好熱性細菌：特性、生息地、食品 - 生物学 - 2025

好熱性細菌は、 50よりも温度が大きいとの環境で増殖する能力を有するものである℃、これらの微生物の生息地は、特に熱水噴出孔、火山地域、温泉、砂漠などの非常に敵対的な場所です。それらがサポートする温度範囲に応じて、これらの微生物は好熱菌、極端な好熱菌、および超好熱菌に分類されます。

好熱菌は50〜68°Cの温度範囲で繁殖し、その最適な成長温度は60°C以上です。極端な好熱菌は35〜70°Cの範囲で成長し、最適温度は65°Cであり、超好熱菌は60〜115°Cの温度範囲で生育し、80°C以上で最適に成長します。

左の画像：好熱菌が生息する環境。右の画像：好熱性細菌の比喩的な表現。ソース：左の画像pxhere、右の画像pixabay

一般的に好熱性細菌の例として、以下が挙げられる：とりわけ、Geob acillus stearotermophilus、Deferribacter desulfuricans、Marinithermus hydrothermalis、およびThermus aquaticus。

これらの微生物には、高温に耐える能力を与える特別な構造的特徴があります。実際、それらの形態は非常に異なっているため、低温では成長できません。

特徴

好熱性細菌には、非常に高温の環境に適応する一連の特性があります。

一方、これらの細菌の細胞膜は、長鎖飽和脂質を大量に持っています。これにより、高温に対処し、適切な透過性と柔軟性を維持して、物質を破壊することなく環境と物質を交換することができます。

一方、タンパク質は一般に高温で変性することが知られていますが、好熱性細菌に存在するタンパク質は、疎水的に相互作用する共有結合型の結合を持っています。この特性は、このタイプの細菌に安定性を提供します。

同様に、好熱性細菌によって生成される酵素は、それらの構成を失うことなく、これらの細菌が発生する厳しい環境でその機能を発揮できるため、耐熱性タンパク質です。

それらの成長曲線に関連して、好熱性細菌は高い繁殖率を持っていますが、他のクラスの微生物よりも短い半減期を持っています。

産業における好熱性細菌の有用性

今日、さまざまなタイプの産業が細菌由来の酵素を使用してさまざまなプロセスを実行しています。それらのいくつかは好熱性細菌に由来します。

工業用途の可能性がある好熱性細菌から最も頻繁に単離される酵素には、酵素α-アミラーゼ、キシラナーゼ、DNAポリメラーゼ、カタラーゼ、およびセリンプロテアーゼがあり、すべて耐熱性です。

これらの酵素は、中温菌によって作られた他の類似の酵素が変性する高温で作用することができるため、特別です。

したがって、高温を必要とするプロセスや、中温性細菌の増殖を最小限に抑えることが不可欠なプロセスに最適です。

例

産業における好熱性細菌由来の酵素の使用例として、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）技術におけるDNAポリメラーゼ（taqポリメラーゼ）の使用について言及できます。

この技術は、高温でDNAを変性させます。taqポリメラーゼ酵素が損傷するリスクはありません。使用された最初のtaqポリメラーゼは、Thermus aquaticus種から単離されました。

一方、好熱性細菌は、環境汚染による被害を最小限に抑えるために使用できます。

たとえば、研究により、一部の好熱性細菌は環境に有害な化合物を排除できることが明らかになっています。これは、ポリクロロビフェニル（他の化合物の中でも特にプラスチックや冷媒に存在する汚染物質）の場合です。

これは、特定の好熱性細菌がビフェニル、4-クロロビフェニル、安息香酸などの元素を炭素源として使用できるという事実のおかげで可能です。したがって、それらはポリ塩化ビフェニルを分解し、環境から排除します。

一方、これらの細菌は、土壌中の窒素や硫黄などのリサイクル要素に優れています。このため、人工（化学）肥料を必要とせずに、土地を自然に肥料化するために使用できます。

同様に、バイオ産業の廃棄物の加水分解を通じてバイオガス、バイオディーゼル、バイオエタノールなどの代替エネルギーを生成する物質を得るために、好熱性細菌を使用することを提案する研究者もいます。

生息地

好熱性細菌の生息地は、その高温を特徴とする陸上または海洋の場所で構成されています。温度に伴うその他の要因は、培地のpH、塩の濃度、および存在する可能性のある化学物質（有機および無機）です。

