Príroda je všetko tak harmonicky usporiadané, že v tomto svete má každý svoje miesto a venuje sa funkciám, ktoré sú mu pridelené, či už je to koruna prírody - neuveriteľne zložitý ľudský alebo najmikroskopickejší organizmus. Každý hrá svoju úlohu, aby bol náš svet lepším miestom. Platí to aj o rôznych baktériách, ktoré podľa veľkého plánu tvorcu sveta prinášajú ľuďom nielen výhody, ale aj isté škody. Zvážte, čo sú termofilné baktérie mliečneho kvasenia a aké je ich miesto v našom živote. Sú dobré alebo zlé?
Vlastnosti a podstata
Na našej planéte žije celá armáda rôznych mikroorganizmov, pre oči neviditeľných, ale veľmi aktívnych a nie vždy užitočných. Jednou z takýchto prospešných mikroformácií je termofilná baktéria. Baktéria žije v horúcich prameňoch a množí sa pri pomerne vysokých teplotách – nad 45 stupňov. Celé kolónie týchto mikroorganizmov boli identifikované v rôznych geotermálnych zónach našej planéty,ako sú vody horúcich prírodných prameňov. Termofilné baktérie prežívajú vďaka prítomnosti špeciálnych enzýmov, ktoré môžu fungovať pri vysokých teplotách. Pre nich je najpriaznivejším teplotným režimom koridor 50-65 stupňov. V takýchto podmienkach sa baktérie môžu cítiť pohodlne a voľne sa množiť.
Mnoho ľudí by chcelo vedieť, pri akej teplote umierajú termofilné baktérie, aby bolo možné kontrolovať ich počet. V tejto súvislosti by som rád poznamenal, že vedcom sa zatiaľ nepodarilo získať presné údaje. V súčasnej fáze vývoja vedy je známe len to, že maximálny indikátor teploty pre termofily je 68-75 stupňov. To však neznamená, že baktérie takýmto zahrievaním umierajú - odchýlka od optimálneho režimu robí ich život menej pohodlným a intenzívnym, spomaľuje rast buniek a znižuje rýchlosť metabolických procesov.
Je možné zabiť baktérie? Čo ich ovplyvňuje?
Na to, aby termofilné baktérie zomreli, je potrebný oveľa väčší prebytok hornej hranice. Dnes sa vedcom podarilo zistiť, že najvyššia známa teplota, pri ktorej môžu tieto mikroorganizmy žiť, je 122 stupňov Celzia. V laboratórnych podmienkach nie je možné vytvoriť vyššie zahrievanie. Preto zatiaľ nie je možné určiť, pri akej teplote teplomilné baktérie zahynú. Je známe len to, že prudké kolísanie teploty má veľmi škodlivý vplyv na život baktérií: vývoj kultúry sa môže zastaviť, aleči zomrie, je otázka.
Odrody a ich popis
Posúdením teplotných preferencií mikroorganizmov ich možno rozdeliť do troch hlavných skupín: psychrofilné, mezofilné a v podstate termofilné. Všetky sú závislé od tepla, ale líšia sa teplotnými režimami.
Psychrofilné baktérie sú teda najmenej závislé od tepla a uprednostňujú teplotný rozsah od nuly do +10 stupňov. Toto je pre nich optimálny vývojový koridor, ale môžu sa rozmnožovať pri -5 stupňoch aj pri +15.
Ďalej - mezofilné termofilné baktérie, ktorých komfortná zóna sa nachádza medzi 30 a 40 stupňami Celzia. Baktérie môžu dobre rásť a množiť sa, keď teplota klesne na 10 stupňov alebo stúpne na 50 stupňov. Optimálna úroveň pre rast týchto organizmov je 37 stupňov.
A nakoniec, teplomilné baktérie - ich aktívny rast je pozorovaný, keď teplota dosiahne viac ako 50 stupňov. Ich hlavným rozlišovacím znakom je zrýchlená rýchlosť metabolizmu. Podľa nedávnych štúdií sa zistilo, že vplyvom teploty dochádza k významným zmenám v bielkovinách a lipidoch, ktoré hrajú hlavnú úlohu vo všetkých životných procesoch.
Podskupiny teplomilných
Názorným príkladom sú príklady termofilných baktérií, ktoré sú tiež rozdelené do niekoľkých nezávislých podskupín:
- Extrémne termofily s optimálnou teplotou 80 stupňov s minimom 60 a maximom 105 stupňov.
- Stenothermophiles, alebo fakultatívne, s rozsahom 55-65 stupňov, ale vykazujú schopnosť reprodukovať, aj keď teplota klesne na 20 stupňov. Najvyššia schopnosť rastu sa pozoruje pri 20-40 stupňoch.
- Eurytermofili preferujú 37-48 stupňov. Zvláštnosťou obligátnych termofilov je, že nestrácajú schopnosť rásť ani pri 70 stupňoch, ale nerastú pod 40 stupňov.
