Þjóðviljinn - 12.04.1989, Blaðsíða 9

Hitakærar
örverur og ensím
eftir dr. Jakob K. Kristjánsson
jARKENNSLÁ
Efni greinarinnartengist útvarpsþáttum Fjarkennslunefnd-
ar um líffræði sem fluttir eru vikulega (mánudögum kl.
21.30) á RÚV/Ftás 1.
Hitastig hefur mikil áhrif á all-
ar lifandi verur og eru þær aðlag-
aðar mismunandi umhverfi að
þessu leyti. Hitakærar örverur er
sérstæður hópur lífvera, sem þró-
ast hefur í heitum hverum. Allir
byggingarhlutar þessara örvera,
t.d. ensím, eru þess vegna hita-
þolnari en almennt gerist í öðrum
lífverum. Slíka eiginleika má nú
hagnýta á ýmsan hátt í líftækni.
Hitakærar
örverur
Af þeim fjölmörgu umhverfis-
þáttum sem haft geta áhrif á starf-
semi og þróun lífvera er hitastigið
einn sá mikilvægasti. Hitastigið
hefur bein áhrif á ástand bygging-
areininga frumunnar, svo sem
próteina, kjarnsýra og himna.
Beint samband er á milli hitastigs
og efnaskiptahraða, sem hefur
því áhrif á alla starfsemi frum-
unnar. Flestar lífverur, þar með
taldar allar örverur, geta ekki
varið sig fyrir hitaáhrifum um-
hverfisins og lifa því við breyti-
legt innra hitastig.
Höfundurinn
Höfundur er lífefnafræðingur
að mennt. Hann lauk B.S. prófi
frá Háskóla íslands 1976 og dokt-
orsprófi frá Brandeis University í
Bandaríkjunum 1980. Hann
stundaði síðan rannsóknir við
Marburg Universitát í V-
Þýskalandi 1981 til 1982 og hóf
kennslu- og rannsóknastörf við
Háskóla íslands sama. ár. Hann
er nú forstöðumaður Líftækni-
sviðs Iðntæknistofnunar íslands
og jafnframt í 50% lektorsstöðu
Við Háskóla íslands.
Með hækkandi umhverfishita-
stigi fer fjölbreytni innan lífríkis-
ins minnkandi og t.d. lifa engin
dýr eða plöntur við hærra hitastig
en 50. Vissar tegundir sveppa
geta vaxið við hæst hitastig af
öllum heilkjarna örverum, eða
um 60.
Örverur með kjörhitastig á
milli 45-55 eru mjög algengar og
má t.d. auðveldlega einangra þær
úr jarðvegi á köldum svæðum.
Þær eru einnig oftast náskyldar
tegundum með lægra kjörhita-
stig. Hitakærir sveppir eru einnig
mjög algengir og geta þeir, ásamt
hitakærum jarðvegsbakteríum,
valdið hitamyndun í heyi og líf-
rænum leifum. Við slíkar aðstæð-
ur getur hitastigið jafnvel farið
yfir 70, sem e.t.v. skýrir hvers
vegna þessar örverur finnast á
köldum svæðum. Bakteríur
með kjörhitastig yfir 60 er annars
yfirleitt ekki að finna í venju-
legum köldum jarðvegi. Þær eru
bundnar við heita staði og virðast
almennt fjarskyldar tegundum
með lægra kjörhitastig. Ýmis
dæmi eru þekkt um heita staði
sem eru til orðnir af mannavöld-
um, svo sem miðstöðvarkerfi,
afrennsli orkuvera og verksmiðja
og hafa háhitakærar bakteríur oft
sest þar að. Einu staðirnir sem
eru varanlega heitir frá náttúr-
unnar hendi eru hverir og laugar
á jarðhitasvæðum og þar hljóta
háhitakærar bakteríur að hafa
þróast. Jarðhitasvæði með yfir-
borðshitastigi um eða yfir 100
hljóta að hafa verið til frá upphafi
lífs á jörðinni. Háhitakærar bakt-
eríur eiga því örugglega langan
þróunarferil að baki og er jafnvel
talið að sumar þeirra geti verið
fulltrúar „elstu“ lífvera jarðar-
innar.
Af ljóstillífandi lífverum eru
það svonefndar „grænar" bakter-
íur, sem ná lengst, með hámarks-
vaxtarhitastig um 72. Þær til-
heyra ættkvíslinni Chloroflexus
sem eru þráðlaga bakteríur og
mjög algengar í vatnshverum.
Fulltrúar flestra gerða eigin-
legra baktería („eubacteria"),
sem geta vaxið við allt að 85 hafa
verið einangraðar úr hverum. Þar
er um að ræða bæði frumbjarga
(efnatillífandi) og ófrumbjarga1
bakteríur af ýmsum gerðum.
Best þekktar í þessum hópi eru
vafalítið Thermus-tegundir en
þær eru ófrumbjarga bakteríur
sem eru mjög algengar í vatns-
hverum.
