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嗜热微生物

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黄石国家公园里大棱镜温泉的嗜热微生物所产生的颜色

嗜热微生物是一种极端微生物，能在相对较高的温度下生长，介于41-122℃（106-252°F）。[1][2]许多嗜热微生物都是古细菌。嗜热真细菌被认为是最早的细菌之一。[3]

嗜热微生物生存在各种各样的地热高温区，例如在黄石国家公园（见图）和深海热泉，以及腐烂的植物，如泥炭沼泽和堆肥。

嗜热微生物可以在高温下生存，而在相同的温度下，其他细菌则会被损坏或被杀死。

嗜热菌中的酶必须在高温情况下也保持活性。其中一些酶用于分子生物学，例如，参与PCR反应的DNA聚合酶，以及洗涤剂。

“嗜热生物”源于希腊语： θερμότητα（thermotita），热；和希腊语：φίλια（philia），爱。

1 分类编辑

可以用不同的方式对嗜热微生物进行分类。其中一种是根据它们的最适生长温度：[4]

  1. 嗜热微生物：50-64℃
  2. 极端嗜热微生物：65–79℃
  3. 超耐热菌80℃及以上，不低于50℃

在相关的分类中，嗜热微生物的分类如下:

  1. 专性嗜热微生物(也称为极端嗜热微生物)生长需要非常高的温度。
  2. 兼性嗜热微生物(也称为中度嗜热微生物)可以在高温下生长，也可以在低温下生长(低于50°C，122°F)。
  3. 超嗜热微生物是一种极端的嗜热微生物，其最佳生长温度在80°C(176°F)以上。

位于俄勒冈州米奇温泉流出处的嗜热菌，水温约为60°C(140°F)。

许多超嗜热菌古菌的生长需要硫元素。有些是厌氧菌，在细胞呼吸过程中使用硫作为电子受体。有些化能无机营养菌将氧化后的硫（硫酸）作为能源，因此需要微生物适应非常低的pH(即嗜酸又嗜热)。它们往往生活在高温、富硫的环境中，通常与火山活动有关，如温泉、间歇泉和喷气孔。在这些地方，尤其是黄石国家公园，微生物根据它们的最佳温度进行分区。通常，由于光合色素的存在，它们具有颜色。

2 嗜热微生物与嗜温微生物编辑

可以从基因组特征上将嗜热菌与嗜温菌区分开来。例如，当关联分析应用于嗜温菌、嗜热菌时，无论其系统发育、氧气需求、盐度或栖息地条件如何，但在一些特征基因编码区域上，总是GC含量与微生物耐热水平呈相关性。[5]

3 基因转移和基因交换编辑

硫化叶菌和嗜酸热硫化叶菌是超嗜热古菌。当这些生物体暴露于DNA损伤剂如紫外线照射、博莱霉素或丝裂霉素C时，会诱导特异性细胞聚集。[6][7]紫外线诱导嗜酸嗜热古菌S.acidocaldarius导致细胞聚集，染色体标记产生高频交换。[7]重组率比未诱导的培养物高出三个数量级。Frols等人[6][8]和李炯定等人[7](2011)假设硫化叶菌的聚集提高了物种特异性DNA的转移，增加了受损DNA的修复（通过同源重组方法）。Van Wolferen等人[9]在讨论超嗜热菌在极端条件下的DNA交换时，注意到DNA交换可能在同源重组修复DNA中发挥作用。他们认为这一过程在高温等破坏DNA的环境条件下至关重要。也有人认为硫化叶菌的这一现象可能是一种原始的性互动形式，与细菌转化相类似，在细菌转化过程中，特异性DNA可通过转化作用转移，促使同源重组进行DNA损伤修复。

参考文献

  • [1]

    ^Madigan MT; Martino JM (2006). Brock Biology of Microorganisms (11th ed.). Pearson. p. 136. ISBN 0-13-196893-9..

  • [2]

    ^Takai T; et al. (2008). "Cell proliferation at 122°C and isotopically heavy CH4 production by a hyperthermophilic methanogen under high-pressure cultivation" (PDF). PNAS. 105 (31): 10949–51. Bibcode:2008PNAS..10510949T. doi:10.1073/pnas.0712334105. PMC 2490668. PMID 18664583..

  • [3]

    ^Horiike T; Miyata D; Hamada K; et al. (January 2009). "Phylogenetic construction of 17 bacterial phyla by new method and carefully selected orthologs". Gene. 429 (1–2): 59–64. doi:10.1016/j.gene.2008.10.006. PMC 2648810. PMID 19000750..

  • [4]

    ^Stetter, K. (2006). "History of discovery of the first hyperthermophiles". Extremophiles. 10: 357–362. doi:10.1007/s00792-006-0012-7..

  • [5]

    ^Zheng H; Wu H (December 2010). "Gene-centric association analysis for the correlation between the guanine-cytosine content levels and temperature range conditions of prokaryotic species". BMC Bioinformatics. 11: S7. doi:10.1186/1471-2105-11-S11-S7. PMC 3024870. PMID 21172057..

  • [6]

    ^>Fröls S; Ajon M; Wagner M; Teichmann D; Zolghadr B; Folea M; et al. (November 2008). "UV-inducible cellular aggregation of the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus is mediated by pili formation". Mol. Microbiol. 70 (4): 938–52. doi:10.1111/j.1365-2958.2008.06459.x. PMID 18990182..

  • [7]

    ^Ajon M; Fröls S; van Wolferen M; Stoecker K; Teichmann D; Driessen AJ; et al. (November 2011). "UV-inducible DNA exchange in hyperthermophilic archaea mediated by type IV pili". Mol. Microbiol. 82 (4): 807–17. doi:10.1111/j.1365-2958.2011.07861.x. PMID 21999488..

  • [8]

    ^Fröls S; White MF; Schleper C (February 2009). "Reactions to UV damage in the model archaeon Sulfolobus solfataricus". Biochem. Soc. Trans. 37 (Pt 1): 36–41. doi:10.1042/BST0370036. PMID 19143598..

  • [9]

    ^van Wolferen M; Ajon M; Driessen AJ; Albers SV (July 2013). "How hyperthermophiles adapt to change their lives: DNA exchange in extreme conditions". Extremophiles. 17 (4): 545–63. doi:10.1007/s00792-013-0552-6. PMID 23712907..

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