- Termotolerantné s optimálnym ukazovateľom nie vyšším ako 48 stupňov, minimálna teplota, pri ktorej môžu rásť, je 10 stupňov a maximum je 55-60. Líšia sa od mezofilov pri rovnakých optimálnych teplotách v tom, že keď sa prah teploty zvyšuje, baktérie pokračujú v raste.
Anaeróbne termofily
Schopnosť rýchleho rastu teplomilných organizmov im dáva vynikajúcu možnosť využitia v rôznych oblastiach života – v priemysle či poľnohospodárstve, dokonca aj na úrovni domácností. Mezofilné a termofilné baktérie mliečneho kvasenia majú zároveň podobné metódy izolácie. Rozdiel je pozorovaný iba v rastových teplotách. Aby sa stanovila presná optimálna úroveň teploty, kultúra sa musí pasivovať jeden alebo dva mesiace, alebo inými slovami, znovu nasadiť v určitom teplotnom rozsahu.
V prírode je rozšírených mnoho druhov teplomilných baktérií, ktoré žijú v rôznych podmienkach. Milujú teplo a cítia sa veľmi príjemne v ľudskom žalúdku a možno ich nájsť aj u zvierat, rastlín, pôdy, vody a rôznych iných prostredí,vytvorenie priaznivých podmienok pre rozvoj. Niektoré baktérie potrebujú na svoj rast vzduch, zatiaľ čo iné nepotrebujú kyslík vôbec. Podľa tohto znaku závislosti na kyslíku sa teplomilné organizmy delia na aeróbne a anaeróbne.
Anaeróbne zahŕňajú niekoľko samostatných skupín:
- Maslová - pri fermentácii produkujú kyselinu maslovú, živia sa cukrom, pektínmi, dextrínmi a produkujú kyseliny - octovú a maslovú, ako aj vodík a oxid uhličitý. Z užitočných vlastností možno rozlíšiť výrobu acetónu, etylalkoholu, butylu a izopropylalkoholu. Nachádza sa v termofilných a mezofilných formách.
- Celulóza žije v riečnom bahne, komposte, rastlinných zvyškoch. Tieto termofilné kompostové baktérie sú ideálne a široko používané v poľnohospodárskom sektore. Tým, že sú v pôde alebo humuse, tieto baktérie získavajú aktivitu pri 60-65 stupňoch. Existuje aj mezofilná forma - Omelyanského palica. Tieto baktérie za pomoci špeciálneho enzýmu rozkladajú celulózu, pričom sa uvoľňuje oxid uhličitý, vodík, etylalkohol, množstvo kyselín - mravčia, octová, fumarová, mliečna a ďalšie organické kyseliny.
- Metánotvorné žijú na rovnakom mieste ako celulóza a tam sa pestujú. V tejto skupine sú najviac študovanými druhmi metanobaktérie a metanobacily. Nie sú schopné sporulácie a ich užitočnosť spočíva v schopnosti produkovať antibiotiká, vitamíny, enzýmy, pričom ako potraviny využívajú odpadovú vodu a odpad z domácností.
- Odsírovače sa najčastejšie nachádzajú vedľacelulózy a žijú z redukcie síranov. Majú oválne spóry, ktoré sú umiestnené bližšie k jednému z koncov bacila - terminálnemu alebo subterminálnemu.
- Kyselina mliečna – špeciálna veľká skupina baktérií, ktoré žijú v mlieku. Tieto termofilné baktérie mliečneho kvasenia môžu byť pre človeka prospešné aj veľmi škodlivé. Niektoré z ich druhov dokážu syntetizovať špeciálne aromatické látky. Sú to oni, ktorí po vystavení mlieku dodávajú tvarohu alebo smotane príjemnú chuť a vôňu. Takéto termofilné baktérie mliečneho kvasenia sú fakultatívne anaeróbne, preto sa môžu optimálne množiť v neprítomnosti kyslíka alebo v prostredí, kde je jeho veľký deficit.
Kyselina mliečna
Baktérie mliečneho kvasenia sa delia na koky a tyčinky. Prvé pozostávajú z niekoľkých buniek spojených do reťazca - streptokokov a majú homo- a heterogénnu fermentáciu. Homofermentatívne streptokoky fermentujú cukor nachádzajúci sa v mlieku na výrobu živého jogurtu. Heteroenzymatické paralelne tiež vylučujú také aromatické látky, ako je diacetín a cytoín. Ich bunky sú okrúhleho alebo oválneho tvaru, dobre sa farbia podľa Grama a netvoria spóry a tobolky. Sú aerotolerantné a môžu existovať v prítomnosti vzduchu. Chýba im však schopnosť vykonávať aeróbne dýchanie a radšej pokračujú vo svojom zvyčajnom procese fermentácie kyseliny mliečnej. Aby jedli, potrebujú veľa vitamínov, bielkovín, organických kyselín. v mliekubaktérie spôsobujú jeho zrážanie, tvorbu hustej, rovnomernej zrazeniny s malým množstvom séra. Práve vďaka streptokokom kyseliny mliečnej, ktoré produkujú arómu, sa v syre objavujú zvodné bublinky s charakteristickým zápachom a nízkou schopnosťou tvoriť kyseliny. Koky sú vysoko odolné voči alkoholu a vyžadujú vysokú kyslosť.
