزيئي لشظايا الحمض النووي التي تمنح مادة قلوية. هذا الجزء مسؤول عن نظام مضاد المنفذ Na + / H + في القلوية للكائنات الدقيقة القلوية.

(ثانيا) التكيف الجزيئي:

تحتوي القلويات على دهون غير عادية مرتبطة بفوسفات الجلسرين تمامًا مثل العتائق الأخرى. في هذه الدهون ، توجد هيدروكربونات طويلة السلسلة ، متفرعة ، إما من نوع نباتي أو ثنائي الفيتانيل.

يظل الأس الهيدروجيني داخل الخلايا محايدًا من أجل منع الجزيئات القلوية المتغيرة في الخلية. قد يختلف الرقم الهيدروجيني داخل الخلايا بمقدار 1-1.5 وحدة من الحياد الذي يساعد هذه الكائنات على البقاء في بيئة خارجية شديدة القلوية.

(3) التطبيقات:

تنتج بعض القلويات إنزيمات تحلل مائي مثل البروتياز القلوي ، والتي تعمل بشكل جيد في درجة الحموضة القلوية. هذه تستخدم كمكملات للمنظفات المنزلية.

على سبيل المثال ، تم إنتاج بروتياز قلوي يسمى سبتيليزين من B. subtilis الذي يستخدم في المنظفات. قماش الدنيم المغسول بالحجر يرجع إلى استخدام هذه الإنزيمات. تعمل هذه الإنزيمات على تنعيم النسيج وبهتانه عن طريق تحطيم السليلوز وإطلاق الأصباغ (الجدول 29.1).

المجموعة رقم 3. الهالوفيلات:

الهالوفيل هي البكتيريا سالبة الجرام وغير البوغية وغير المتحركة التي تتكاثر عن طريق الانشطار الثنائي. تظهر مصطبغة حمراء بسبب وجود الكاروتينات ولكنها في بعض الأحيان تكون عديمة اللون. تحتوي على أكبر بلازميد معروف حتى الآن بين جميع البكتيريا المعروفة.

يمكن للهالوفيل العيش في ظروف مالحة من خلال تكيف رائع. لأن الماء يميل إلى التدفق من مناطق ذات تركيزات عالية إلى منخفضة الذائبة. ستفقد الخلية المعلقة في محلول شديد الملوحة الماء وتصبح مجففة ما لم يحتوي السيتوبلازم على تركيز ملح أعلى من بيئتها.

تتصدى الهالوفيل لهذه المشكلة من خلال إنتاج كميات كبيرة من المذاب الداخلي أو باحتواء مادة مذابة سابقة ومشتتة من الخارج. على سبيل المثال ، تركز Halobacterium salinarum KCl في داخل الخلية. ستعمل الإنزيمات الموجودة في السيتوبلازم فقط في حالة وجود تركيز عالٍ من حمض الهيدروكلوريك. لكن بروتيناتهم الخلوية التي تتصل بالبيئة تتطلب تركيزًا عاليًا من كلوريد الصوديوم.

تعيش هذه المجموعة من البكتيريا في بيئة شديدة الملوحة (وتركيز ملح يبلغ 3.5٪) مثل بحيرات الملح المحايدة أو مصدر الملح الصناعي مثل الأطعمة المملحة والأسماك وما إلى ذلك. لديهم نمو مثالي عند 2-4 مولار كلوريد الصوديوم (12.23٪). ويرد في الجدول 29.2 بعض الأمثلة على البكتيريا شديدة الملوحة بدائية النواة التي تحدث في الطبيعة.

(ط) علم وظائف الأعضاء:

تفتقر البكتيريا المحبة للملوحة إلى الببتيدوغليكان في جدران الخلايا وتحتوي على دهون مرتبطة بالإيثر وبوليميراز من النوع القديم من الحمض النووي الريبي ، لكن بكتيريا Natrobacterium شديدة القلوية أيضًا. يحتوي السابق أيضًا على دهون أثير غير موجودة في الهالوفيلات المتطرفة الأخرى.

إنها بكتيريا كيميائية عضوية تتطلب أحماض أمينية وأحماض عضوية وفيتامينات لتحقيق النمو الأمثل. في بعض الأحيان يؤكسدون الكربوهيدرات كمصدر للطاقة. توجد السيتوكرومات a و b و c لكن التشوش الكيميائي بوساطة الغشاء يولد القوة الدافعة للبروتون. كما أنها تتطلب الصوديوم لأيونات الصوديوم.

تزدهر الهالوباكتريوم بشكل استثنائي في بيئة مجهدة تناضحيًا ولا تنتج مواد مذابة متوافقة. الببتيدوغليكان غائب في جدار الخلية. الأسبارتات والغلوتامات (الأحماض الأمينية الحمضية) موجودة.

يتم حماية الشحنات السالبة لمجموعات الكربوكسيل لهذه الأحماض الأمينية بواسطة أيونات الصوديوم. تتطلب ريبوسومات الهالوباكتريوم أيونات K + عالية للاستقرار ، وهي ميزة فريدة حيث لا تتطلبها أي مجموعة أخرى من بدائيات النوى للمكونات الداخلية.

