הטבע הכל מסודר בצורה כל כך הרמונית, עד שבעולם הזה לכל אחד יש את המקום שלו והוא עוסק בתפקידים המיועדים לו, בין אם זה כתר הטבע - אדם מורכב להפליא או האורגניזם המיקרוסקופי ביותר. כל אחד ממלא את תפקידו כדי להפוך את העולם שלנו למקום טוב יותר. זה חל גם על חיידקים שונים, שלפי התוכנית הגדולה של בורא העולם מביאים לאנשים לא רק יתרונות, אלא גם נזק מסוים. חשבו מה הם חיידקי חומצת חלב תרמופיליים ומה מקומם בחיינו. האם הם טובים או רעים?
תכונות ומהות
צבא שלם של מיקרואורגניזמים שונים חי על הפלנטה שלנו, בלתי נראים לעין, אבל פעילים מאוד ולא תמיד שימושיים. מיקרופורמציה אחת כזו היא החיידק התרמופילי. החיידק חי במעיינות חמים ומתרבה בטמפרטורות גבוהות למדי - מעל 45 מעלות. מושבות שלמות של מיקרואורגניזמים אלו זוהו באזורים גיאותרמיים שונים של הפלנטה שלנו,כמו מי מעיינות טבעיים חמים. חיידקים תרמופילים שורדים בשל נוכחותם של אנזימים מיוחדים שיכולים לתפקד בטמפרטורות גבוהות. עבורם, משטר הטמפרטורה הטוב ביותר הוא מסדרון של 50-65 מעלות. בתנאים כאלה, חיידקים יכולים להרגיש בנוח ולהתרבות בחופשיות.
אנשים רבים היו רוצים לדעת באיזו טמפרטורה מתים חיידקים תרמופילים כדי לשלוט במספרם. בהקשר זה, ברצוני לציין כי מדענים טרם הצליחו להשיג נתונים מדויקים על כך. בשלב הנוכחי של התפתחות המדע, זה רק ידוע כי מחוון הטמפרטורה המקסימלית עבור thermophiles הוא 68-75 מעלות. עם זאת, זה לא אומר שחיידקים מתים בחימום כזה - סטייה מהמשטר האופטימלי הופכת את חייהם לפחות נוחים ואינטנסיביים, מאטה את צמיחת התאים ומפחיתה את קצב התהליכים המטבוליים.
האם אפשר להרוג חיידקים? מה משפיע עליהם?
כדי שחיידקים תרמופילים ימותו, יש צורך בעודף הרבה יותר מהסף העליון. כיום, מדענים הצליחו לקבוע שהטמפרטורה הידועה הגבוהה ביותר שבה יכולים מיקרואורגניזמים אלו לחיות היא 122 מעלות צלזיוס. לא ניתן ליצור חימום גבוה יותר בתנאי מעבדה. לכן, עדיין לא ניתן לקבוע באיזו טמפרטורה ימותו חיידקים תרמופילים. רק ידוע שלתנודות חדות בטמפרטורה יש השפעה מזיקה מאוד על חיי החיידקים: התפתחות תרבית עשויה להיפסק, אבלהאם היא תמות זו השאלה.
זנים והתיאורים שלהם
בהערכת העדפות הטמפרטורה של מיקרואורגניזמים, ניתן לחלק אותם לשלוש קבוצות עיקריות: פסיכופילים, מזופילים ולמעשה, תרמופילים. כולם תלויים בחום, אך שונים זה מזה מבחינת משטרי הטמפרטורה.
לכן, חיידקים פסיכופילים הם החיידקים הכי פחות תלויים תרמיים ומעדיפים את טווח הטמפרטורות מאפס עד +10 מעלות. זהו מסדרון הפיתוח האופטימלי עבורם, אבל הם יכולים להתרבות גם ב-5 מעלות וגם ב-+15.
הבא - חיידקים תרמופילים מזופילים, שאזור הנוחות עבורם נמצא בין 30 ל-40 מעלות צלזיוס. חיידקים עשויים בהחלט לגדול ולהתרבות כאשר הטמפרטורה תרד ל-10 מעלות או תעלה ל-50 מעלות. הרמה האופטימלית לצמיחה באורגניזמים אלו היא 37 מעלות.
