嗜熱菌

嗜熱菌（俗稱高溫菌，也稱嗜熱微生物），是一類生活在高溫環境中的微生物，廣泛分佈在溫泉、堆肥、地熱區土壤、火山地區以及海底火山地等。兼性嗜熱菌最適宜生長溫度在50-65℃之間，專性嗜熱菌最適宜生長溫度則在65-70℃之間。在冰島，有一種嗜熱菌可在98℃的溫泉中生長。在美國黃石國家公園的含硫熱泉中，曾經分離到一株嗜熱的兼性自養細菌——酸熱硫化葉菌（SULFOLOBUS），它們可以在高於90℃的溫度下生長。

1）兼性嗜熱菌：最高生長溫度在40～50℃之間，但最適生長溫度仍在中溫範圍內，故又稱為耐熱菌。

2）專性嗜熱菌：最適生長溫度在40℃以上，40℃以下則生長很差，甚至不能生長。

3）極端嗜熱菌：最適生長溫度在65℃以上，最低生長溫度在40℃以上。

嗜熱菌種類很多，營養範圍亦非常廣泛，但多數種類營異養生活，營自養生活的嗜熱菌主要包括產甲烷細菌和硫化細菌，不過其中有一部分是混合營養型。

嗜熱菌對pH值的要求，有兩個絕然不同的範圍，嗜酸嗜熱的最適pH範圍為1.5～4，而另一類群pH範圍都是5.8～8.5。極端嗜鹼的嗜熱菌至今尚未發現。

科學家曾從義大利一處海底火山口附近的硫磺礦區分離到的一種極端嗜熱菌Pyrodictium，該處的海床由熱礦沉積物和被硫覆蓋的洞隙組成，海床上不斷噴射出熱海水和火山氣。海床的溫度為103℃。Pyrodictium生長的溫度範圍85～110℃，最適生長溫度為105℃；pH值範圍5～7；對鹽分的適應範圍很廣，為1.2％～12％，最適鹽度為1.5％；嚴格化能無機營養型，利用H2和元素硫形成大量的H2S；嚴格厭氧，暴露在氧氣下，數分鐘后即失活。該菌在保持H2／CO2氣相條件、並供給硫的人工合成海水中能夠生存，在培養過程中，加入酵母浸出液和蛋白腖可刺激其生長。

對於嗜熱菌為什麼在高溫下仍然能夠不失活性並進行正常生長，有研究工作認為有如下幾方面的原因：

1）類脂的敏感作用：嗜熱菌細胞質膜的化學成分，隨環境溫度的升高不僅類脂總含量增加，而且細胞中的高熔點飽和脂肪酸也增加，即長鏈飽和脂肪酸增加，不飽和脂肪酸減少。脂肪酸熔點的高低和熱穩定性呈如下順序：直鏈飽和脂肪酸＞帶支鏈飽和脂肪酸＞不飽和脂肪酸。

另外，飽和脂肪酸比不飽和脂肪酸能形成更多的疏水鍵，從而進一步增加膜的穩定性。眾所周知，細胞膜由雙層類脂構成，但古細菌中嗜熱菌其雙層類脂進行了共價交聯，成為兩面都是水基的單層脂，並且保持了完整的疏水層，這種結溝，極大地增強了其耐熱性。

2）重要代謝產物的迅速再合成：嗜熱菌中tRNA的周轉率大於中溫菌的周轉率；並且，其DNA中的G－C含量高於中溫菌的G－C含量。一般中溫菌的G－C含量為44.9mol％，而嗜熱芽飽桿菌

DNA中的G－C含量為53.2mol％。G－C含量越高，DNA分子的解鏈溫度也越高。嗜熱菌在高溫下不但熱穩定性高，而且代謝快，其速率等於或大於熱不穩定代謝物的轉化，因此，重要代謝產物能夠迅速再合成。

3）蛋白質的熱穩定性：科學家已從嗜熱菌中分離出多種蛋白質，其中包括許多重要的酶類，它們的熱穩定性高於中溫型細菌的類似蛋白，而且，在細胞內生活狀況下二這種差別更加明顯。也就是說嗜熱菌蛋白質的熱穩定性取決於兩個方面：一方面，其蛋白質的天然結構更加穩定；另一方面，嗜熱菌細胞內存在著促進熱穩定性的因素。實驗證明，蛋白質一級結構中個別氨基酸的改變，就可導致其熱穩定性的改變。嗜熱菌蛋白質天然結構的穩定性，可能就是由於其中個別氨基酸的細微改變而引起的，至於究竟有哪些改變，還有待科學家的進一步研究。

嗜熱菌在開發應用方面也有著廣闊的前景：

嗜熱菌可用於細菌浸礦、石油及煤炭的脫硫。在一些污泥、溫泉和深海地熱海水中，生活著能產甲烷的嗜熱細菌，生活的環境溫度高，鹽濃度大，壓力也非常高，在實驗室很難分離和培養。嗜熱真菌通常存在於堆肥、乾草堆和碎木堆等高溫環境中，有助於一些有機物的降解。利用嗜熱菌對廢水廢料進行厭氧處理，可提高反應速度，消滅污水污物中的病原微生物。

在發酵工業中，可以利用其耐高溫的特性，提高反應溫度，增大反應速度，減少中溫型雜菌污染的機會。嗜熱菌可用於生產多種酶製劑，例如纖維素酶、蛋白酶、澱粉酶、脂肪酶、菊糖酶等，由這些微生物中產生的酶製劑具有熱穩定性好、催化反應速率高，易於在室溫下保存。

此外，嗜熱菌研究中最引人注目的成果之一就是將水生棲熱菌中耐熱的Taq DNA聚合酶用於基因的研究和遺傳工程的研究以及基因技術的廣泛應用中。