Psychofilné charakteristiky, typy a príklady



psychrofil sú subtypom extrémofilných organizmov charakterizovaných nízkymi teplotami, zvyčajne medzi -20 ° C a 10 ° C, a obsadzovaním trvalo chladných biotopov. Tieto organizmy sú zvyčajne baktérie alebo archaea, existujú však metazoany, ako sú lišajníky, riasy, huby, háďatká a dokonca hmyz a stavovce..

Studené prostredia dominujú v biosfére Zeme a sú kolonizované bohatými a rôznorodými mikroorganizmami, ktoré hrajú potenciálne kritickú úlohu v globálnych biogeochemických cykloch..

Okrem podpory nízkych teplôt musia byť psychrofilné organizmy prispôsobené aj iným extrémnym podmienkam, ako sú vysoké tlaky, vysoké koncentrácie solí a vysoké ultrafialové žiarenie..

index

  • 1 Charakteristika psychrofilných organizmov
    • 1.1
    • 1.2
  • 2 Typy psychrofilov a príklady
    • 2.1 Jednobunkové organizmy
    • 2.2 Plúcne organizmy
    • 2.3 Rastové teploty a psychofilné organizmy
    • 2.4 Methanococcoides burtonii a Methanogenium frigidum v jazere Ace
    • 2,5 Sphingopyxis alaskensis a haloarchaea
  • 3 Biotechnologické aplikácie
  • 4 Odkazy

Charakteristika psychofilných organizmov

stanovište

Hlavné biotopy psychofilných organizmov sú:

-Námorné polárne prostredie.

-Banquisa alebo morský ľad.

-Pozemské polárne prostredie.

-Jazerá s vysokou nadmorskou výškou a šírkou.

-Subglaciálne jazerá.

-Studené alpské regióny.

-Povrchy ľadovca.

-Polárne púšte.

-Hlboký oceán.

adaptácia

Psychrofily sú chránené pred zamrznutím rôznymi úpravami. Jednou z nich je flexibilita ich bunkových membrán, ktorú dosahujú zahrnutím vysokého obsahu krátkych a nenasýtených mastných kyselín do štruktúr ich lipidových membrán..

Vplyvom inkorporácie týchto mastných kyselín je zníženie teploty topenia a súčasne sa zvyšuje jeho tekutosť a odolnosť..

Ďalšou dôležitou adaptáciou psychrofilov je syntéza nemrznúcich proteínov. Tieto proteíny udržiavajú telesnú vodu v tekutom stave a chránia DNA, keď teploty klesnú pod bod mrazu vody. Tiež zabraňujú tvorbe ľadu alebo jeho rekryštalizácii.

Typy psychrofilov a príklady

Jednobunkové organizmy

Rozmanitosť jednobunkových psychrofilov je veľmi veľká, medzi nimi môžeme spomenúť členov väčšiny bakteriálnych línií: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 a Planctomycetes.

Okrem toho, Proteobacteria a Verrucomicrobia boli detegované v arktických, antarktických a alpských kryokonitoch. Zistili sa aj v Grónsku, Kanade, Tibete a Himalájach.

Medzi psychrofilnými cyanobaktériami nájdeme Leptolvngbva, Phormidium a Nostoc. Ďalšie bežné žánre sú jednobunkové Aphanothece, Chroococcus a Charnaesiphon, a vláknité Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium a Plectonerna.

Pluricelulárne organizmy

Medzi psychofilnými hmyzmi môžeme pomenovať rod Diamesa z Himalájí (Nepál), ktoré zostávajú aktívne až do dosiahnutia teploty -16 ° C.

Nachádza sa tu aj komár (bez krídel), Belgicko Antarktída, 2-6 mm dlhá, endemická do Antarktídy. Je to jediný hmyz na kontinente a tiež jediné zviera výhradne suchozemské.

Stavovce môžu byť tiež psychrofilné. Niektoré príklady zahŕňajú malý počet žiab, korytnačiek a hada, ktorý využíva zmrazenie extracelulárnej vody (voda mimo buniek) ako stratégiu prežitia na ochranu buniek počas zimy.

Antarktický háďatko Panagrolaimus davidi môžu prežiť zmrazenie vnútrobunkovej vody a následne rásť a rozmnožovať sa.

Aj ryby čeľade Channichthyidae - žijúce v chladných vodách Antarktídy a južnej Južnej Ameriky - používajú nemrznúce proteíny na ochranu svojich buniek pred úplným zamrznutím.

Rastové teploty a psychofilné organizmy

Maximálna teplota (Tmax) rastu organizmu je najvyššia, čo môže tolerovať. Pri optimálnej teplote (Tvoliť) rastu je ten, v ktorom organizmus rastie rýchlejšie.

Všeobecne sa predpokladá, že všetky organizmy, ktoré prežijú a vyvíjajú sa v prostredí s nízkou teplotou, sú psychrofilné. Ako však vieme, termín psychrofil mal by sa uplatňovať len na tie organizmy, ktorých Tmax je 20 ° C (to znamená, že pri vyšších teplotách nemôžu prežiť).

