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好熱菌は、 41～122 ℃（106～252 °F）の比較的高い温度で生育する極限環境微生物の一種です。[ 1 ] [ 2 ]好熱菌の多くは古細菌ですが、細菌や真菌も存在します。好熱性細菌は、最も初期の細菌の一つであったと考えられています。[ 3 ]
好熱菌は、イエローストーン国立公園の温泉や深海の熱水噴出孔など、地球の地熱で加熱された地域、また泥炭地や堆肥などの腐敗した植物性物質に生息しています。好熱菌は高温下でも生存できますが、他の細菌や古細菌は同じ温度にさらされると損傷を受け、場合によっては死滅します。
好熱菌の酵素は高温で機能します。これらの酵素の一部は分子生物学で使用されており、たとえばPCRで使用されるTaqポリメラーゼなどがあります。[ 4 ] 「好熱菌」はギリシャ語のθέρμη （ローマ字表記: thérmē）「熱」とギリシャ語のφιλία （ローマ字表記: philía ）「愛」に由来します。
比較調査によると、好熱菌の多様性は主に温度ではなくpHによって左右されることが示唆されている。[ 5 ]
好熱菌はさまざまな方法で分類できます。ある分類では、これらの生物を最適な生育温度に基づいて分類します。[ 6 ]
関連する分類では、好熱菌は以下のように分類されます。
多くの超好熱性古細菌は、生育に元素硫黄を必要とする。中には、嫌気性細胞呼吸において酸素の代わりに硫黄を電子受容体として利用する嫌気性生物もいる。また、硫黄を酸化して硫酸を生成し、エネルギー源とする無機栄養生物も存在し、そのため微生物は非常に低いpHに適応する必要がある（つまり、好酸性かつ好熱性である）。これらの生物は、温泉、間欠泉、噴気孔など、火山活動に伴う高温で硫黄が豊富な環境に生息している。特にイエローストーン国立公園のような場所では、微生物はそれぞれの最適温度に応じて分布が分かれている。これらの生物は、光合成色素の存在により、しばしば着色している。
好熱菌はゲノムの特徴から中温菌と区別することができる。例えば、中温菌と好熱菌に系統発生、酸素要求量、塩分濃度、生息環境条件に関係なく関連解析を適用した場合、いくつかの特徴的な遺伝子のコード領域のGC含量レベルは温度範囲条件と一貫して相関していることが確認された。[ 7 ]
真菌は、真核生物ドメインの中で50～60 ℃の温度範囲で生存できる唯一の生物群です。 [ 8 ]好熱性真菌は多くの生息地から報告されており、そのほとんどは真菌目Sordarialesに属しています。[ 9 ]好熱性真菌は、特に植物バイオマスの分解のための産業的に重要な耐熱性酵素を生産する能力があるため、バイオテクノロジーの面で大きな可能性を秘めています。[ 10 ]
Sulfolobus solfataricusとSulfolobus acidocaldariusは超好熱性古細菌です。これらの生物が、DNA 損傷剤であるUV 照射、ブレオマイシン、またはマイトマイシン Cに曝されると、種特異的な細胞凝集が誘導されます。 [ 11 ] [ 12 ] S. acidocaldarius では、UV 誘導細胞凝集が染色体マーカーの交換を高頻度で媒介します。 [ 12 ] 組換え率は、誘導されていない培養の組換え率を最大 3 桁上回ります。Frols ら[ 11 ] [ 13 ]および Ajon ら[ 12 ] (2011) は、細胞凝集がSulfolobus細胞間の種特異的な DNA 転送を促進し、相同組換えによる損傷 DNA の修復を増加させるという仮説を立てました。ヴァン・ウォルフェレンらは、極限条件下における超好熱菌のDNA交換について議論し、DNA交換は相同組換えによるDNA修復に役割を果たしている可能性が高いと指摘した。彼らは、このプロセスは高温などのDNA損傷条件下では重要であると示唆した。また、スルフォロブスにおけるDNA転移は、細胞間の種特異的なDNA転移と相同組換えによるDNA損傷修復に関連する、よりよく研究されている細菌形質転換システムと同様の原始的な形態の性的相互作用である可能性も示唆されている。 [ 14 ]
Thermus aquaticusは歴史的に重要な種である。その発見は、生物が生育できると考えられていた最高温度を押し上げ、 [ 15 ]また、その耐熱性DNAポリメラーゼにより、酵素を変性させることなくDNAを迅速に増幅する効率的な方法を開発することが可能となり、PCR検査の改善における重要なステップとなった。 [ 15 ]