تتكون الدهون الغشائية لهذه العتائق من diphytanylglycerol ، نظائرها من الجليسيروفوسفوليبيد. تحتوي الهالوفيلات الشديدة على تركيز عالٍ داخل الخلايا من Na + و K + ويبدو أن بروتيناتها قد تكيفت مع هذا التركيز العالي للملح من خلال وجود جزء أكبر من بقايا الأحماض الأمينية الحمضية وتعبئة أكثر إحكاما لسلسلة بولي ببتيد أكثر من البروتين من غير المحبة للملح. بكتيريا. في البكتيريا المحبة للملوحة بشكل عام ، يتم استخدام مضاد حمضي Na + / H + لضخ Na + للخارج ، وقد تبين أن امتصاص المادة المذابة هو Na + مقترنًا في العديد من الأنواع البكتيرية.

(ثانيا) التكيف الجزيئي:

في مثل هذه البكتيريا ، يكون K + أيونات داخل الخلية أكثر من أيون الصوديوم خارج الخلية التي تعمل كمذاب لها. وبالتالي ، تحافظ الخلايا على السلامة الخلوية. تفتقر Halobacteria إلى الببتيدوغليكان في جدرانها الخلوية وتحتوي على دهون مرتبطة بالإيثر وبوليميرات من النوع العتيق من الحمض النووي الريبي التي تحافظ على الصلابة في الظروف المالحة. تسمح هذه التغييرات في الغشاء السيتوبلازمي لهذه البكتيريا بالبقاء على قيد الحياة.

(ثالثا) التطبيقات:

تصنع بعض أنواع الهالوفيل الشديدة بروتينًا يسمى بكتيريورودوبسين في غشاءها. ينتج البعض ألكانات بولي هيدروكسي وعديد السكاريد والإنزيمات والمواد المذابة المتوافقة. كما أنها تستخدم في استعادة النفط ، واكتشاف السرطان ، وفحص الأدوية ، والتحلل البيولوجي للبقايا والمركبات السامة.

حدد كوشنر (1985) الهالوباكتيريا بناءً على الاستفادة من تركيز الملح الأمثل لنموها. في هذا النظام ، غير الملوثات هي تلك التي تنمو بشكل أفضل في الوسائط التي تحتوي على & lt 0.2 M NaCl ، وتنمو الهالوفيلات الطفيفة (البكتيريا البحرية) بشكل أفضل عند 0.2 إلى 0.5 M NaCl ، والهالوفيلات المعتدلة عند 0.5 إلى 2.5 M NaCl ، وتنمو الهالوفيلات الشديدة في الوسائط يحتوي على 2.5 م إلى 5.2 م (مشبع) كلوريد الصوديوم.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن جميع أنواع الهالوفيل المتطرفة هي عتائق باستثناء نوعين من Ectothiorhodospira التمثيل الضوئي ، أحدهما Acetohalobium وواحد Actinomycete Actinopolyspora. تم وصف بعض أنواع الفطريات الشعاعية من جنس الميثانوهالوبيوم. من المعروف الآن أن المياه ذات اللون الأحمر الفاتح للملح ناتجة عن أصباغ البكتريا الجرثومية في الهالوباكتيريا.

فيما يلي إمكانات التكنولوجيا الحيوية للبكتيريا ذات الاهتمام التجاري:

لوحظت بروتينات الهالوباكتيريا الشبكية كبروتينات متكاملة للغشاء الأرجواني ، وتحتوي على أحد البروتينات التي تسمى بكتيريورودوبسين. هذا البروتين يحركه الضوء ، ويحول ضوء الشمس إلى كهرباء.

يمتص بكتيريورودوبسين الضوء عند 570 نانومتر. يوجد في شكلين. تم تحويل التكوين العابر بعد الإثارة إلى شكل رابطة الدول المستقلة بعد امتصاص الضوء (الشكل 29.1). في هذه الحالة ، يتم منع تخليق ATP وستكون الإمكانات الكهربائية الناشئة عن التدرج البروتوني مصدرًا للكهرباء. يتم استخدامه في معالجة البيانات الضوئية وكمستشعرات للضوء.

يعرض فيلم فوتوغرافي يعتمد على غشاء أرجواني خصائص مثيرة للاهتمام لأنه لا يتطلب تطويرًا. الأفلام الثلاثية الأبعاد من هذا النوع مناسبة لذاكرة الكمبيوتر ، أي المعالجة المتوازية.

في الآونة الأخيرة ، تم إدخال الرقائق الحيوية في الجيل الجديد من أجهزة الكمبيوتر. في المستقبل ، قد يكون لدى الروبوتات ذات الرؤية أجهزة استشعار حيوية تعتمد على هذا البروتين. تتجلى أيضًا تحلية المياه من خلال تطبيق بكتيريورودوبسين.