Allmargar tegundir hverabakt-
ería sem geta vaxið yfir 85 hafa
verið einangraðar á síðustu
árum. Þær hafa allar reynst til-
heyra nýjum flokki baktería, sem
kallast Archaebacteria eða
„fornbakteríur“. Til Archaebact-
eria teljast einnig methanmynd-
andi bakteríur og saltkærar bakt-
eríur. Þessi hópur baktería er
mjög frábrugðinn hinum eigin-
legu bakteríum (eubacteria).
Efnasamsetning helstu bygging-
arhluta svo sem frumuhimnu og
frumuveggs er t.d. mjög mismun-
andi hjá tveimur hópum. Archa-
ebacteria eru taldar vera a.m.k.
jafnfjarskyldar venjulegum bakt-
eríum og þær síðarnefndu eru
fjarskyldar heilkjörnungum.
Margar hínna háhitakæru „forn-
baktería" voru fyrst einangraðar
úr leirhverum á íslandi en hafa
síðan fundist víðar.
Fyrsta lífveran, sem fannst og
gat vaxið við hærra hitastig en 100
var bakterían Pyrodictium occ-
ultum. Hún var einangruð árið
1982 úr neðansjávarhver við
strönd Ítalíu og hefur kjörhitastig
105 og hámarkshitastig um 110.
Margar bakteríur hafa síðan
fundist, sem geta lifað við 100 þar
á meðal er Pyrobaculum islandic-
um, sem eins og nafnið bendir til,
er af íslenskum ættum.
Ensím
Starfsemi lífvera felst öll í
margvíslegum efnabreytingum.
Stjórnun á lífstarfsemi felst þess
vegna í því að stjórna (örva eða
draga úr) hraða allra þessara
efnabreytinga. í lífverum er það
allt gert með ensímum. Þess
vegna er til svo mikill fjöldi mis-
munandi ensíma. Talið er að í
einni frumu saurgerilsins Escher-
ichiacoliséua.m.k. 10.000 gerðir
ensíma. Ensím eru yfirleitt ákaf-
lega sértæk og geta aukið hraða
efnahvarfa a.m.k. miljón sinn-
um. Eitt milligram af ensími get-
ur því framkvæmt efnahvörf á
einni sekúndu sem tæki áratugi
án ensímsins.
Notkun ensíma á sér langa
sögu en einna umfangsmest hefur
hún líklega verið í þvottaefnum
(próteinuppleysandi ensím) og í
sykuriðnaði. Um 90% af
heimsmarkaði fyrir iðnaðarens-
ím eru reyndar hitaþolin ensím
notuð á þessum tveimur sviðum.
Hitaþolin ensím
Hitaþolin ensím eru þegar not-
uð mikið í iðnaði og reyndar eru
flestir iðnaðarferlar sem nota
ensím, keyrðir við 50C eða
hærra.
Flest núverandi iðnaðarensím
eru vel virk upp að 60-65C en
endast ekki mjög lengi við það
hitastig, enda eru þau flest unnin
úr miðlungshitakærum örverum.
Verulega hitaþolin ensím er hins
vegar aðeins að finna hjá hvera-
örverum.
Nánast öll ensím úr bakteríum
með kjörvaxtarhitastig 70-80 eru
algerlega stöðug og virk í langan
tíma við 60-65. Ensímin eru því
mun hitaþolnari en flest þau ens-
ím sem nú eru fáanleg.
Helstu kostir þess að nota hita-
þolin ensím í iðnaði eða til mæl-
inga eru eftirfarandi:
Vegna þess að ensímin eru
hitaþolnari þá endast þau lengur.
Þau eru óvirk við lágt hitastig og
geymast því lengi við slíkar að-
stæður. Hitaþolin ensím þola
hærri styrki af lífrænum leysiefn-
um, sýru, basa og fleiru þ.h. Hit-
aþolin ensím þola harkalegri
meðferð við hreinsun, sem þýðir
betri heimtur og að auðveldara er
að fá mjög hrein ensím. Þetta
gildir einnig um hreinsun hitaþol-
inna ensíma eftir að þau hafa ver-
ið framleidd með erfðatækni í
öðrum lífverum. Flest efnahvörf
ganga hraðar við hærra hitastig
og leysanleiki flestra torleystra
efna eykst einnig. Það þýðir að
nota má hærri styrki sem leiðir
m.a. til betri nýtingar á tækja-
búnaði. Seigjaminnkarvið hærra
hitastig og hraði í massaflutningi
(mass transfer rate) eykst. Þetta
þýðir m.a. minni orkunotkun við
hræringu og dælingu. Hátt hita-
stig minnkar mengunarhættu frá
óæskilegum örverum og kemur
alveg í veg fyrir að sýklar þrífist.
Ókostir geta fylgt því að nota
hærra hitastig, t.d. eru sum efni
hitanæm, leysanleiki lofttegunda
(t.d. súrefnis) er minni, erfiðara
er að eyðileggja hitaþolin ensím
ef þess væri talin þörf og meira
álag er á tækjabúnaði við hátt
hitastig.