ולבסוף, חיידקים תרמופילים - הצמיחה הפעילה שלהם נראית כשהטמפרטורה מגיעה מעל 50 מעלות. המאפיין העיקרי שלהם הוא קצב חילוף החומרים המואץ. על פי מחקרים אחרונים, הוכח כי בהשפעת הטמפרטורה ישנם שינויים משמעותיים בחלבונים ובשומנים, אשר ממלאים תפקיד מרכזי בכל תהליכי החיים.
תת-קבוצות של תרמופילים
המחשה חיה לכך הן דוגמאות של חיידקים תרמופיליים, שגם הם מחולקים למספר תת-קבוצות עצמאיות:
- תרמופילים קיצוניים עם טמפרטורה אופטימלית של 80 מעלות עם מינימום 60 ומקסימום 105 מעלות.
- Stenothermophiles, או פקולטטיבי, עם טווח של 55-65 מעלות, אך מראים יכולת להתרבות גם כשהטמפרטורה יורדת ל-20 מעלות. היכולת הגבוהה ביותר לצמוח נצפית ב-20-40 מעלות.
- Eurythermophiles מעדיפים 37-48 מעלות. הייחודיות של תרמופילים מחוייבים היא שהם לא מאבדים את יכולתם לגדול אפילו ב-70 מעלות, אבל הם לא גדלים מתחת ל-40 מעלות.
- תרמוטולרנטים עם מחוון אופטימלי לא גבוה מ-48 מעלות, הטמפרטורה המינימלית שבה הם יכולים לגדול היא 10 מעלות, והמקסימום הוא 55-60. הם שונים ממזופילים באותן טמפרטורות אופטימליות בכך שככל שסף הטמפרטורה עולה, החיידקים ממשיכים לגדול.
תרמופילים אנאירוביים
יכולת הצמיחה המהירה של אורגניזמים תרמופילים מעניקה להם הזדמנות מצוינת לשימוש בתחומי חיים שונים - בתעשייה או בחקלאות, ואפילו ברמת משק הבית. יחד עם זאת, לחיידקי חומצת חלב מזופילים ותרמופילים יש שיטות בידוד דומות. ההבדל נצפה רק בטמפרטורות גדלות. כדי לקבוע את רמת הטמפרטורה האופטימלית המדויקת, יש לפסיבי את התרבית למשך חודש או חודשיים, או, במילים אחרות, לזרע מחדש בטווח טמפרטורות מסוים.
בטבע, סוגים רבים של חיידקים תרמופיליים נפוצים וחיים בתנאים שונים. הם אוהבים חום ומרגישים מאוד נוח בבטן האדם, וניתן למצוא אותם גם בבעלי חיים, בצמחים, באדמה, במים ובסביבות שונות אחרות,מתן תנאים נוחים לפיתוח. חלק מהחיידקים דורשים אוויר כדי לצמוח, בעוד שאחרים אינם זקוקים כלל לחמצן. לפי סימן זה של תלות בחמצן, אורגניזמים תרמופילים מחולקים לאירובי ואנאירובי.
אנאירובי כולל מספר קבוצות נפרדות:
- בוטירי - במהלך התסיסה הם מייצרים חומצה בוטירית, ניזונים מסוכר, פקטין, דקסטרינים ומייצרים חומצות - אצטית ובוטירית, כמו גם מימן ופחמן דו חמצני. מבין המאפיינים השימושיים, ניתן להבחין בייצור של אלכוהול אצטון, אתיל, בוטיל ואיזופרופיל. נמצא בצורות תרמופיליות ומזופיליות.
- תאית חיה בסחף נהר, קומפוסט, שאריות צמחים. חיידקי קומפוסט תרמופיליים אלה הם אידיאליים ונמצאים בשימוש נרחב במגזר החקלאי. בהיותם באדמה או בחומוס, חיידקים אלו מקבלים פעילות ב-60-65 מעלות. יש גם צורה מזופילית - המקל של אומליאנסקי. חיידקים אלו, בעזרת אנזים מיוחד, מפרקים תאית, משחררים פחמן דו חמצני, מימן, אלכוהול אתילי, מספר חומצות - פורמית, אצטית, פומארית, לקטית וחומצות אורגניות אחרות.