(ب) ألكانات البلاستيك الحيوي أو متعدد الهيدروكسي (PHA):

هذا النوع من البوليمرات غير المتجانسة قابل للتحلل والخجل. يُظهر مقاومة تامة للماء ومتدهورة في الأنسجة البشرية ومن ثم فهو متوافق حيوياً. لها أهمية صيدلانية وسريرية ، بما في ذلك استخدامها في تأخير إطلاق الدواء ، واستبدال العظام والخيوط الجراحية. دائمًا ما يكون إنتاج PHA أعلى باستخدام Halof. البحر الأبيض المتوسط. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع هذه الهالوباكتريا باستقرار جيني عالي وهو شرط مسبق للأغراض الصناعية.

(ج) السكريات:

تستخدم الكريمات الخارجية الميكروبية كمثبتات ، وسمك ، وعوامل تبلور ومستحلبات في الصناعات الدوائية ، واستعادة الطلاء والزيوت ، والورق ، وصناعة النسيج والمواد الغذائية. حلوف. ينتج البحر الأبيض المتوسط ​​عديدات السكاريد غير المتجانسة عالية الكبريت والحمضية (حتى 3 جم / لتر) والتي تحتوي على مانوز كمكون رئيسي. يجمع هذا البوليمر بين خصائص ريولوجية ممتازة ومقاومة ملحوظة للملوحة القصوى ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة.

(د) استخلاص الزيت المعزز الميكروبي:

يمكن استخراج النفط المتبقي في حقول النفط الطبيعي عن طريق حقن الماء المضغوط في بئر جديد. البوليمرات الحيوية البكتيرية ذات أهمية في الاستخلاص المعزز للنفط بسبب نشاط السطح الحيوي وخصائص المستحلبات الحيوية.

(هـ) كشف السرطان:

تم استخدام بروتين (84 كيلو دالتون) من Halobacterium halobium كمستضد للكشف عن الأجسام المضادة ضد منتج الجين الورمي e-myc البشري في مصل مرضى السرطان الذين يعانون من خط خلايا سرطان الدم الانحلالي الحراري (HL-60). يبدو أن استخدام مستضدات الهالوباكتيريا كمسبار لبعض أنواع السرطان واعد.

(F) فحص المخدرات:

يؤثر البلازميد ، pGRB-1 من سلالة الهالوباكتيريوم GRB-1 المستخدمة في الفحص المسبق للمضادات الحيوية الجديدة والأدوية المضادة للأورام على عقاقير حقيقية النواة من النوع IIDNA topoisomerase وعقاقير الكينوتون التي تعمل على DNA gyrase. يسبب هذا الدواء انقسام الحمض النووي للبلازميد الصغير من العتائق الملحية في الجسم الحي.

يستخدم دهن الهالوباكتيريا المرتبط بالإيثر في تحضير الجسيمات الشحمية التي لها قيمة كبيرة في صناعة مستحضرات التجميل. ستكون هذه الجسيمات الشحمية أكثر مقاومة للتحلل الحيوي ، ومدة صلاحية جيدة ومقاومة للبكتيريا الأخرى.

تم الإبلاغ عن البروتياز والأميلاز من Halobacterium salinarium و H. halobium و lipases من عدة هالوبكتيريا. تم الإبلاغ عن نشاط نوكلياز خاص بالموقع في H. هالوبيوم.

(أنا) المعالجة البيولوجية:

لاحظ برتراند (1990) أن السلالة البكتيرية EH4 المعزولة من علامة الملح وجدت أنها تتحلل من الألكانات والمركبات العطرية الأخرى في وجود الملح.

(ي) فجوات أو حويصلات الغاز:

بعض Halobacterium spp. تنتج عضيات مملوءة بالغاز داخل الخلايا تسمى فجوات من حويصلات الغاز التي توفر الطفو. في المستقبل ، يمكن هندسة جينات هذه الخصائص في كائنات دقيقة أخرى لإنتاج فجوات غازية لتطفو في الماء.

يتم تحضير صلصة تسمى & # 8216nam pla & # 8217 باللغة التايلاندية من الأسماك المخمرة في محلول ملحي مركّز يحتوي على عدد كبير من البكتريا الحلزونية المسؤولة عن إنتاج الرائحة. لأنها تنتج بروتياز خارج الخلية مستقر الملح. لها أهمية في عمليات التخمير وإنتاج النكهة والرائحة.

الهالوفيل المعتدل يزيل الفوسفات من البيئة المالحة. يرجع عزل الطفرات المستقرة المقاومة لمضادات الميكروبات إلى وجود استنساخ الجينات للإفراط في إنتاج المركبات المهمة في الصناعة والمهمة.

تستخدم زراعة سبيرولينا بلاتنسيس على نطاق واسع في إسرائيل المياه المالحة والخجولة غير المناسبة للزراعة وغير الزراعية ويتم تسويق الكتلة الحيوية سبيرولينا كغذاء صحي. ينمو السبيرولينا بالشكل الأمثل في البحيرات القلوية بتركيز ملح يتراوح من 2 إلى 7٪.

المجموعة رقم 4:

تعتبر درجة الحرارة عاملاً بيئيًا مهمًا يؤثر على مجموعات الكائنات الحية الدقيقة المختلفة. تم إعطاء مجموعات مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة بناءً على نظام درجات حرارة مختلفة في الشكل 29.2.

