Během evoluce vyvolal život při vysokých teplotách u mikroorganismů charakteristické adaptivní znaky. Jednou z nejvýznamnějších a nejrozšířenějších vlastností termofilů je schopnost se velmi rychle rozmnožovat a provádět rozličné biochemické přeměny, což je výsledkem odlišných fyzikálně-chemických vlastností bílkovinných složek enzymů.
Jak vysoké mohou být teploty při růstu termofilních mikroorganismů? Obecně můžeme říct, že se optimum pohybuje nad 45 °C, pro většinu se pohybuje v rozmezí 50 až 60 °C. Některé kmeny druhu Bacillus stearothermophilus mohou růst výjimečně i při teplotě až 80 °C, archaeobakterie (extrémní termofily) dokonce při teplotách nad 100 °C. Většina není schopna reprodukce při teplotách 28 až 30 °C, někteří zástupci dokonce ani při teplotách nižších než 40 °C. Adaptace na tyto vysoké teploty způsobila změny ve struktuře proteinových enzymů, aby nedocházelo k denaturaci. Bylo dokázáno, že příčinou zvýšené stability „termofilních“ proteinů je tvorba vodíkových vazeb a sulfidických můstků mezi bočními řetězci substituovaných zbytků. Zaznamenán byl též úbytek a přeskupení aminokyselin, což způsobuje konformační a strukturální změnu prostorového uspořádání. Odolnost vůči vysokým teplotám je však primárně dána v buňce přítomností nasycených lipidů, resp. lipidů obsahujících nasycené mastné kyseliny s dlouhými lineárními řetězci a zvýšeným obsahem fosfolipidů v membráně. Termofilní mikroorganismy mají své zástupce převážně mezi rody Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, ale řadí se sem také některé aktinomycety a zástupci jiných rodů. Vyskytují se v půdě, v kompostech, v chlévské mrvě, v uskladněném vlhkém materiálu (rašelině, seně, obilí), v bahně, tj. všude tam, kde činnost mezofilních mikroorganismů přispěla ke zvýšení teploty na 40 až 45 °C. Termofilní mikroorganismy teplotu dále zvyšují a je možno, že dojde k samovznícení materiálu, které jim slouží k růstu.
Průmyslové využití termofilů značně vzrůstá. Kromě biotechnologických aplikací, produkce extracelulárních enzymů, se využívají také při zpracování či odbourávání odpadů a zneškodnění vedlejších produktů průmyslových procesů. Biologické termofilní aerobní čistící systémy představují ojedinělý a poměrně nový postup úpravy vysokoteplotních odpadních kalů. Termofilní aerobní čištění odpadních vod má výhodu vyšších degradačních rychlostí, rychlé inaktivace patogenních mikroorganismů a nízkého procenta odpadu. Nevýhody termofilních aerobních procesů zahrnují zejména zvýšené výdaje na aeraci provozní nádrže a udržení teploty, slabou flokulaci bakterií a problémy s pěněním.
Termofilními mikroorganismy a jejich využitím se zabývá skupina vědců v laboratořích Ústavu chemie potravin a biotechnologií Fakulty chemické VUT v Brně. Do dnešní doby bylo provedeno několik výzkumů, které se týkaly biodegradace organických látek (modifikované polyuretany, syrovátka) a biosorpce těžkých kovů termofilní kulturou. V současné době se snažíme do výzkumu zapojit i mikroorganismy mezofilní.
Kromě biodegradace se u některých odpadních materiálů také věnujeme výzkumu produkce žádaných metabolitů z odpadních materiálů. Jedna část vědců se snaží z odpadního papíru pomocí enzymatického rozkladu a kultivace kvasinkami získat bioethanol. Druhá část vědců zkoumá možnost utilizace syrovátky různými mikroorganismy a zisk vybraných metabolitů (kyselina octová, kyselina mléčná, etanol, …) v průběhu kultivace.
Využití mikroorganismů je velké, nejen v biotechnologických procesech, ale také např. v potravinářském průmyslu, v medicíně, … Náš vědecký tým je otevřen novým poznatkům, rozšíření výzkumu a možné spolupráce.
Literatura:
[1] Obrázek Saccharomyces cerevisiae <http://www.microbiologyonline.org.uk/themed/sgm/img/slideshows/3.1.4_fungi_2.png>
[2] Orázek Bacillus coagulans <http://www.sciencephoto.com/image/12399/350wm/B2201860-Bacillus_coagulans,_SEM-SPL.jpg>
[3] Piechová, J. Biodegradace organických látek aplikací termofilni kultury. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta chemická, 2008.