- יוצרי מתאן חיים באותו מקום כמו תאית, ומעובדים שם. בקבוצה זו, המינים הנחקרים ביותר הם מתנובקטריה ומתנובצילוס. הם אינם מסוגלים לפורולציה, והתועלת שלהם טמונה ביכולת לייצר אנטיביוטיקה, ויטמינים, אנזימים, תוך שימוש בביוב ובפסולת ביתית למזון.
- הסרת גופרית נמצאים לרוב לידתאית ולחיות מהפחתת הסולפטים. יש להם נבגים סגלגלים הממוקמים קרוב יותר לאחד מקצוות החיידק החיידק - סופני או תת-טרמינלי.
- חומצה לקטית - קבוצה גדולה מיוחדת של חיידקים שחיים בחלב. חיידקי חומצת חלב תרמופיליים אלה יכולים להיות גם מועילים לבני אדם וגם מזיקים מאוד. חלק מהמינים שלהם יכולים לסנתז חומרים ארומטיים מיוחדים. הם אלה שאחרי חשיפה לחלב נותנים טעם וארומה נעימים לגבינת קוטג' או שמנת. חיידקי חומצת חלב תרמופיליים כאלה הם אנאירוביים פקולטטיביים, ולכן הם יכולים להתרבות בצורה אופטימלית בהיעדר חמצן או בסביבה שבה יש מחסור גדול בו.
חומצה לקטית
חיידקי חומצת חלב מחולקים לקוקים ולמוטות. הראשונים מורכבים ממספר תאים המחוברים בשרשרת - סטרפטוקוקים ובעלי תסיסה הומו והטרוגנית. סטרפטוקוקים הומופרמנטטיביים מתסיסים את הסוכר המצוי בחלב כדי ליצור יוגורט חי. הטרו-אנזימטיים במקביל מפרישים גם חומרים ארומטיים כמו דיאצטין וציטואין. התאים שלהם עגולים או סגלגלים, צובעים היטב לפי גראם ואינם יוצרים נבגים וכמוסות. הם עמידים באוויר ויכולים להתקיים בנוכחות אוויר. עם זאת, הם חסרים את היכולת לבצע נשימה אירובית, והם מעדיפים להמשיך בתהליך הרגיל של תסיסת חומצת חלב. כדי לאכול, הם צריכים הרבה ויטמינים, חלבונים, חומצות אורגניות. בחלבחיידקים גורמים לקרישה שלו, להיווצרות קריש צפוף ואפילו עם כמות קטנה של סרום. בזכות סטרפטוקוקוס חומצת החלב המייצרות ארומה מופיעות בגבינה בועות מפתות בעלות ריח אופייני ויכולת נמוכה ליצור חומצות. קוקי עמידים מאוד לאלכוהול ודורשים חומציות גבוהה.
מקלות חומצה לקטית
מקלות חומצה לקטית - הם נקראים אחרת לקטובצילים - יכולים להיות בודדים או זוגיים. לרוב משתמשים בלקטובצילים אסידופילים, בעיקר בסטיק הבולגרי, המהווה חלק מתרבויות המתנע ומאפשר לייצר יוגורט טעים ובריא. אפילו בתעשיית החלב, חיידקי סטרפטובקטריה ובטא פופולריים. אורגניזמים אלו אינם תנועתיים לחלוטין ואינם יוצרים נבגים או כמוסות, הם צובעים היטב לפי גראם.
תרמופילים חומצת חלב הם אנאירובים פקולטטיביים. הם יכולים להפוך למונו-אנזימטיים, עם קצב יצירת חומצה גבוה, או להרו-אנזימטיים עם יכולת לעבד פרוקטוז במקביל, וכתוצאה מכך נוצרים מניטול אלכוהול משושה, אצטט, לקטט ופחמן דו חמצני. חלבונים מעובדים בצורה חלשה למדי, ולכן, כדי לגדול, הם דורשים נוכחות של חומצות אמינו בסביבה. לחלק מהמקלות יש את היכולת לייצר קטלאז, אנזים שמפרק מי חמצן, או אצטלדהיד, שנותן טעם וארומה לגבינה.