Tyčinky s kyselinou mliečnou
Tyčinky kyseliny mliečnej – inak sa im hovorí laktobacily – môžu byť buď jednotlivé, alebo párové. Najčastejšie sa používajú acidofilné laktobacily, najmä bulharská tyčinka, ktorá je súčasťou štartovacích kultúr a umožňuje výrobu chutného a zdravého jogurtu. Dokonca aj v mliekarenskom priemysle sú streptobaktérie a beta baktérie obľúbené. Tieto organizmy sú úplne nepohyblivé a netvoria spóry ani kapsuly, dobre sa farbia gramom.
Termofily na báze kyseliny mliečnej sú fakultatívne anaeróby. Môžu sa stať monoenzymatickými, s vysokou rýchlosťou tvorby kyselín, alebo hereroenzymatickými so schopnosťou paralelne spracovávať fruktózu, výsledkom čoho je vznik hexahydrického alkoholu manitol, acetáty, laktáty a oxid uhličitý. Proteíny sú pomerne slabo spracované, preto na svoj rast vyžadujú prítomnosť aminokyselín v prostredí. Niektoré tyčinky majú schopnosť produkovať katalázu, enzým, ktorý rozkladá peroxid vodíka alebo acetaldehyd, ktorý dodáva syru chuť a vôňu.
Žiaruvzdorné tyčinky s kyselinou mliečnou môžu prežiť v mlieku, keď sú pasterizované pri teplote 85-90 stupňov. Sú veľmi odolné voči dezinfekčným prostriedkom a tým spôsobujú značné škody potravinárskym podnikom. Sú to antagonisty Escherichia coli. Nachádza sa v kvásku alebo nízkopasterizovanom mlieku.
Termofili, ktorí nevedia dýchať bez kyslíka
Aeróbne termofily, ktoré nedokážu dýchať bez kyslíka, sa tiež delia do dvoch samostatných skupín:
- Extrémne termofilné - gramnegatívne tyčinky, ktoré nie sú schopné pohybu, súvisiace s obligátnymi baktériami, ktorých rast nastáva pri optimálnej teplote 70 stupňov. Keď teplota stúpa vyššie, tyčinky sa menia na tenké vlákna. Žite hromadne v horúcich prameňoch a neďalekej pôde.
- Sporotvorné formy sú podobné mezofilným. Ži a šíri sa v dobre prekyprenej pôde alebo prevzdušnených vodách.
Po zvážení všetkých týchto typov mikroorganizmov je potrebné poznamenať, že výskyt teplomilných baktérií je ich aromorfózou do biotopu. Tak ako iné živé organizmy, aj baktérie sa dokážu v priebehu svojho vývoja dokonale prispôsobiť zmenám podmienok prostredia. Zároveň výrazne zvyšujú úroveň svojej organizácie a získavajú nové schopnosti.
Výhody a škody
Aké sú škody a výhody termofilných baktérií? Tyčinky kyseliny mliečnej používané v potravinárskom priemysle prinášajú človeku nepochybné výhody. Keďže sú súčasťou rôznych štartovacích kultúr, produkujú chutné aužitočné produkty kyseliny mliečnej, ktoré majú veľmi pozitívny vplyv na všetky systémy ľudského tela, pomáhajú regulovať metabolické procesy, normalizujú tráviaci trakt a všetkými možnými spôsobmi pomáhajú chrániť telo pred rôznymi hnilobnými baktériami a súčasne ho čistia od nahromadených toxínov a toxínov. Okrem zlepšenia zloženia mikroflóry termofilné baktérie upokojujú nervový systém, potláčajú pôsobenie antibiotík a zvyšujú imunitu.
Popri potravinárskom priemysle sa tento typ baktérií pomerne široko používa aj vo farmakologickej a kozmetickej oblasti. Na ich základe sa vyrábajú rôzne probiotiká, ale aj kozmetika, ktorá dodáva pokožke starostlivosť, pružnosť a používa sa aj na jej bielenie a obnovu. Masky z živého jogurtu dokážu zázraky.
Termofilné a mezofilné baktérie, ktoré žijú v pôde a komposte, pomáhajú recyklovať organickú hmotu a hnojiť pôdu pre dobrý rast rastlín. Emitovaný metán je možné úspešne použiť na vykurovanie rodinných domov a priemyselných zariadení. S takým obrovským rozsahom prínosov je malá škoda, ktorú termofilné tyče spôsobujú potravinárskemu priemyslu, vyrovnaná vystavením baktericídnym liekom a neustálym monitorovaním zariadení na výrobu potravín.
Záver
V tomto článku sme uviedli základné pojmy takej veľkej a málo prebádanej triedy, akou sú baktérie. Z uvedeného materiálu vyplýva, že teplomilné baktérieuž dnes ich človek vo veľkom využíva pre svoje dobro. Tento proces sa však ani zďaleka nekončí a čaká nás ešte veľa príjemných a užitočných objavov.
