BATTERI TERMOFILI: CARATTERISTICHE, HABITAT, CIBO - BIOLOGIA - 2025

I batteri termofili sono quelli che hanno la capacità di crescere in ambienti con temperature maggiori di 50 ° C. Gli habitat di questi microrganismi sono luoghi molto ostili, come prese d'aria idrotermali, aree vulcaniche, sorgenti termali e deserti, tra gli altri. A seconda dell'intervallo di temperatura che supportano, questi microrganismi sono classificati come termofili, termofili estremi e ipertermofili.

I termofili prosperano in un intervallo di temperatura compreso tra 50 e 68 ° C, con una temperatura di crescita ottimale superiore a 60 ° C. I termofili estremi crescono in un intervallo da 35 a 70 ° C, con una temperatura ottimale di 65 ° C, e gli ipertermofili vivono in un intervallo di temperatura da 60 a 115 ° C, con una crescita ottimale a ≥80 ° C.

Immagine a sinistra: ambiente in cui vivono i batteri termofili. Immagine a destra: rappresentazione figurativa di batteri termofili. Fonte: immagine sinistra pxhere, immagine destra pixabay

Come esempi di batteri termofili in generale, si possono menzionare i seguenti: Geob acillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis e Thermus aquaticus, tra gli altri.

Questi microrganismi hanno caratteristiche strutturali speciali che danno loro la capacità di resistere alle alte temperature. Infatti, la loro morfologia è così diversa che non possono svilupparsi a temperature più basse.

caratteristiche

I batteri termofili hanno una serie di caratteristiche che li rendono adatti ad ambienti con temperature molto elevate.

Da un lato, la membrana cellulare di questi batteri ha un'elevata quantità di lipidi saturi a catena lunga. Ciò consente loro di far fronte alle alte temperature e mantenere un'adeguata permeabilità e flessibilità, riuscendo a scambiare sostanze con l'ambiente senza autodistruggersi.

D'altra parte, sebbene sia noto che le proteine ​​generalmente si denaturano ad alte temperature, le proteine ​​presenti nei batteri termofili possiedono legami di tipo covalente che interagiscono idrofobicamente. Questa caratteristica fornisce stabilità a questo tipo di batteri.

Allo stesso modo, gli enzimi prodotti dai batteri termofili sono proteine ​​termostabili, poiché possono esercitare le loro funzioni negli ambienti ostili in cui si sviluppano questi batteri, senza perdere la loro configurazione.

In relazione alla loro curva di crescita, i batteri termofili hanno un alto tasso di riproduzione, ma hanno un'emivita più breve rispetto ad altre classi di microrganismi.

Utilità dei batteri termofili nell'industria

Oggi, diversi tipi di industrie utilizzano enzimi di origine batterica per eseguire processi diversi. Alcuni di loro provengono da batteri termofili.

Tra gli enzimi più frequentemente isolati dai batteri termofili con possibili applicazioni industriali vi sono gli enzimi α-amilasi, xilanasi, DNA polimerasi, catalasi e serina proteasi, tutti termostabili.

Questi enzimi sono speciali perché sono in grado di agire ad alte temperature, dove altri enzimi simili prodotti da batteri mesofili si denaturerebbero.

Sono quindi ideali per processi che richiedono temperature elevate o in processi in cui è essenziale ridurre al minimo la proliferazione di batteri mesofili.

Esempi

Come esempio dell'uso di enzimi da batteri termofili nell'industria, possiamo citare l'uso della DNA polimerasi (taq polimerasi), nella tecnica della reazione a catena della polimerasi (PCR).

Questa tecnica denatura il DNA ad alte temperature, senza il rischio che l'enzima taq polimerasi venga danneggiato. La prima taq polimerasi utilizzata è stata isolata dalla specie Thermus aquaticus.

D'altra parte, i batteri termofili possono essere utilizzati per ridurre al minimo i danni causati dall'inquinamento ambientale.

Ad esempio, la ricerca ha rivelato che alcuni batteri termofili possono eliminare composti tossici per l'ambiente. Questo è il caso del policlorobifenile (una sostanza inquinante presente nella plastica e nei refrigeranti, tra gli altri composti).

Ciò è possibile grazie al fatto che alcuni batteri termofili possono utilizzare elementi come il bifenile, il 4-clorobifenile e l'acido benzoico come fonte di carbonio. Pertanto, degradano i bifenili policlorurati, eliminandoli dall'ambiente.

D'altra parte, questi batteri sono eccellenti nel riciclare elementi come l'azoto e lo zolfo nel suolo. Per questo motivo, possono essere utilizzati per fertilizzare naturalmente il terreno senza la necessità di fertilizzanti artificiali (chimici).

Allo stesso modo, alcuni ricercatori propongono l'uso di batteri termofili per ottenere sostanze che generano energia alternativa come biogas, biodiesel e bioetanolo attraverso l'idrolisi dei rifiuti agroindustriali, favorendo i processi di biorisanamento.

