Термофи́лы, или Термофильные организмы (от  — тепло и  — люблю), — живые организмы, способные существовать при постоянно высоких температурах. Термофилы нередко рассматриваются как частный случай экстремофилов. Подразделяются на умеренные (оптимум роста 45–60 °C), экстремальные (60–80 °C) и гипертермофильные (свыше 80 °C).

Термофильными считаются микроорганизмы, которые живут при температуре выше . Термофилы были найдены в различных геотермальных регионах Земли: например, в горячих источниках, похожих на источники Йеллоустонского национального парка (США), в морских гидротермальных источниках. Другие места обитания термофильных микроорганизмов — верхние слои почвы, сильно нагреваемой солнцем, а также саморазогревающиеся под действием термогенных бактерий органические материалы типа навоза, торфа, сена или зерна.

Одной из причин выживания термофилов является наличие у них ферментов, способных функционировать при высоких температурах. В молекулярной биологии и в производстве моющих средств используются некоторые из этих ферментов (например, теплостойкая ДНК-полимераза в полимеразной цепной реакции). Термофилы делятся на облигатных и факультативных: облигатные термофилы (также известные как крайние термофилы) постоянно требуют таких высоких температур для роста, но факультативные термофилы (умеренные термофилы) могут расти как при высоких температурах, так и при низких (ниже ). Гипертермофилы — некоторые экстремальные термофилы, для которых оптимальные температуры выше . Многие термофильные микроорганизмы относятся к домену архей.

Известны бактерии и археи, которые продолжают развиваться при температурах от 70 до 110 °C; для микроскопических грибов и водорослей максимальные температуры нормального развития составляют от 55 до , у простейших — от 45 до .

Иногда термин «термофилы» используют в более широком смысле, включая в это понятие те организмы, которые обитают как паразиты либо сапрофиты в теле теплокровных животных при температуре от 35 до , а также обитающих в тропиках животных и растения (при таком подходе теплолюбивые растения рассматриваются как частный случай термофилов).

Для животных-термофилов характерно наличие достаточно высокой температурной границы, ниже которой они не могут существовать. К примеру, рачок Thermosbaena mirabilis, живущий в источниках с температурой от 40 до , погибает, если температура опускается ниже .

Применение Термофильные микроорганизмы подразделяются на умеренные (оптимум роста 45–60 °C), экстремальные (60–80 °C) и гипертермофильные (свыше 80 °C) и применяются в биоремедиации промышленных загрязнителей благодаря устойчивости клеточных мембран и компактной структуре белков, стабилизированных солевыми мостиками и гидрофобными ядрами. Термозимы сохраняют каталитическую активность при повышенных температурах, снижают вязкость сред, повышают растворимость гидрофобных веществ и ускоряют массоперенос субстратов, что позволяет обрабатывать неохлаждённые стоки текстильных, нефтехимических и горнодобывающих предприятий без предварительного охлаждения.

Термофилы разлагают алканы, ароматические соединения и полициклические ароматические углеводороды посредством монооксигеназ, цитохрома P450 и дегидрогеназ с последующим β-окислением; повышенная температура увеличивает биодоступность загрязнителей. В текстильных стоках азоредуктазы, лакказы и пероксидазы расщепляют азосвязи и минерализуют хромофорные группы. Тяжёлые металлы и металлоиды (хром, ртуть, мышьяк, кадмий, свинец) обезвреживаются биосорбцией на клеточной стенке, ферментативным восстановлением, метилированием, преципитацией и биоминерализацией.

Термофильные процессы обеспечивают ускоренную кинетику, сокращение гидравлического времени удерживания, снижение образования осадка и устойчивость к шоковым нагрузкам токсикантов. Метагеномика, метаболическая инженерия и синтетическая биология расширяют возможности конструирования консорциумов и иммобилизованных систем. Биоремедиация с участием термофилов способствует достижению целей устойчивого развития в области чистой воды, ответственного потребления ресурсов и климатических действий.

Примечания

Литература

Brock Th. D. Thermophilic Microorganisms and Life at High Temperatures — New York: Springer-Verlag, 1978. Hamilton S. C., Farchaus J. W., Davis M. C. DNA polymerases as engines for biotechnology // Biotechniques, 31: 370—376, 378—380, 382—383. — 2001. Mattila P., Korpela J., Tenkanen T., Pitkanen K. Fidelity of DNA synthesis by the Thermococcus litoralis DNA polymerase--an extremely heat stable enzyme with proofreading activity // Nucleic Acids Res. Sep 25; 19 (18): 4967—4973. — 1991. Zierenberg R. A., Adams M. W. W., Arp A. J. Life in extreme environments: Hydrothermal vents // Proc Natl Acad Sci U S A. 2000, November; 97(24): 1296112962.