تعتبر البيئات الباردة أكثر شيوعًا في البيئة الحارة خلال فصل الصيف. تشكل المحيطات التي تحافظ على متوسط ​​درجة حرارة 1-3 درجة مئوية نصف سطح الأرض & # 8217 s. تتجمد مساحات اليابسة الشاسعة في القطب الشمالي والقارة القطبية الجنوبية بشكل دائم أو يتم تجميدها لبضعة أسابيع فقط في الصيف.

أظهر جيمس تي ستالي وزملاؤه في جامعة واشنطن أن المجتمعات الميكروبية تملأ مياه المحيطات الجليدية لبحر أنتاركتيكا التي تظل مجمدة لمعظم السنين. تشمل هذه المجتمعات حقيقيات النوى الضوئية ، ولا سيما الطحالب والدياتومات بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من البكتيريا.

Polasomonas vacuolata التي حصلت عليها مجموعة Staley & # 8217s هي ممثل رئيسي لمذيع نفسي. يمكن عزل المتسامح النفسي عن الموائل الموزعة على نطاق واسع أكثر من المتحمسين النفسيين. يمكن عزلها عن التربة والمياه في المناخ المعتدل وكذلك اللحوم والحليب ومنتجات الألبان الأخرى والخضروات والفواكه تحت التبريد.

تنمو بشكل أفضل بين 20 و 40 درجة مئوية ولكن لا يمكن أن تنمو عند 0 درجة مئوية. بعد عدة أسابيع من الحضانة يمكن ملاحظة نموها المرئي. درجة الحرارة المثلى للنمو هي 4 درجات مئوية و 12 درجة مئوية للتكاثر. بدأت الكائنات الحية الدقيقة المحبة للبرد في جذب اهتمام الشركات المصنعة التي تحتاج إلى إنزيمات تعمل في درجة حرارة الثلاجة مثل معالجات الطعام وصانعي العطور ومنتجي منظفات الغسيل الباردة.

يمكن أن تكون بعض الكائنات النفسية كائنات خطرة للإنسان على سبيل المثال Pseudomonas syringae ، Erwinia sp. ، Yersinia enterocolitica ، إلخ. يتم تخزين معظم الأطعمة أو المنتجات الغذائية في درجة حرارة منعشة بحيث تتوقف الميكروبات المسببة للأمراض أو الرمية عن النمو.

غالبية الميكروبات البحرية هي نفسية بسبب موطنها (المحيط). بشكل عام ، هذه هي بكتيريا سالبة الجرام على شكل قضيب. من بينها ، pseudomonads التي يعتبر P. geniculata أكثرها شيوعًا.

الميكروبات الأخرى هي P. putrefaciens و P.fragi و P. fluorescens و Flavo bacterium spp و Alcaligenes spp و Achromobacter وعدد قليل من سلالات Escherichia و Aerobacter و Aeromonas و Serratia و Proteus و Chromobacter و Vibrio وهي ذات طبيعة نفسية. الخمائر الشائعة هي أنواع المبيضات ، المستخفية ، الرودوتورولا والتورولوبسيس.

من الناحية الفسيولوجية ، توجد خاصية البكتيريا سالبة الجرام ونسبة عالية من محتويات G + C في مثل هذه الكائنات الحية الدقيقة. تحتوي الأدوية النفسية على كمية متزايدة من الأحماض الدهنية غير المشبعة في الدهون. يختفي السوط بعد زيادة درجة الحرارة.

(ط) علم وظائف الأعضاء:

يفرز السايكروفيل الإنزيمات التي تعمل على النحو الأمثل في البرد. يحتوي غشاء الخلية على نسبة عالية من الأحماض الدهنية غير المشبعة التي تحافظ على حالة شبه سائلة عند درجة حرارة منخفضة. تحتوي أيضًا الدهون في بعض البكتيريا المحبة للقلق على أحماض دهنية متعددة غير مشبعة وهيدروكربونات طويلة السلسلة ذات روابط مزدوجة متعددة.

(2) التكيف الجزيئي:

يحدث النقل النشط في مثل هذه الكائنات عند درجة حرارة منخفضة. إنه يشير إلى أن الأغشية السيتوبلازمية للمسيرين يتم بناؤها بطريقة لا تمنع درجة الحرارة المنخفضة وظيفة الغشاء. يحتوي الغشاء على أحماض دهنية متعددة غير مشبعة في دهونها والتي تحافظ على الصلابة في درجات حرارة منخفضة وبالتالي تكون الكائنات الحية قادرة على البقاء على قيد الحياة.

(3) التطبيقات:

لدى الأشخاص النفسيين ومنتجاتهم العديد من التطبيقات كما هو موضح أدناه:

(أ) مصدر المستحضرات الصيدلانية:

تم عزل العديد من الكائنات النفسية مثل Streptomyces و Alteromonas و Bacillus و Micrococcus و Moraxella و Pseudomonas و Vibrio من رواسب أعماق البحار. تنمو في درجة حرارة تتراوح بين & # 8211 3 و -30 درجة مئوية. النباتات والحيوانات المائية معرضة بشدة للإصابة بالكائنات الحية الدقيقة والخجولة المسببة للأمراض. An Alteromonas sp. تم الإبلاغ عن توليف 2 ، 3-indolinedione (isatin).

