中溫生物

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中溫生物（英語：Mesophile）也稱嗜溫生物，是指在適中的溫度下生長最佳的生物，既不太熱也不太冷，最佳生長範圍為20至45°C（68至113°F）。[1]這些生物的最佳生長溫度為37°C（約99°F）。[2]該術語主要應用於微生物。而喜歡極端環境的生物則稱為嗜極生物（Extremophiles）。中溫生物分為兩個域，即細菌域、古生菌域和真核生物域下的真菌界。屬於細菌域的中溫細菌可以是革蘭氏陽性或革蘭氏陰性，對氧氣需求也可以是好氧的或厭氧的。中溫細菌有三種基本形狀，即球菌（Coccus）、桿菌（Bacillus）和螺旋菌（Spiral）。

棲息地[編輯]

中溫生物的棲息地包括奶酪和酸奶。它們通常在啤酒和葡萄酒的釀造過程中參與發酵。由於正常人體溫度為37°C，因此大多數人類病原體都是中溫生物，構成人類微生物群系的大多數生物也是如此。

中溫生物與嗜極生物[編輯]

中溫生物與嗜極生物相反。喜歡寒冷環境的嗜極生物被稱為低溫生物（Psychrophilic）；喜歡溫暖環境的嗜極生物被稱為高溫生物（Thermophilc），而在極端高溫環境中生存的嗜極生物被稱為超嗜熱生物（Hyperthermophile）。Zheng等人設計了一種基於基因組計算的方法來將細菌分類為嗜溫菌和嗜熱菌。[3]

適應性[編輯]

所有細菌都有適合它們自己生長的最佳環境和溫度。許多因素影響着生物的最佳溫度範圍，但有證據表明，特定的遺傳元素（等位基因）的表達可以改變生物的溫度敏感表型。2016年發表的一項研究表明，可以通過基因工程將嗜溫菌株改造為表達某些來自嗜冷菌的等位基因，從而改變嗜溫菌株的限制溫度範圍，使其與嗜冷菌株的溫度範圍非常接近。[4]

由於嗜溫菌的結構不太穩定，降低了蛋白質合成的靈活性。[5]在低溫下，嗜溫菌無法合成蛋白質。它們對溫度變化更敏感，膜的脂肪酸組成不允許很大程度的流動性。[6]將37℃的最佳溫度降低到0至8℃會導致蛋白質合成逐漸減少。在低溫下誘導產生冷誘導蛋白（CIP），然後這些蛋白質會合成冷休克蛋白（CSP）。回到最佳溫度時，蛋白質合成會增加，這表明嗜溫菌高度依賴於溫度。[7]氧氣的可用性也會影響微生物的生長。[8]

有兩種說法可以解釋為什麼嗜熱菌能夠在如此高的溫度下生存，而嗜溫菌則不能。最明顯的解釋是，嗜熱菌被認為具有相對更穩定的細胞成分，因此嗜熱菌能夠在比嗜溫菌更高的溫度下生存。[9]另一種解釋，以Gaughran和Allen的著作為代表，認為快速再生損壞的細胞成分是解決生物對熱穩定性問題的關鍵。[9]

氧氣需求[編輯]

不同的中溫微生物對氧氣的需求存在巨大的差異。需要氧氣進行呼吸作用的被稱為好氧，而不需要氧氣的被稱為厭氧。厭氧菌分為三種，即兼性厭氧菌（Facultative anaerobe）、專性厭氧菌（Obligate anaerobe）和耐氧厭氧菌（Aerotolerant）。兼性厭氧菌在缺氧條件下生長，使用發酵代替呼吸作用。在發酵過程中，糖會轉化成酸、酒精或氣體。如果存在氧氣，它將使用好氧呼吸作用代替。專性厭氧菌無法在氧氣存在的條件下生長。而耐氧厭氧菌則可以承受氧氣存在的條件。

作用[編輯]

微生物在有機物分解和營養礦化過程中扮演着重要的角色。在水生環境中，生態系統的多樣性為中溫菌的多樣性提供了可能。每種中溫菌的作用都依賴於周圍環境，其中最重要的是溫度範圍。[10]像中溫菌和嗜熱菌這樣的細菌由於在發酵過程中的作用而被用於製作奶酪。傳統微生物學家使用以下術語來表示細菌生長的一般（稍微主觀的）最佳溫度：嗜冷菌（15至20°C）、中溫菌（30至37°C）、嗜熱菌（50至60°C）和極嗜熱菌（高達122°C）。[11] 出於同樣的原因，中溫菌和嗜熱菌都被用於奶酪製作，然而它們在不同的溫度下生長、繁衍和死亡。由於嗜冷菌在較低溫度下（如冰箱中）生長的能力，它們會導致乳製品變質、發霉或變壞。

例子[編輯]

一些值得注意的中溫菌包括單核細胞增生性李斯特菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。 中溫菌種的其他例子包括科氏梭菌、嗜麥芽糖寡養單胞菌、新斯塔基氏菌、化膿性鏈球菌和肺炎鏈球菌。不同類型的疾病和感染的病原體通常來中溫細菌，如上面列出的那些細菌。

單核細胞增生性李斯特菌[編輯]

單核細胞增生性李斯特菌（Listeria monocytogenes）是一種革蘭氏陽性菌。它與芽孢桿菌和葡萄球菌關係密切。它是一種兼性厭氧的棒狀細菌，通過周生鞭毛運動。單核細胞增生性李斯特菌的活動範圍為20至25°C。[12]在最佳溫度下，它會失去運動能力。這種細菌會導致通過受污染的食物引起的李斯特菌病。[12]

