Термофил — это организм (тип экстремофила ), который процветает при относительно высоких температурах, от 41 до 122 ° C (от 106 до 252 ° F) . [1] [2] Многие термофилы являются археями , хотя некоторые из них являются бактериями и грибами . Предполагается, что термофильные эубактерии были одними из самых ранних бактерий. [3]
Термофилы встречаются в различных геотермически нагреваемых регионах Земли , таких как горячие источники, подобные источникам в Йеллоустонском национальном парке (см. изображение), и глубоководные гидротермальные источники , а также в разлагающихся растительных веществах, таких как торфяные болота и компост .
Термофилы могут выживать при высоких температурах, тогда как другие бактерии или археи могут быть повреждены, а иногда и убиты, если подвергнуться воздействию тех же температур.
Ферменты термофилов функционируют при высоких температурах. Некоторые из этих ферментов используются в молекулярной биологии , например, полимераза Taq , используемая в ПЦР . Слово «термофил» происходит от греческого : θερμότητα ( термотита ), что означает тепло , и греческого : φίλια ( филия ), любовь .
Сравнительные исследования показывают, что разнообразие термофилов в основном определяется pH, а не температурой. [4]
Термофилы можно классифицировать по-разному. Одна классификация сортирует эти организмы в соответствии с оптимальными температурами их роста: [5]
В соответствующей классификации термофилы подразделяются следующим образом:
Многим гипертермофильным археям для роста необходима элементарная сера . Некоторые из них являются анаэробами , которые используют серу вместо кислорода в качестве акцептора электронов во время клеточного дыхания (анаэробы) . Некоторые из них являются литотрофами , которые окисляют серу с образованием серной кислоты в качестве источника энергии, что требует адаптации микроорганизма к очень низкому pH (т. е. он является не только термофилом , но и ацидофилом). Эти организмы являются обитателями горячих, богатых серой сред, обычно связанных с вулканизмом , таких как горячие источники , гейзеры и фумаролы . В этих местах, особенно в Йеллоустонском национальном парке, происходит зонирование микроорганизмов по их температурному оптимуму. Эти организмы часто окрашены из-за присутствия фотосинтетических пигментов. [ нужна цитата ]
Термофилов можно отличить от мезофилов по геномным особенностям. Например, уровни содержания GC в кодирующих областях некоторых сигнатурных генов последовательно идентифицировались как коррелирующие с условиями температурного диапазона, когда ассоциативный анализ применялся к мезофильным и термофильным организмам независимо от их филогении, потребности в кислороде, солености или условий среды обитания. . [6]
Грибы — единственная группа организмов в области эукариот, которая может выживать в диапазоне температур 50–60 °C. [7] Сообщалось о термофильных грибах из ряда мест обитания, большинство из которых принадлежат к отряду грибов Sordariales . [8] Термофильные грибы обладают большим биотехнологическим потенциалом благодаря своей способности производить термостабильные ферменты, имеющие промышленное значение, в частности, для деградации растительной биомассы. [9]
Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius являются гипертермофильными архей. Когда эти организмы подвергаются воздействию агентов, повреждающих ДНК, УФ-облучения, блеомицина или митомицина С, индуцируется видоспецифичная агрегация клеток. [10] [11] У S. acidocaldarius УФ-индуцированная клеточная агрегация с высокой частотой опосредует обмен хромосомных маркеров. [11] Скорость рекомбинации превышает показатели неиндуцированных культур на три порядка. Фролс и др. [10] [12] и Аджон и др. [11] (2011) предположили, что клеточная агрегация усиливает видоспецифичный перенос ДНК между клетками Sulfolobus , чтобы обеспечить усиленное восстановление поврежденной ДНК посредством гомологичной рекомбинации . Ван Вольферен и др. [13] при обсуждении обмена ДНК у гипертермофилов в экстремальных условиях отметили, что обмен ДНК, вероятно, играет роль в репарации ДНК посредством гомологичной рекомбинации. Они предположили, что этот процесс имеет решающее значение в условиях повреждения ДНК, таких как высокая температура. Также было высказано предположение, что перенос ДНК у Sulfolobus может быть примитивной формой полового взаимодействия, аналогичной более хорошо изученным бактериальным системам трансформации, которые связаны с видоспецифичным переносом ДНК между клетками, ведущим к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК . ] (см. Трансформация (генетика) ).