يحمي هذا المركب Palaeoman macrodactylus من الفطريات المسببة للأمراض Lagenidium callinectes. وبالمثل ، سلالة أخرى من Alteromonas sp. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالإسفنج البحري Halichondria okada وينتج قلويد التتراسيكلين على سبيل المثال ألتيميدي. هناك مجال واسع لاكتشاف مركبات جديدة نشطة بيولوجيًا في علم الأحياء الدقيقة البحرية.

تم عزل عديد السكاريد المضاد للأورام على شكل نارينكتين من الفطريات الشعاعية البحرية. مزيج من البروتياز والأميليز المعزول من Bacillus subtilis يزيل اللويحة السنية.

تُستخدم الليباز بشكل أساسي كمحفزات استريو محددة وفي عمليات النقل الأحيائي والتشكيلات لمختلف المركبات ذات القيمة العالية مثل عوامل النكهة والمستحضرات الصيدلانية الصيدلانية. يتكون التريهالوز من إنزيم تريهالاز الموجود في العديد من البكتيريا المحبة للقلق.

(ب) عوامل نواة الجليد البكتيرية:

هناك العديد من الاستخدامات لعوامل نواة الجليد (INA) التي تنتجها البكتيريا. يتم استخدامها في صنع الثلج الاصطناعي ، وفي إنتاج الآيس كريم والأطعمة المجمدة الأخرى.

تستخدم هذه أيضًا في مجموعات التشخيص المناعي كاتحاد للأجسام المضادة وكبديل عن يوديد الفضة في البذر السحابي. من بين العديد من الكائنات الحية ، جذبت INAs البكتيرية الكثير من الاهتمام بسبب قدرتها على تكوين نوى جليدية عند درجة حرارة عالية نسبيًا مقارنة بالمصادر الأخرى.

(ج) صناعة التخمير:

تم العثور على الخمائر المتوسطة التي تحتوي على الأحماض الدهنية غير المشبعة في الأغشية (الدهون) لتكون مقاومة بين -80 و -20 درجة مئوية. هذه هي المفضلة لتخزينها في الخبز والصناعات التحويلية الأخرى. التخمر عند 6-8 درجة مئوية يقلل من التأثير المثبط للإيثانول على غشاء الخلية لخلايا الخميرة.

(د) في الترشيح الميكروبي:

تتضمن عمليات النض الميكروبي حاليًا الذوبان التأكسدي لخامات النحاس واليورانيوم. تتم عملية الترشيح في البلدان المعتدلة في درجات حرارة محيطة منخفضة للغاية. يتم إجراء عملية النض الميكروبي من خامات الكبريتيد عند 4-37 درجة مئوية.

(هـ) في المعالجة الحيوية:

يمتلك السايكروفيل القدرة على تحطيم المركبات المختلفة في بيئتها الطبيعية. يتم استخدامها في المعالجة الحيوية للعديد من الملوثات عند درجات حرارة منخفضة. تم العثور على السلالات البكتيرية لتمعدن الدوديكان ، هيكساديكان ، النفثالين ، التولوين ، إلخ.

وقد تم إثباته في التجارب المعملية والميدانية باستخدام سلالات بكتيرية محددة. بكتيريا محبة للقلق ، Rhodococcus sp. تمت دراسة السلالة Q15 لقدرتها على تحلل الألكانات ووقود الديزل عند درجة حرارة منخفضة.

(و) نزع النتروجين من مصادر مياه الشرب:

أصبح وجود نسبة عالية من النترات في الماء مشكلة رئيسية في العديد من البلدان. الممارسات الأكثر استخدامًا لإزالة NO3 هي نزع النتروجين البيولوجي. تتم معظم عمليات نزع النتروجين عند 10 درجات مئوية. يمكن تعزيز معدل نزع النتروجين في هذه الحالات عن طريق استخدام بكتيريا محبة للنفسية معزولة عن موطن بارد بشكل دائم.

(ز) الهضم اللاهوائي للنفايات العضوية:

اللاهوائية الملزمة التي تحول الأحماض العضوية إلى CH4 وشارك2 أي أن الميثانوجينات شديدة الحساسية لدرجات الحرارة المنخفضة. يمكن زيادة معدل تكوين الميثان عدة مرات عن طريق التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة بواسطة الميثانوجينات.

يمكن جعل العملية ممكنة عن طريق الإثراء الانتقائي للميثانوجينات النفسانية من خلال التجارب المعملية طويلة المدى. ينمو Methanogenium frigidum المعزول من بحيرة Ace (أنتاركتيكا) على النحو الأمثل عند 15 درجة مئوية. تم العثور على هذه البكتيريا لإنتاج الميثان من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون.

المجموعة رقم 5:

البكتيريا شديدة الحرارة هي عتائق تمثل الكائن الحي عند حدود درجة الحرارة العليا للحياة. تم العثور على فرط الحرارة محبة للعدلات وحمضية قليلاً في الحقول الأرضية ، وخزان الزيوت العميقة. تعرض هذه تكيفات محددة لبيئاتها ومعظم البكتيريا لاهوائية تمامًا.