金黃色葡萄球菌[編輯]

金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）於1880年首次被發現。[13]它會導致因傷口而引起的不同感染。這種細菌能夠克服人體的自然防禦機制。金黃色葡萄球菌導致的長期感染包括肺炎、腦膜炎和骨髓炎等。金黃色葡萄球菌通常在醫院環境中很常見。[13]

大腸桿菌[編輯]

大腸桿菌（Escherichia coli）是一種革蘭氏陰性、兼性厭氧、不產生孢子的杆狀細菌。[14]該細菌是腸桿菌科的成員。它能夠產生不耐熱或耐熱的腸毒素。[14]大腸桿菌的其他特徵有氧化酶陰性、檸檬酸鹽陰性、甲基紅陽性和伏普試驗陰性。大腸桿菌一種大腸菌群。它能夠利用葡萄糖和醋酸鹽作為發酵的碳源。大腸桿菌通常存在於生物體的腸道中。[15]大腸桿菌具有許多能力，例如作為重組DNA的宿主和作為病原體。[15]

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ Willey, Joanne M., Linda Sherwood, Christopher J. Woolverton, and Lansing M. Prescott. Prescott, Harley, and Klein's Microbiology. New York: McGraw-Hill Higher Education, 2008. Print.
  2. ^ Schiraldi, Chiara; De Rosa, Mario, Mesophilic Organisms, Drioli, Enrico; Giorno, Lidietta (編), Encyclopedia of Membranes, Berlin, Heidelberg: Springer: 1–2, 2016 [2022-05-22], ISBN 978-3-642-40872-4, doi:10.1007/978-3-642-40872-4_1610-2 （英語） 
  3. ^ Hao Zheng; Hongwei Wu. Gene-centric association analysis for the correlation between the guanine-cytosine content levels and temperature range conditions of prokaryotic species. BMC Bioinformatics. 2010, 11 (Suppl 11): S7. PMC 3024870 可免費查閱. PMID 21172057. doi:10.1186/1471-2105-11-S11-S7. 
  4. ^ Pankowski, Jarosław A.; Puckett, Stephanie M.; Nano, Francis E. Temperature Sensitivity Conferred by ligA Alleles from Psychrophilic Bacteria upon Substitution in Mesophilic Bacteria and a Yeast Species. Applied and Environmental Microbiology. 15 March 2016, 82 (6): 1924–1932. Bibcode:2016ApEnM..82.1924P. ISSN 0099-2240. PMC 4784036 可免費查閱. PMID 26773080. doi:10.1128/AEM.03890-15. 
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  6. ^ Li, K.Y.; Torres, J. A. EFFECTS of TEMPERATURE and SOLUTE ON the MINIMUM WATER ACTIVITY FOR GROWTH and TEMPERATURE CHARACTERISTIC of SELECTED MESOPHILES and PSYCHROTROPHS. Journal of Food Processing and Preservation. 1993, 17 (4): 305–318. doi:10.1111/j.1745-4549.1993.tb00733.x. 
  7. ^ Perrot, F., Hébraud, M., Junter, G.-A. and Jouenne, T. "Protein synthesis in Escherichia coli at 4°C. Electrophoresis." 2000, 21: 1625–1629. doi:10.1002/(SICI)1522-2683(20000501)21:8<1625::AID-ELPS1625>3.0.CO;2-4
  8. ^ Sinclair, N. A. ; Stokes, J. L. " ROLE OF OXYGEN IN THE HIGH CELL YIELDS OF PSYCHROPHILES AND MESOPHILES AT LOW TEMPERATURES." The Journal of Bacteriology, 1963, Vol. 85(1), p.164 [Peer Reviewed Journal]
  9. ^ 9.0 9.1 Koffler, Henry. Protoplasmic differences between mesophiles and thermophiles. Bacteriological Reviews. 2016-11-28, 21 (4): 227–240. ISSN 0005-3678. PMC 180904 可免費查閱. PMID 13488883. doi:10.1128/MMBR.21.4.227-240.1957. 
  10. ^ Ferroni, G.D., Kaminski, J.S. "Psychrophiles, psychrotrophs, and mesophiles in an environment which experiences seasonal temperature fluctuations." Canadian Journal of Microbiology, 1980, 26:1184-1191, 10.1139/m80-198
  11. ^ Johnson, Mark. "Mesophilic and Thermophilic Cultures Used in Traditional Cheesemaking." Cheese and Microbes. Washington: ASM Publishing. 2014. Web.
  12. ^ 12.0 12.1 Magalhã£Es, R. (2014). Listeria monocytogenes. 450-461.
  13. ^ 13.0 13.1 Todd, E. (2014). Staphylococcus Aureus. 530-534
  14. ^ 14.0 14.1 Robinson, Richard K.. (2000). Encyclopedia of Food Microbiology, Volumes 1-3 - Escherichia Coli. Elsevier. Online version available at: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt0051LGG3/encyclopedia-food-microbiology/escherichia-coli （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  15. ^ 15.0 15.1 Robinson, Richard K.. (2000). Encyclopedia of Food Microbiology, Volumes 1-3 - Escherichia Coli. Elsevier. Online version available at: http://app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt0051K7I1/encyclopedia-food-microbiology/ecology-bacteria-escherichia-3 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
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