Mikroorganizmy boli izolované z veľmi chladných oblastí, ktoré môžu rásť v laboratórnych podmienkach pri teplotách nad 20 ° C, čo naznačuje, že hoci sú prispôsobené nízkym teplotám, nemali by byť považované za psychrofilné. Tieto mikroorganizmy sa nazývajú "mesotolerantes", to znamená, že tolerujú priemerné teploty.

Methanococcoides burtonii a Methanogenium frigidum v jazere Ace

Methanococcoides burtonii je extrémofilný a metanogénny oblúk izolovaný z jazera Ace v Antarktíde, kde sa teplota pohybuje medzi 1 a 2 ° C. V laboratórnych štúdiách sa však zistilo, že jeho Tvoliť rastu je 23 ° C a Tmax  je 28 ° C, takže by sa nemala považovať za psychrofilnú.

Methanogenium frigidum je to tiež metanogénna a halofilná archaea (ktorá toleruje soľ v strede), izolovaná zo samotného jazera Ace a ktorá v laboratóriu predstavuje Tvoliť  15 ° C a Tmax 18 ° C, je možné ho klasifikovať ako psicrófilo.

Možno uvažovať o psychrofile M. frigidum malo by byť lepšie prispôsobené nízkym teplotám, ktoré by to mohli spôsobiť M. Burtonii. však, M. Burtonii rastie rýchlejšie ako M. frigidum pri teplotách od 1 do 2 ° C v jazere Ace.

Tieto údaje poukazujú na to, že popri teplote existujú aj iné faktory životného prostredia (biotické a abiotické), ktoré ovplyvňujú populačný rast týchto mikroorganizmov v ich prirodzenom prostredí..

Prežitie organizmu v danom prostredí závisí od kombinácie viacerých faktorov prostredia a nie od účinku len jedného. Na druhej strane, každý mikroorganizmus má špecifické požiadavky (odlišné od teploty), ktoré tiež ovplyvňujú jeho výkon.

V prípade M. Burtonii a M. frigidum, je známe, že každý využíva rôzne zdroje uhlíka a energie: M. Burtonii používa metylované substráty, kým M. frigidum použitie H2: CO2 pre váš rast. Jazero Ace je nasýtené metánom, čo podporuje rast M. Burtonii.

Sphingopyxis alaskensis a haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis je baktéria izolovaná z morských vôd severnej pologule, kde prevládajú teploty 4 - 10 ° C. Na druhej strane, haloarchy, ktoré sú archaea obývajúce vody nasýtené soľou, rastú pri -20 ° C..

Napriek tomu, že v ich prirodzených biotopoch sú vysoké populácie, žiadny z týchto mikroorganizmov sa nemohol kultivovať v laboratóriu pri teplote nižšej ako 4 ° C..

Na druhej strane, S. alaskensis má Tmax 45 ° C a haloarchaea môžu rásť pri teplotách nad 30 ° C, takže ich nemožno považovať za psychrofilné. Ich populácie sú však dobre prispôsobené a sú veľmi hojné v extrémne chladných oblastiach.

Z vyššie uvedeného môžeme predpokladať, že existujú ďalšie limitujúce environmentálne faktory, ktoré ovplyvňujú prežitie týchto organizmov v ich prirodzených biotopoch a teplota nie je najdôležitejším faktorom..

Biotechnologické aplikácie

Enzýmy psychrofilných organizmov sa vyznačujú vysokou aktivitou pri nízkych a stredných teplotách. Okrem toho majú tieto enzýmy nízku tepelnú stabilitu.

Pre tieto charakteristiky sú enzýmy psychrofilných organizmov veľmi atraktívne na použitie v rôznych procesoch potravinárskeho priemyslu, medicíny, molekulárnej biológie, vo farmaceutickom priemysle, okrem iného..

referencie

  1. Cavicchioli, R. (2015). O koncepcii psychrofilu. ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
  2. Krembs, C. a Deming, J. W. (2008). Úloha exopolymérov pri mikrobiálnej adaptácii na morský ľad. V: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. a Gerday, C. reds) Psychrofily: od biodiverzity po biotechnológie. Springer-Verlag, Berlín, Nemecko, str. 247-264.
  3. Kohshima, S. (1984). Nový chladný tolerantný hmyz nájdený v himalájskom ľadovci. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
  4. Margesin, R. (editor). (2017). Psychrofily: od biodiverzity po biotechnológie. Druhé vydanie. Springer Verlag, Heidelberg, Nemecko. pp. 685.
  5. Miteva, V. (2008). Baktérie v snehu a ľade. In: Margesin, R. a Schirmer, F. (eds) Psychrofily: od biodiverzity po biotechnológie. Springer Verlag, Heidelberg, Nemecko, str. 31-50.
  6. Price, P. B. (2000). Miesto pre psychrofily v hlbokom antarktickom ľade. Zborníky Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických 97, 1247-1251.