Мезофил — это организм , который лучше всего растет при умеренной температуре , не слишком высокой и не слишком низкой, с оптимальным диапазоном роста от 20 до 45 °C (от 68 до 113 °F). [1] Оптимальная температура роста для этих организмов составляет 37 °C (около 99 °F). [2] Этот термин в основном применяется к микроорганизмам . Организмы, которые предпочитают экстремальные условия, известны как экстремофилы . Мезофилы имеют различные классификации, принадлежащие к двум доменам : Бактерии , Археи и к царству Грибы домена Эукария . Мезофилы, принадлежащие к домену Бактерии, могут быть как грамположительными , так и грамотрицательными . Потребности мезофилов в кислороде могут быть аэробными или анаэробными . Существует три основных формы мезофилов: кокки , палочки и спирали .
Места обитания мезофилов могут включать сыр и йогурт . Они часто включаются в ферментацию пива и виноделия . Поскольку нормальная температура тела человека составляет 37 °C , большинство человеческих патогенов являются мезофилами, как и большинство организмов, составляющих человеческий микробиом .
Мезофилы являются противоположностью экстремофилов . Экстремофилы, которые предпочитают холодную среду, называются психрофильными , те, которые предпочитают более высокие температуры, называются термофильными или термотропными , а те, которые процветают в чрезвычайно жаркой среде, называются гипертермофильными . Чжэн и др. разработали вычислительный подход на уровне всего генома для классификации бактерий на мезофильные и термофильные. [3]
Все бактерии имеют свою собственную оптимальную окружающую среду и температуру, при которой они процветают. Многие факторы отвечают за оптимальный температурный диапазон данного организма, но данные свидетельствуют о том, что экспрессия определенных генетических элементов ( аллелей ) может изменить температурно-чувствительный фенотип организма. Исследование, опубликованное в 2016 году, продемонстрировало, что мезофильные бактерии могут быть генетически модифицированы для экспрессии определенных аллелей из психрофильных бактерий, следовательно, сдвигая ограничительный температурный диапазон мезофильных бактерий, чтобы максимально соответствовать диапазону психрофильных бактерий. [4]
Из-за менее стабильной структуры мезофилов, у них снижена гибкость для синтеза белка . [5] Мезофилы не способны синтезировать белки при низких температурах. Они более чувствительны к изменениям температуры, а жирнокислотный состав мембраны не обеспечивает большую текучесть . [6] Снижение оптимальной температуры с 37 °C до 0 °C и до 8 °C приводит к постепенному снижению синтеза белка. Холодовые белки (CIP) индуцируются при низких температурах, что затем позволяет синтезировать белки холодового шока (CSP). Сдвиг обратно к оптимальной температуре приводит к увеличению, что указывает на то, что мезофилы сильно зависят от температуры. [7] Доступность кислорода также влияет на рост микроорганизмов. [8]
Есть два объяснения того, почему термофилы способны выживать при таких высоких температурах, а мезофилы — нет. Наиболее очевидным объяснением является то, что термофилы, как полагают, имеют клеточные компоненты, которые относительно более стабильны, чем клеточные компоненты мезофилов, поэтому термофилы способны жить при более высоких температурах, чем мезофилы. [9] «Вторая школа мысли, представленная трудами Гограна (21) и Аллена (3), считает, что быстрый ресинтез поврежденных или разрушенных клеточных компонентов является ключом к проблеме биологической устойчивости к теплу». [9]
Из-за разнообразия мезофилов потребности в кислороде сильно различаются. Аэробное дыхание требует использования кислорода , а анаэробное — нет. Существует три типа анаэробов . Факультативные анаэробы растут в отсутствие кислорода, используя вместо этого брожение . Во время брожения сахара превращаются в кислоты , спирт или газы . Если присутствует кислород, он будет использовать вместо этого аэробное дыхание. Облигатные анаэробы не могут расти в присутствии кислорода. Аэротолерантные анаэробы могут выдерживать кислород.
Микроорганизмы играют важную роль в разложении органического вещества и минерализации питательных веществ . В водной среде разнообразие экосистемы допускает разнообразие мезофилов. Функции каждого мезофила зависят от окружающей среды, в первую очередь от температурного диапазона. [10] Бактерии, такие как мезофилы и термофилы, используются в сыроделии из-за их роли в ферментации . «Традиционные микробиологи используют следующие термины для обозначения общей (слегка произвольной) оптимальной температуры для роста бактерий: психрофилы (15–20 °C), мезофилы (30–37 °C), термофилы (50–60 °C) и экстремальные термофилы (до 122 °C)». [11] И мезофилы, и термофилы используются в сыроделии по одной и той же причине; однако они растут, процветают и умирают при разных температурах. Психротрофные бактерии способствуют порче молочных продуктов, образованию плесени или их порче из-за их способности размножаться при низких температурах, например, в холодильнике.
Некоторые известные мезофилы включают Listeria monocytogenes , Staphylococcus aureus и Escherichia coli . Другие примеры видов мезофилов: Clostridium kluyveri , Pseudomonas maltophilia , Thiobacillus novellus , Streptococcus pyogenes и Streptococcus pneumoniae . Различные типы заболеваний и инфекций обычно имеют возбудителей из мезофильных бактерий, таких как перечисленные выше.
Listeria monocytogenes — грамположительная бактерия. Она тесно связана с Bacillus и Staphylococcus . Это палочковидный факультативный анаэроб, подвижный с помощью перитрихиальных жгутиков . Подвижность L. monocytogenes ограничена температурой от 20 °C до 25 °C. [12] При оптимальной температуре она теряет подвижность. Эта бактерия вызывает листериоз , который передается через зараженную пищу. [12]
Staphylococcus aureus был впервые обнаружен в 1880 году. [13] Он вызывает различные инфекции, возникающие в результате травмы. Бактерия преодолевает естественные механизмы организма. Длительные инфекции S. aureus включают пневмонию , менингит и остеомиелит . S. aureus обычно заражается в больничных условиях. [13]
Escherichia coli — это грамотрицательная палочковидная факультативная анаэробная бактерия, которая не образует спор . [14] Бактерия относится к семейству Enterobacteriaceae . Она способна вырабатывать энтеротоксины , которые являются термолабильными или термостабильными . [14] Другие характеристики E. coli заключаются в том, что она является оксидазоотрицательной , цитратотрицательной , метил-красной положительной и Фогес-Проскауэротрицательной . Подводя итог , E. coli — это колиформная бактерия . Она способна использовать глюкозу и ацетат в качестве источника углерода для ферментации. E. coli обычно встречается в кишечнике живых организмов. [15] E. coli обладает многими возможностями, такими как быть хозяином для рекомбинантной ДНК и быть патогеном. [15]