تسمى العوامل المختلفة على حد سواء اللاأحيائية والأحيائية التي تتحكم في نمو جميع الكائنات الحية biotope. تسمى المحاربات الحرارية المعتدلة بالحرارة الشديدة والتي تنمو على النحو الأمثل بين 80 درجة مئوية و KWC. لا تستطيع محاربات الحرارة العالية النمو إلى ما دون 80 درجة مئوية ولكنها تتكيف مع درجة الحرارة المرتفعة لأنها لا تنمو حتى عند 80 درجة مئوية.

بعض الأمثلة معطاة في الشكل 29.3. يحتوي Thermotoga على خلايا على شكل قضيب محاطة بهيكل مميز يشبه الغلاف (& # 8216toga & # 8217) والتي تخرج من البالونات في النهاية (A). مخفضات الكبريتات البدائية هي أعضاء من جنس Archeoglobus (B) و Methanopyrus kandleri عبارة عن ميثانوجين على شكل قضيب (C).

يمكن أن ينمو ارتفاع درجة الحرارة في الظروف البيئية الطبيعية وكذلك في الظروف البيئية الاصطناعية. عادة ما ترتبط البيولوجيا الطبيعية للكبريت بالنشاط البركاني النشط. في مثل هذه الحالة ، تستمر التربة والمياه السطحية من الحقول الحمضية المحتوية على S (درجة الحموضة 0.5-6.0) وبيئة الينابيع الحارة المحايدة إلى القلوية قليلاً.

البيئات الحيوية المعروفة (تحتوي البيولوجيا على حدود عليا وسفلية للنمو لكل عامل من العوامل البيئية) من النباتات شديدة الحرارة هي مناطق بركانية مثل الينابيع الحارة والحقول الصخرية ، أي الحقول ذات درجة الحرارة المرتفعة الموجودة داخل المناطق البركانية التي بها الكثير من التربة الحمضية الكبريتية والينابيع الساخنة الحمضية و الطين المغلي.

قلة من هواة ارتفاع درجة الحرارة يعيشون في أنظمة حرارية مائية ضحلة تحت سطح البحر وأنظمة تنفيس ساخنة سحيقة تسمى & # 8220 مدخنين أسود & # 8221 بدرجة حرارة تتراوح من حوالي 270 إلى 380 درجة مئوية. المدخنون السود عبارة عن ماء ساخن غني بالمعادن يجعل سحابة من المواد المترسبة عند الاختلاط بمياه البحر. البيئات الحيوية الأخرى هي أكوام نفايات الفحم المشتعلة التي تحتوي على درجة حموضة حمضية وخزانات تربة مسخنة بالحرارة الأرضية.

معظم الأشخاص الذين يعانون من ارتفاع درجة الحرارة هم من اللاهوائية بسبب انخفاض قابلية ذوبان الأكسجين عند درجة حرارة عالية ووجود الغازات الحمراء. لاهوائية مفرطة الحرارة كيميائيًا كيميائيًا ذاتي التغذية مستقلة تمامًا عن الشمس ، لكنها يمكن أن توجد أيضًا في كواكب أخرى. تبلغ درجة حرارة الفتحات الحرارية المائية في قاع المحيط 350 درجة مئوية أو أكثر ، كما تُظهر وجود محبي الحرارة العالية.

تم اكتشاف البيوت الحيوية غير البركانية المكتشفة مؤخرًا في طبقات الزيت الحرارية الأرضية العميقة المسخنة للسوائل المستخرجة والتي أثبتت وجود مثل هذه المجتمعات الجرثومية.

لزراعة هذه البكتيريا ، يتم إحضار العينات إلى المختبر دون التحكم في درجة الحرارة. يتم عزلها بواسطة تقنية الاستزراع المخصب مع اختلاف في تكوين الركيزة والتحكم في درجة الحرارة في الموقع. Agar غير مناسب ، وبالتالي يتم استخدام البوليمر الأكثر استقرارًا للحرارة مثل صمغ جيلان أو البولي سيليكات الهلامية للتصلب.

العديد من الأنواع التصنيفية للمزارعين الذين يعانون من فرط الحرارة معروفة بالفعل حتى الآن. إنهم يمثلون 52 نوعًا ينتمون إلى 23 جنسًا و 11 رتبة من البكتيريا شديدة الحرارة والأركيا المعروفة في الأدب. تسمى الكائنات التي تبلغ درجة حرارة نموها المثلى 45 درجة مئوية بالحرارة وتسمى الكائنات التي تزيد عن 80 درجة مئوية بالحرارة العالية.

(ط) علم وظائف الأعضاء:

تعتبر الإنزيمات والبروتينات أكثر استقرارًا من الأشكال الأخرى وتعمل هذه الجزيئات الكبيرة عند درجة حرارة عالية. تحتوي البروتينات المحبة للحرارة على تسلسلات مختلفة من الأحماض الأمينية التي تحفز نفس التفاعل في mesophile مما يسمح لها بالثني بطريقة مختلفة وبالتالي تظهر تأثيرًا متسامحًا مع الحرارة. تحتوي جميع المواد المحببة للحرارة على gyrase العكسي ، وهو نوع فريد من نوع 1 DNA topoisomerase الذي يعمل على استقرار الحمض النووي.