Habitat

L'habitat dei batteri termofili è costituito da luoghi terrestri o marini caratterizzati dalle loro alte temperature. Altri fattori che accompagnano la temperatura sono il pH del mezzo, la concentrazione di sali e i composti chimici (organici e inorganici) che possono essere presenti.

A seconda delle caratteristiche specifiche del mezzo, al suo interno si svilupperà un certo tipo di batteri termofili o un altro.

Tra gli habitat più comuni per questo tipo di batteri si possono citare i seguenti: prese d'aria idrotermali, aree vulcaniche, sorgenti termali e deserti.

Alimentazione

I batteri termofili richiedono generalmente terreni di coltura complessi per crescere. Tra i nutrienti che possono richiedere ci sono i seguenti: estratto di lievito, triptone, casaminoacidi, glutammato, prolina, serina, cellobiosio, trealosio, saccarosio, acetato e piruvato.

Un agar utilizzato per l'isolamento di alcuni batteri termofili è l'agar Luria-Ber-tani. Contiene caseina idrolizzata, estratto di lievito, NaCl, agar e acqua distillata con un pH regolato a 7,0 ± 0,2.

Batteri termofili come contaminanti degli alimenti trasformati

La maggior parte dei batteri termofili sono saprofiti e non causano malattie negli esseri umani. Tuttavia, nella produzione degli alimenti possono esserci fattori che favoriscono la proliferazione di microrganismi termofili, che possono essere dannosi.

Per fare un esempio, nella produzione di prodotti lattiero-caseari, la pastorizzazione viene utilizzata come metodo di decontaminazione degli alimenti. Questo metodo dovrebbe garantire la qualità sanitaria; tuttavia, non è infallibile perché i batteri termofili sporulati possono sopravvivere a questo processo.

Questo perché, sebbene la cellula vegetativa della maggior parte dei batteri sporulati non sia resistente al calore, le spore lo sono.

Esistono batteri sporulati che rappresentano un vero pericolo per il consumo umano. Ad esempio, le spore delle seguenti specie: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.

I prodotti in scatola a bassa acidità sono normalmente attaccati da batteri termofili anaerobici sporigeni come Geobacillus stearothermophilus. Questo batterio fermenta i carboidrati e produce uno sgradevole sapore aspro dovuto alla produzione di acidi grassi a catena corta.

Allo stesso modo, il cibo in scatola ad alto contenuto di acido può essere contaminato con Clostridium thermosaccharolyticum. Questo microrganismo è altamente saccarolitico e causa il rigonfiamento della bomboletta a causa dell'elevata produzione di gas.

Da parte sua, il Desulfotomaculum nigrificans attacca anche i cibi in scatola. Sebbene la lattina non mostri alcun segno di manomissione, quando si apre la lattina si può sentire un forte odore acido e si osserva un cibo annerito. Il colore nero è dovuto al fatto che i batteri producono acido solfidrico, che a sua volta reagisce con il ferro nel contenitore, formando un composto di questo colore.

Infine, Bacillus cereus e Clostridium perfringens causano intossicazione alimentare e Clostridium botulinum secerne una potente neurotossina nel cibo che, se consumata, provoca la morte.

Esempi di batteri termofili

Rhodothermus obamensis

Batteri marini, bacilli Gram negativi, eterotrofi, aerobici e ipertermofili.

Genere Caldicellulosiruptor

Batteri anaerobici, Gram positivi, termofili estremi, sporulati.

Classe Thermomicrobium

Sono batteri aerobici ipertermofili, eterotrofi, con Gram variabile.

Rhodothermus marinus

Bacillo Gram negativo, aerobico, termofilo estremo e alofilo. La sua produzione di enzimi termostabili è stata studiata, soprattutto per idrolizzare i polisaccaridi e per la sintesi del DNA, entrambi di interesse per l'industria.

Deferribacter desulfuricans

Batteri anaerobici, termofili estremi, eterotrofi, zolfo riducenti, nitrati e arseniato.

Marinithermus

Bastoncini o filamenti Gram negativi, termofili estremi, eterotrofi aerobici rigorosi.

Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

Specie marine, ipertermofile, anaerobiche, Gram negative, chemolitoautotrofiche (riducenti solfati), non sporulate.

Thermus aquaticus

Batteri Gram negativi, ipertermofili, eterotrofi e aerobi. Sintetizza un enzima termostabile utilizzato nella PCR chiamato taq DNA polimerasi.

Sulfurivirga caldicuralii

Termofilo estremo, chemolitoautotrofico microaerofilo, ossidante tiosolfato.

Geobacillus

Bastoncini Gram positivi, sporulati, termofili estremi. Le sue spore vengono utilizzate nei laboratori di microbiologia come controllo biologico per valutare il corretto funzionamento dell'autoclave.

Genere

Le specie di questo genere si caratterizzano per essere Gram negative, ipertermofile, sebbene il loro range di crescita sia ampio, di vita marina, non formano spore, sono anaerobi obbligati o microaerofili.

Tabella comparativa tra le specie più rilevanti

Fonte: preparato dall'autore Msc. Marielsa Gil.

Riferimenti

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