¿Qué son las bacterias termófilas?
Las bacterias termófilas son las que tienen la capacidad de desarrollarse en ambientes con temperaturas mayores de 50 °C. Los hábitats de estos microorganismos son lugares muy hostiles, como chimeneas hidrotermales, zonas volcánicas, aguas termales y desiertos, entre otros.
Según el rango de temperatura que soporten, estos microorganismos se clasifican en termófilos, termófilos extremos e hipertermófilos.
Los termófilos se desarrollan en un rango de temperatura de entre 50 y 68 °C, siendo su temperatura de crecimiento óptimo de más de 60 °C. Los termófilos extremos crecen en un rango entre 35 a 70 °C, con una temperatura óptima de 65 °C, y los hipertermófilos viven en un intervalo de temperatura entre 60 a 115 °C, con un crecimiento óptimo a ≥80 °C.
Como ejemplos de bacterias termófilas se pueden mencionar Geobacillus stearotermophilus, Deferribacter desulfuricans, Marinithermus hydrothermalis, y Thermus aquaticus, entre otras.
Estos microorganismos poseen características estructurales especiales que les proporcionan la capacidad de soportar altas temperaturas. De hecho, su morfología es tan distinta que no pueden desarrollarse a temperaturas menores.
Características de las bacterias termófilas
- Membrana celular. Esta membrana posee alta cantidad de lípidos saturados de cadena larga. Esto les permite sobrellevar las altas temperaturas y mantener la permeabilidad y flexibilidad adecuada, logrando realizar el intercambio de sustancias con el medio ambiente sin destruirse.
- Proteínas. Las proteínas presentes en las bacterias termófilas poseen enlaces de tipo covalente que interactúan de manera hidrofóbica. Esta característica le proporciona estabilidad a este tipo de bacterias.
- Enzimas. Igualmente, las enzimas producidas por las bacterias termófilas son proteínas termoestables, ya que pueden ejercer sus funciones en los ambientes hostiles donde se desarrollan, sin perder su configuración.
- Crecimiento. Las bacterias termófilas poseen una alta tasa de reproducción, pero tienen una vida media más corta que otras clases de microorganismos.
- Ambientes geotérmicos. Estas bacterias se encuentran en ambientes geotérmicos, como fuentes termales, géiseres y fumarolas volcánicas. Estos ambientes ofrecen las condiciones extremas de temperatura que requieren para su supervivencia.
- Biodiversidad. Existe una amplia variedad de bacterias termófilas que viven en diferentes nichos geotérmicos en todo el mundo. A pesar de las altas temperaturas, estas bacterias han evolucionado para ocupar diversas funciones ecológicas, como la descomposición de materia orgánica, la fijación de nitrógeno y la producción de compuestos útiles.
Utilidad de las bacterias termófilas en la industria
Hoy en día, diferentes tipos de industrias utilizan enzimas de origen bacteriano para realizar distintos procesos. Algunas de ellas provienen de las bacterias termófilas.
Entre las enzimas más frecuentemente aisladas de las bacterias termófilas con posibles aplicaciones a nivel industrial se encuentran las enzimas a-amilasas, xilanasas, ADN polimerasa, catalasas y serín-proteasas, todas termoestables.
Estas enzimas son especiales porque son capaces de actuar a elevadas temperaturas, donde otras enzimas similares elaboradas por bacterias mesófilas se desnaturalizarían.
Por ello, son ideales para procesos que requieren altas temperaturas o en procesos donde es indispensable minimizar la proliferación de bacterias mesófilas.
Ejemplos
- PCR. Como ejemplo del uso de enzimas de bacterias termófilas en la industria se puede mencionar la ADN polimerasa (taq polimerasa), en la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Esta técnica desnaturaliza el ADN a altas temperaturas, sin el riesgo de que la enzima taq polimerasa se dañe. La primera taq polimerasa utilizada fue aislada de la especie Thermus aquaticus.
- Contaminación ambiental. Ciertas investigaciones han revelado que algunas bacterias termófilas pueden eliminar compuestos tóxicos para el ambiente. Tal es el caso del policlorobifenilo (sustancia contaminante presente en plásticos y refrigerantes, entre otros compuestos). Esto es posible gracias a que ciertas bacterias termófilas pueden utilizar como fuente de carbono elementos como el bifenil, el 4-clorobifenil y el ácido benzoico. Por tanto, degradan los policlorobifenilos, eliminándolos del ambiente.
- Fertilizantes. Estas bacterias son excelentes para reciclar elementos como el nitrógeno y el azufre en el suelo. Debido a ello, pueden usasrse para fertilizar de forma natural la tierra sin necesidad del uso de fertilizantes artificiales (químicos).
- Energía y biorremediación. Algunos investigadores proponen el uso de bacterias termófilas para la obtención de sustancias que generen energía alternativa como el biogás, biodiésel y bioetanol mediante la hidrólisis de residuos agroindustriales, favoreciendo los procesos de biorremediación.
Hábitat de las bacterias termófilas
Su hábitat está constituido por lugares terrestres o marinos caracterizados por sus altas temperaturas. Otros factores que acompañan a la temperatura son el pH del medio, concentración de sales y los compuestos químicos (orgánicos e inorgánicos) que puedan estar presentes.
Dependiendo de las características concretas del medio, se desarrollarán un tipo determinado de bacterias termófilas. Entre los hábitats más comunes se pueden mencionar chimeneas hidrotermales, zonas volcánicas, aguas termales y desiertos.
