嗜热菌

嗜热菌（thermophile，也称嗜热微生物），是一类生活在高温（40-122 ℃）环境中的微生物，广泛分布在温泉、堆肥、地热区土壤、火山地区等。

主要分为三类，兼性嗜热菌、专性嗜热菌和极端嗜热菌。^[1]

1）兼性嗜热菌（Simply thermophiles）：最高生长温度在50–64 ℃之间，但最适生长温度仍在中温范围内，故又称为耐热菌。

2）极端嗜热菌（Extreme thermophiles）：最适生长温度在65–79 °C。

3）超嗜热菌（Hyperthermophiles）：最适生长温度在80 °C以上，最低生长温度在50 ℃。

嗜热菌种类很多，营养范围亦非常广泛，但多数种类营异养生活，营自养生活的嗜热菌主要包括产甲烷细菌和硫化细菌，不过其中有一部分是混合营养型。

嗜热菌对pH值的要求，有两个绝然不同的范围，嗜酸嗜热的最适pH范围为1.5-4，而另一类群pH范围都是5.8-8.5。极端嗜碱的嗜热菌至今尚未发现。

可能的耐热机制有以下几种：

1）类脂的敏感作用：嗜热菌细胞质膜的化学成分，随环境温度的升高不仅类脂总含量增加，而且细胞中的高熔点饱和脂肪酸也增加，即长链饱和脂肪酸增加，不饱和脂肪酸减少。脂肪酸熔点的高低和热稳定性呈如下顺序：直链饱和脂肪酸＞带支链饱和脂肪酸＞不饱和脂肪酸。

另外，饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸能形成更多的疏水键，从而进一步增加膜的稳定性。众所周知，细胞膜由双层类脂构成，但古细菌中嗜热菌其双层类脂进行了共价交联，成为两面都是水基的单层脂，并且保持了完整的疏水层，这种结沟，极大地增强了其耐热性。

2）重要代谢产物的迅速再合成：嗜热菌中tRNA的周转率大于中温菌的周转率；并且，其DNA中的GC含量高于中温菌的GC含量。^[2]一般中温菌的GC含量为44.9％，而嗜热芽饱杆菌DNA中的GC含量为53.2％。GC含量越高，DNA分子的解链温度也越高。嗜热菌在高温下不但热稳定性高，而且代谢快，其速率等于或大于热不稳定代谢物的转化，因此，重要代谢产物能够迅速再合成。

3）蛋白质的热稳定性：科学家已从嗜热菌中分离出多种蛋白质，其中包括许多重要的酶类，它们的热稳定性高于中温型细菌的类似蛋白，而且，在细胞内生活状况下这二种差别更加明显。也就是说嗜热菌蛋白质的热稳定性取决于两个方面：一方面，其蛋白质的天然结构更加稳定；另一方面，嗜热菌细胞内存在着促进热稳定性的因素。实验证明，蛋白质一级结构中个别氨基酸的改变，就可导致其热稳定性的改变。嗜热菌蛋白质天然结构的稳定性，可能就是由于其中个别氨基酸的细微改变而引起的。

嗜热菌在开发应用方面也有着广阔的前景：

1.嗜热菌可用于细菌浸矿、石油及煤炭的脱硫。

2.嗜热菌通常存在于堆肥、干草堆和碎木堆等高温环境中，有助于一些有机物的降解。

3.利用嗜热菌对废水废料进行厌氧处理，可提高反应速度，消灭污水污物中的病原微生物。

4.在发酵工业中，可以利用其耐高温的特性，提高反应温度，增大反应速度，减少中温型杂菌污染的机会。

嗜热菌可用于生产多种酶制剂，例如纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、菊糖酶等。

5.嗜热菌分离出来的Taq DNA聚合酶广泛应用于基因工程中。