í flestum tilfellum eru og verða
ensím notuð á flókin lífræn efni
og efnablöndur (t.d. matvæli)
sem sjaldan þola hitun yfir 100,
nema þá í stuttan tíma. Þess
vegna er líklegt að ekki sé svo
mikil þörf fyrir ensím úr „eldkær-
um“ (pyrophilic) bakteríum sem
vaxa við 100 og yfir. í flestum
tilfellum mun heppiiegt hitastig
verða á bilinu 60-90. Ljóst er að
til er mikill fjöldi baktería af ýms-
um gerðum sem lifir á þessu hita-
stigsbili. Þegar er mikið um þær
vitað og mun auðveldara er að
vinna með þær á alla lund heldur
en hinar sem vaxa við hitastig yfir
90.
Þetta eru m.a. ástæður þess að
við vinnum mest með bakteríur,
sem lifa við 70-85, í okkar eigin
rannsóknum.
Rannsóknir á
íslandi
Árið 1982 hóf höfundur í sam-
vinnu við Guðna Alfreðsson pró-
fessor rannsóknir á lífríki hvera
og lauga á íslandi. Vistfræði
hveranna var rannsökuð og fjöldi
baktería var einangraður, bæði
þekktar tegundir og nýjar. Til
dæmis fannst ný tegund, Rhodot-
hermus marinus, í fjöruhverum á
Reykjanesi við ísafjarðardjúp.
Frá árinu 1985 hefur megin-
áherslan verið á líftæknilegar
rannsóknir með það markmið að
hagnýta hitaþolin ensím, sem
unnin væru úr íslenskum hvera-
örverum. Þessar rannsóknir fara
nú að mestu fram á Iðntækni-
stofnun íslands en eru unnar í
samvinnu við marga innlenda og
erlenda aðila.
Heimildir:
JakobK. Kristjánsson ogGuðniÁ.
Alfreðsson, 1986. Lífríki hveranna.
Náttúrufræðingurinn 56:49-68.
Huber, R., Jakob K. Kristjánsson
og K.O. Stetter 1987. Pyrobaculum
gen. nov., a new genus of neutrophil-
ic rod-shaped archaebacteria from
continental solfataras growing optim-
ally at 100C. Arch. Microbiol.
149:95-101.
Guðni Á. Alfreðsson, Jakob K.
Kristjánsson, Sigríður Hjörleifsdóttir
og K.O. Stetter 1988. Rhodothermus
marinus, gen. nov.,sp. nov., atherm-
ophilic, halophilic bacterium from su-
bmarine hot springs in Iceland. J.
Gen. Microbiol. 134:299-306.
Fjarkennslunefnd er nefnd sem
skipuð er af menntamálaráðuneyti til
að vinna að eflingu fjarkennslu hér á
landi. Framkvæmdastjóri Fjar-
kennslunefndar er dr. Sigrún Stef-
ánsdóttir, vs. 693000.
Umsjón með gerð útvarpsþátta fjar-
kennslunefndar annast Steinunn
Helga Lárusdóttir.
Umsjón með birtingu greina og efnis í
tengslum við útvarpsþætti Fjar-
kennslunefndar annast Jón Erlends-
son, forstöðumaður upplýsingaþjón-
ustu Háskólans, vs. 629920-21.
Frá menntamálaráðuneytinu
Lausar stöður við framhaldsskóla
Við Framhaldsskólann á Húsavík eru lausar kennarastöður í
eftirtöldum greinum: stærðfræði, íslensku, dönsku, ensku, þýsku,
frönsku og viðskiptagreinum.
Auk þess vantar stundakennara í faggreinum í raf-, tré-, og málm-
iðna. Upplýsingar gefur skólameistari í símum 96-42095 og 96-
41344.
Við Framhaldsskólann á Laugum í Suður-Þingeyjarsýslu er
laus til umsóknar staða skólameistara.
Umsóknir ásamt upplýsingum um menntun og fyrri störf sendist
menntamálaráðuneytinu, Hverfisgötu 6, 150 Reykjavík fyrir 29.
apríl.
Umsóknir um stundakennslu sendist skólameistara sem veitir
allar nánari upplýsingar.
Menntamálaráðuneytið
LÖGREGLUSTJÓRINN
Á KEFLAVÍKURFLUGVELLI
Laus staða
Staða deildarstjóra íTollgæslunni á Keflavíkur-
flugvelli, er laus til umsóknar.
Umsóknum, er tilgreini menntun og fyrri störf,
skal skila til skrifstofu minnar fyrir 4. maí nk.
Staðan veitist frá 1. júní nk.
Lögreglustjórinn á Keflavíkurflugvelli,
6. apríl 1989
Þorgeir Þorsteinsson

NGA
Leiguíbúðir aldraðra
að Hjallabraut 33
Til leigu eru 5 hjónaíbúðir í eigu Hafnarfjarðar-
bæjar að Hjallabraut 33. Skilyrði þess að koma
til greina við úthlutun er að viðkomandi sé 60
ára eða eldri og hafi búið í Hafnarfirði a.m.k. 3 ár
eða lengur.
Nánari upplýsingar veitir bæjarritari.
Umsóknir er m.a. tilgreina núverandi húsnæð-
isaðstöðu og tekjur á árinu 1988 skulu berast
undirrituðum eigi síðar en 1. maí n.k.
Bæjarstjórinn í Hafnarfirði