Alimentación de las bacterias termófilas
Por lo general, estas bacterias requieren medios de cultivo complejos para crecer. Entre los nutrientes que pueden requerir están: extracto de levadura, triptona, ácidos casamino, glutamato, prolina, serina, celobiosa, trehalosa, sacarosa, acetato y piruvato.
Un agar utilizado para el aislamiento de algunas bacterias termófilas es el agar Luria-Ber-tani. Contiene hidrolizado de caseína, extracto de levadura, NaCl, agar, y agua destilada con pH ajustado a 7.0 ± 0.2.
Bacterias termófilas como contaminantes de alimentos procesados
La mayoría de las bacterias termófilas son saprófitas y no producen enfermedades en el ser humano. Sin embargo, en la fabricación de alimentos pueden existir factores que favorezcan la proliferación de microorganismos termófilos, lo que puede ser perjudicial.
Por dar un ejemplo, en la fabricación de los productos lácteos se utiliza la pasteurización como método de descontaminación del alimento. Este método se supone que garantiza la calidad sanitaria. Sin embargo, no es infalible debido a que las bacterias termófilas esporuladas pueden sobrevivir a este proceso.
Esto se debe a que, aunque la célula vegetativa de la mayoría de las bacterias esporuladas no sea termorresistente, las esporas sí lo son.
Existen bacterias esporuladas que representan un verdadero peligro para el consumo humano. Por ejemplo, las esporas de las especies: Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Thermoanaerobacterium xylanolyticum, Geobacillus stearothermophilus.
Los productos enlatados de baja acidez son normalmente atacados por bacterias termófilas anaerobias formadoras de esporas, como Geobacillus stearothermophilus. Esta bacteria fermenta los carbohidratos y genera un desagradable sabor agrio debido a la producción de ácidos grasos de cadena corta.
Asimismo, los enlatados de alta acidez pueden contaminarse con Clostridium thermosaccharolyticum. Este microorganismo es altamente sacarolítico y produce abombamiento de la lata por la alta producción de gas.
Por su parte, Desulfotomaculum nigrificans también ataca los alimentos enlatados. Aunque la lata no muestra ningún signo de alteración, al destaparla se puede percibir un fuerte olor a ácido y se observa el alimento ennegrecido. El color negro se debe a que la bacteria produce ácido sulfhídrico, que reacciona con el hierro del envase formando un compuesto de este color.
Finalmente, Bacillus cereus y Clostridium perfringens producen intoxicación alimentaria y el Clostridium botulinum segrega una potente neurotoxina en el alimento que al consumirse causa la muerte.
Ejemplos de bacterias termófilas
- Rhodothermus obamensis. Bacteria marina, bacilo gramnegativo, heterótrofo, aerobio e hipertermófilo.
- Género Caldicellulosiruptor. Bacteria anaerobia, grampositiva, termófilo extremo, esporulada.
- Clase Thermomicrobium. Bacterias hipertermófilas aerobias, heterótrofas, con Gram variable.
- Rhodothermus marinus. Bacilo gramnegativo, aerobio, termófilo extremo y halófilo. Se ha estudiado su producción de enzimas termoestables, especialmente para hidrolizar polisacáridos y para la síntesis de ADN, ambas de interés para la industria.
- Deferribacter desulfuricans. Bacteria anaeróbica, termófilo extremo, heterótrofa, reductora de azufre, nitrato y arsenato.
- Marinithermus hydrothermalis. Bacilo o filamento gramnegativo, termófilo extremo, heterótrofa aerobia estricta.
- Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum. Especie marina, hipertermófila, anaerobia, gramnegativa, quimiolitoautótrofa (reductora de sulfato), no esporulada.
- Thermus aquaticus. Bacteria gramnegativa, hipertermófila, heterótrofa y aerobia. Sintetiza una enzima termoestable utilizada en la técnica de PCR, ADN polimerasa taq.
- Sulfurivirga caldicuralii. Termófilo extremo, quimiolitoautótrofo microaerófilo, oxidante del tiosulfato.
- Geobacillus stearothermophilus antes llamado Bacillus stearotermophilus. Bacilo grampositivo, esporulado, termófilo extremo. Sus esporas se utilizan en los laboratorios de microbiología como control biológico para evaluar el buen funcionamiento del autoclave.
- Género Nautilia. Las especies de este género son gramnegativos, hipertermófilos, aunque su rango de crecimiento es amplio, de vida marina, no forman esporas, son anaerobios obligados o microaerófilos.
Tabla comparativa entre las especies más relevantes
Referencias
- Gallut P. Aislamiento y cultivo de microorganismos asociados a oncoides de manantiales hidrotermales de Santispac, Bahía Concepción, BCS, México. Tesis para obtener el grado de Maestría en Ciencias. Recuperado de cibnor.repositorioinstitucional.
- Thermus aquaticus. Recuperado de es.wikipedia.org.
- Reyes T. Biodiversidad bacteriana marina: nuevos taxones cultivables. Tesis para optar al título de Doctor en biotecnología. Departamento de Microbiología y Ecología. Recuperado de uv.es.
- Sako Y, Takai K, Ishida Y, Uchida A, Katayama Y. Rhodothermus obamensis sp. nov., a modern lineage of extremely thermophilic marine bacteria. Int J Syst Bacteriol.