Heat stability of proteins from hyperthermophiles is also due to increased number of salt bridges (bridging of charges on amino acids by Na + or other cations) present and densely packed highly hydrophobic interior of the protein, which have membranes rich in saturated fatty acids. This allows the membrane to remain stable and function at high temperature.

Most of the hyperthermophiles are archaea which do not contain fatty acids, the lipids in their membranes but instead have hydrocarbons of various lengths composed of repeating units of 5-6 compound phytans bonded by ether linkage to glycerophosphate.

With increase in temperature of growth an increase in degree of saturation, chain length and/or iso-branching of the acyl chains are observed. Sometimes, special lipids (the sterol like hopanoids) are present in thermophiles. These may also affect an adaptation to life at high temperature by making the membrane more rigid.

(ii) Molecular Adaptation:

These bacteria contain heat-stable enzymes and proteins which regulate various macromolecular functions at high temperature. The critical amino acids substituted in one or more locations in these enzymes allow them to fold in a different manner and thereby withstand the denaturing effect of heat resulting into the survival of these organisms.

Further, the cytoplasmic membrane contains lipids rich in saturated fatty acids, thus allow the membrane to remain stable and functional at high temperature. The thermophilic archaea do not contain fatty acids in their lipids, neither its membrane has ester linkages with glycerol phosphate. This imparts more rigidity to its membrane systems.

(iii) Applications:

Most of the microorganisms that thrive above the boiling point of water belong to archaea. The enzymes of thermophiles are of great interest. Hyperthermophiles have focused on thermostable enzymes from vent. The proteins (chaperons) were also discovered.

These proteins are expressed under stress conditions and involved in protein foldings:

New enzymes from hyperthermophiles have reduced the number of steps needed to transform starch into fructose syrup. The amylase, glucoamylase, pullunases and glucosidases are the enzymes used in starch industry.

Pullunases are found in anaerobic bacteria. Amylases are widely used in textile, con­fectionery, paper, brewing, and alcohol industries. Simi­larly, glucosidases are used for hydrolyzing lactose syrup and mixtures to glucose and galactose.

They may have clinical applications since there is evidence of a lactase deficiency in the population which is either inherited or is the result of ageing. Glucose isomerase is widely used in the food industry which con­verts glucose to fructose for use as sweetner.

Due to the thermal stability of the enzymes, hyperthermophiles have been the subject of intensive investigation. Thermostable enzymes are more resistant to the denaturing activities of detergents and organic solvents. The amylases have been extracted from Pyrococcus furiosus and Pyrococcus woessei.

Enzymes have been exploited from some archaea e.g. Desulfurococcus mucosus, Staphylothermus marinus, Thermococcus celer and Thermococcus litoralis. A toga- associated amylase has also been detected from Thermotoga maritima. This enzyme is active between 70 and 100°C at pH 6. Fervidobacterium pullunolyticum has the potentiality of producing thermotolerant enzyme optima at 90°C.

Certain bacteria and archaea such as P. woesei, P. furiosus, Thermococcus litoralis, T. celer, F. pennavorans, D. mucosus, etc. are reported to produce pullunase II (amylopullunase) having 90 kDa molecular weight with temperature optima 105°C and pH 6. Some of these (P. woesei and P. furiosus) also produce glucosidases with temperature optima 110-115°C. These are useful for the bioconversion of starch into various useful products of industrial significance.

A thermostable exo-4-β-cellobiohydrolase with a half life of 70 minutes at 108°C has been isolated from Thermotoga sp. strain FjSS3- B. Similarly, thermostable xylanases have been reported from Thermotoga maritima, T. neoplolitiana, T. thermarum. P. furiosus exhibited β-xylanosidase activity. The en­zymes from Thermotoga sp. are extremely stable with half-life of 8h at 90°C.

The protein hydrolyzing enzymes (pro­teases) have been isolated, purified and char­acterized from a number of thermophilic and hyperthermophilic microorganisms specially Pyrococcus, Thermococcus, Sulfolobus, Staphylothermus and Desulfurococcus.

Pyrolysin, an enzyme associated with the cell envelope which is a serine-type protease has temperature optima of 110°C and a half life of 4h at 100°C. It has been identified and characterized in P. furiosus and P. woesei. The serine- protease from Sulfurococcus mucosus exhibits its activity at 100°C.

A unique protease which hydrolyses keratin of chicken feather, hair and wool has been characterized from a bacterium F. pennavorans. A thermophilic glucose isomerase was character­ized and purified from Thermotoga maritima.

Ferredoxins from Thermoplasma acidophilum, Sulfolobus acidocaldarius and Desulfurococcus mobilis have also been investigated. Hydrogenase, having a half-life of 21 h at 80-85°C has been isolated from Pyr. furiosus. A thermoactive pyruvate- ferrodoxin-oxidoreductase (POR) which catalyses the oxidative decarboxylation of pyruvate to acetyl-CoA and CO2 has been detected in D. amylolyticus, H. butylicus, Thermococcus celer, Pyrococcus woesei, P. furiosus and Thermotoga maritima.