培地の特定の特性に応じて、特定のタイプの好熱性細菌または別の細菌がその中で発生します。

このタイプのバクテリアの最も一般的な生息地には、熱水噴出孔、火山地域、温泉、砂漠などがあります。

給餌

好熱性細菌は一般に、増殖するために複雑な培地を必要とします。彼らが必要とするかもしれない栄養素の中には次のものがあります：酵母エキス、トリプトン、カザミノ酸、グルタミン酸、プロリン、セリン、セロビオース、トレハロース、スクロース、アセテート、ピルベート。

一部の好熱性細菌の分離に使用される寒天は、Luria-Ber-tani寒天です。加水分解カゼイン、酵母エキス、NaCl、寒天、pH 7.0±0.2に調整された蒸留水が含まれています。

加工食品の汚染物質としての好熱性細菌

ほとんどの好熱性細菌は腐生性であり、人間に病気を引き起こしません。しかし、食品の製造においては、好熱性微生物の増殖を促進する要因があり、それが有害な場合があります。

一例を挙げると、乳製品の製造では、食品の除染方法として低温殺菌が使用されています。この方法は、衛生的な品質を保証することになっています。しかし、胞子形成した好熱性細菌がこのプロセスを生き残ることができるので、それは絶対に確実ではありません。

これは、ほとんどの胞子形成細菌の栄養細胞は耐熱性ではありませんが、胞子は耐熱性であるためです。

人間の消費にとって実際の危険を表す胞子形成細菌があります。たとえば、次の種の胞子：バチルスセレウス、クロストリジウムボツリナム、クロストリジウムパーフリンジェンス、サーモアナエロバクテリウムキシラノリチカム、ジオバチルスステアロサーモフィルス。

低酸度の缶詰製品は、通常、Geobacillus stearothermophilusなどの胞子形成嫌気性好熱性細菌によって攻撃されます。このバクテリアは炭水化物を発酵させ、短鎖脂肪酸の生成により不快な酸味を生み出します。

同様に、高酸度缶詰食品は、クロストリジウムサーモサッカロリチカムで汚染される可能性があります。この微生物は非常に糖分解性であり、高いガス生成により缶の膨らみを引き起こします。

一方、Desulfotomaculum nigrificansも缶詰食品を攻撃します。缶には改ざんの兆候は見られませんが、缶の蓋を外すと、強い酸性のにおいがし、黒ずんだ食品が観察されます。黒い色は、バクテリアが硫化水素を生成し、それが容器内の鉄と反応してこの色の化合物を形成するという事実によるものです。

最後に、セレウス菌とウェルシュ菌は食中毒を引き起こし、ボツリヌス菌は食物中に強力な神経毒を分泌し、消費すると死に至ります。

好熱菌の例

Rhodothermus obamensis

海洋細菌、グラム陰性、従属栄養、好気性および超好熱性菌。

属Caldicellulosiruptor

嫌気性菌、グラム陽性、極度の好熱性、胞子形成。

Thermomicrobiumクラス

それらは好気性の好熱性細菌であり、従属栄養性であり、グラムはさまざまです。

Rhodothermus marinus

グラム陰性、好気性、極端な好熱性および好塩性桿菌。特に多糖類の加水分解とDNA合成のために、その両方が業界で関心のある熱安定性酵素の生産が研究されています。

Deferribacter desulfuricans

嫌気性細菌、極端な好熱性、従属栄養性、還元性硫黄、硝酸塩およびヒ酸塩。

マリニサームス

グラム陰性桿菌またはフィラメント、極端な好熱性、厳密な好気性従属栄養。

サーモデスルホバクテリウムハイドロジフィラム

海洋種、超好熱性、嫌気性、グラム陰性、化学溶性独立栄養性（硫酸還元）、胞子形成しません。

サーマスアクアティクス

グラム陰性、超好熱性、従属栄養および好気性細菌。PCRで使用されるtaq DNAポリメラーゼと呼ばれる耐熱性酵素を合成します。

スルフリビルガcaldicuralii

極端な好熱性、微好気性の化学分解独立栄養、チオ硫酸オキシダント。

ジオバチルス

グラム陽性、胞子形成、極端な好熱性桿菌。その胞子は、オートクレーブの適切な機能を評価するための生物学的コントロールとして微生物学研究所で使用されています。

性別

この属の種は、グラム陰性、超好熱性であることを特徴としますが、海洋生物の成長範囲は広いですが、胞子を形成せず、嫌気性菌または微好気性菌です。

最も関連性の高い種の比較表

出典：著者Mscにより作成。マリエルサ・ギル。

参考文献

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