מקלות עמידים בחום חומצת חלב יכולים לשרוד בחלב כשהם מפוסטרים בטמפרטורה של 85-90 מעלות. הם עמידים מאוד לחומרי חיטוי ובכך גורמים נזק ניכר למפעלי מזון. הם אנטגוניסטים של Escherichia coli. נמצא במחמצת או בחלב נמוך מפוסטר.
תרמופילים שלא יכולים לנשום בלי חמצן
תרמופילים אירוביים, שאינם יכולים לנשום ללא חמצן, מחולקים גם הם לשתי קבוצות נפרדות:
- טרמופילי קיצוני - מוטות גרם שליליים שאינם מסוגלים לזוז, הקשורים לחיידקים אובליגטים, שגידולם מתרחש בטמפרטורה אופטימלית של 70 מעלות. ככל שהטמפרטורה עולה יותר, המקלות הופכים לחוטים דקים. חי בהמוניהם במעיינות מים חמים ובאדמה סמוכה.
- צורות יוצרות נבגים דומות לצורות מזופיליות. חי והתפשט באדמה משוחררת היטב או במים מאווררים.
לאחר ששקלנו את כל סוגי המיקרואורגניזמים הללו, יש לציין שהופעת חיידקים תרמופילים היא הארומורפוזה שלהם לתוך בית הגידול. כמו אורגניזמים חיים אחרים, גם חיידקים יכולים להסתגל בצורה מושלמת לשינויים בתנאי הסביבה במהלך האבולוציה שלהם. במקביל, הם מעלים משמעותית את רמת הארגון שלהם ורוכשים יכולות חדשות.
יתרונות ונזקים
מה הם הנזקים והיתרונות של חיידקים תרמופילים? מקלות חומצה לקטית המשמשים בתעשיית המזון מביאים יתרונות ללא ספק לאדם. בהיותם חלק מתרבויות התחלה שונות, הם מייצרים טעימים ומוצרי חומצה לקטית שימושיים בעלי השפעה חיובית מאוד על כל מערכות הגוף האנושי, מסייעים לווסת תהליכים מטבוליים, מנרמל את מערכת העיכול ומסייעים בכל דרך אפשרית להגן על הגוף מפני חיידקי ריקבון שונים, מנקים אותו במקביל מרעלנים ורעלים שהצטברו.. בנוסף לשיפור הרכב המיקרופלורה, חיידקים תרמופילים מרגיעים את מערכת העצבים, מדכאים את פעולת האנטיביוטיקה ומגבירים חסינות.
בנוסף לתעשיית המזון, חיידקים מסוג זה נמצאים בשימוש נרחב למדי בתחומי הפרמקולוגיה והקוסמטיקה. על בסיסם מייצרים פרוביוטיקה שונים וכן מוצרי קוסמטיקה המעניקים לעור טיפוח וגמישות ומשמשים גם להלבנתו ושיקומו. מסכות יוגורט חיות יכולות לחולל פלאים.
חיידקים תרמופילים ומזופילים שחיים באדמה ובקומפוסט עוזרים למחזר חומר אורגני, תוך דישון האדמה לצמיחה טובה של צמחים. המתאן הנפלט יכול לשמש בהצלחה לחימום בתים ומתקנים תעשייתיים. עם קנה מידה כה עצום של תועלת, הנזק הקטן שהמוטות התרמופיליים מביאים לתעשיות המזון מתאזן על ידי חשיפה לתרופות קוטלי חיידקים וניטור מתמיד של ציוד לייצור מזון.
מסקנה
במאמר זה, נתנו את המושגים הבסיסיים של כיתה כה גדולה ומועטה, כמו חיידקים. מהחומר לעיל עולה כי חיידקים תרמופיליםכבר היום נעשה שימוש נרחב על ידי האדם לטובתו. אבל התהליך הזה רחוק מלהסתיים, ומצפה לנו עוד תגליות נעימות ושימושיות.