Enzymes involved in amino acid biosynthesis such as aromatic aminotransferase from Thermococcus litoralis and Sul. solfataricus have been detected. An extremely thermostable enzyme with optimum activity at 100°C has also been detected from Methanobacterium thermoformicicum. The purified enzyme from P. woesei and P. furiosus has molecular mass of identical subunits 45 kDa each. The enzymes have heat-stability up to 70% after heat treatment at 100°C for 1 hour.

Glutamate synthetase (GS) is responsible for the synthesis of glutamine from glutamate and ammonia. The half-life of partially purified GS is 2 hours at 100°C. Two thermo-active aromatic aminotransferases from Thermococcus lithoralis has been purified and characterized, which are active at 100°C temperature. The enzyme aspartate aminotransferase transferring amino group from glutamate to oxaloacetate has been detected in Sul. solfataricus.

Taq polymerase is very important enzyme used in molecular biology for the amplification of DNA using polymerase chain reaction (PCR). This enzyme found in Thermus aquaticus is active at 80°C at pH 8.

Simpson (1990) has investigated the other DNA polymerase from Themotoga sp. Certain archaea such as Sul. acidocaldarius and Sul. solfataricus consists of DNA polymerase of a single polypeptide chain with a molecular mass of 100 kDa. The DNA polymerase from P. furiosus has also been purified.

The DNA ligase has been characterized from Thermus thermophilus. Topoisomerases type I purified from Sulfolobus acidocaldarius, Desulfurococcus amylolyticus, Thermoplasma acidophilum, Fervidobacterium islandicum, Thermotoga maritima, and Methanopyrus kandleri, while topoisomerase II has so far been isolated from Sulfolobus acidocaldarius. Thermotoga maritima contains of both gyrase and reverse gyrase enzymes. Repair of extensive DNA damage caused by ionizing-radiation at 95°C has been demonstrated in Pyrococcus furiosus.

The chaperons are the proteins which express under stress conditions such as elevated temperatures. They are involved in protein folding. These are detected in Su. shibate and Su. solfactaricus. It is called thermophilic factor which has 55 kDa molecular mass. Due to increase in high concentration of intracellular protein up to 105°C, this protein complex is called thermosome.

The thermosome consists of a cylindrical complex of a two stacked identical rings, each unit consists of 8 subunits around a central channel. Both subunits contain 56 and 59 kDa molecular mass. They also bind the unfolded proteins similar to chaperons. A thermostable disulfide-bond forming enzyme has been isolated, characterized and purified from Sul. solfataricus.

Group # 6. Barophiles:

Barophiles are those bacteria that grow at high pressure at 400-500 atmosphere (atm) on 2 to 3°C. Such conditions exist in deep-sea habitat about 100 metre in depth. Many are barotolerant and do not grow at pressures above 500 atm. but some live in the gut of invertebrates (amphipods and holothurians).

Photobacterium shewanella and Colwella inhabit more rapidly. Some thermo­philic archaea are barophiles e.g. Purococcus spp. and Methanococcus jannaschii. Barophiles adapt the extreme pressure (200-600 bars) involving macromolecular structures in cells. Increasing pressure makes structures more compacts, and this tendency has been the principle of microscopic ordering.

(أنا) Physiology:

There are variations in membrane structure and function. The amount of mono- unsaturated fatty acids in the membrane increases due to increase in the pressure. The organism is thereby able to circumvent the loss of membrane fluidity imposed by increasing the pressure. As the pressure decreases, membrane fluidity presumably increases and the cells respond by decreasing the level of mono-unsaturated fatty acids.

It is evidenced that increased pressure decreases the binding capacity of enzymes for their substrates. Thus the enzymes must be folded in such a way as to minimize these pressures in barophiles. It is not known whether H + , Na + or both are used as coupling ions in energy transduction in these organisms.

(ثانيا) Molecular Adaptation:

In the cytoplasmic membranes of high pressure tolerant microbes, the amount of unsaturated fatty acids is more which allows the adaptative significance. Further, the adaptativity may also be due to changes in protein composition of the cell wall outer membrane called OmpH protein, a type of porin.

The porins are structural proteins meant for diffusion of organic molecules through the outer membrane and in to the periplasm. It is observed that OompH system is pressure-dependent and required for growth at high pressure.

(ثالثا) Applications:

Barophiles are the major source of unsaturated fatty acids or polyunsatu­rated fatty acid. The microbial barophilism is helpful in enhancing the mining. Underground mining operations usually occur at increased pressures and temperatures and barophilic thermophiles are better adapted under such situations.

Recently, vacant salt mine area has been worked out as fermenters for the biological gasification of pretreated lignite or agricultural crops based on the involvement of extremophiles endowed with adaptation to high pressure and temperature besides salinity.


شاهد الفيديو: هذه هي درجة الحرارة الحقيقية بالكويت الي ما تعرض بالتلفزيون!! (أغسطس 2022).