HALOFILAI: KLASIFIKACIJA, OSMOSAS, PRITAIKYMAI, PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Į halofilinis organizmai yra mikroorganizmų kategorija, abu prokariotuose ir eukariotų, gebėti ir gyventi aplinkoje su didelės koncentracijos druskos, pavyzdžiui, jūros vandens ir hypersaline sausringose teritorijose. Terminas halofilas kilęs iš graikų kalbos žodžių halos ir filo, reiškiančių „druskos mėgėjas“.

Šiai kategorijai priskiriami organizmai taip pat priklauso didelei ekstremofilinių organizmų grupei, nes jie dauginasi ypatingo druskingumo buveinėse, kur dauguma gyvų ląstelių negalėtų išgyventi.

Salinas, ypatingo druskingumo aplinka, kurioje dauginasi ekstremalios halogeninės ląstelės. Autorius H. Zell, iš „Wikimedia Commons“.

Tiesą sakant, didžioji dauguma esamų ląstelių greitai praranda vandenį, veikdamos terpę, kurioje gausu druskos, ir būtent ši dehidracija daugeliu atvejų greitai baigiasi mirtimi.

Halophilinių organizmų gebėjimas gyventi tokioje aplinkoje yra dėl to, kad jie gali subalansuoti savo osmosinį slėgį aplinkos atžvilgiu ir išlaikyti izosmotinę citoplazmą su tarpląsteline aplinka.

Jie buvo klasifikuojami pagal druskos koncentraciją, kurioje jie gali gyventi ekstremaliuose, vidutinio sunkumo, silpnuose ir halotolerantiškuose halogenuose.

Kai kurie halofilų atstovai yra žalieji dumbliai Dunaliella salina, Artemia genties vėžiagyviai arba vandens blusos, grybai Aspergillus penicillioides ir Aspergillus terreu.

klasifikacija

Ne visi halogeniniai organizmai gali daugintis įvairiose druskos koncentracijose. Priešingai, jie skiriasi druskingumo laipsniu, kurį sugeba toleruoti.

Šis tolerancijos lygis, kuris svyruoja tarp labai specifinių NaCl koncentracijų, padėjo jas klasifikuoti kaip ekstremalius, vidutinio sunkumo, silpnus ir halotolerantiškus halogenus.

Ekstremaliųjų halogenų grupę sudaro visi organizmai, galintys gyventi aplinkoje, kurioje NaCl koncentracija viršija 20%.

Po jų seka vidutinio sunkumo halogenai, kurie dauginasi esant 10–20% NaCl koncentracijai; ir silpni halofilai, kurie tai daro esant mažesnei koncentracijai, kuri svyruoja nuo 0,5 iki 10%.

Galiausiai halotolerantai yra organizmai, galintys palaikyti tik mažą druskos koncentraciją.

Osmosas ir druskingumas

Yra daugybė prokariotinių halogenų, galinčių atsispirti didelėms NaCl koncentracijoms.

Šis gebėjimas atsispirti druskingumo sąlygoms, kurios skiriasi nuo žemų, bet aukštesnių už tas, kurias dauguma gyvų ląstelių yra pajėgios, iki labai ekstremalių, buvo įgytos plėtojant daugybę strategijų.

Pagrindinė ar svarbiausia strategija yra išvengti fizinio proceso, vadinamo osmoze, padarinių.

Šis reiškinys reiškia vandens judėjimą per pusiau pralaidžią membraną iš vietos, kurioje yra maža tirpių medžiagų koncentracija, į vietą, kurioje didesnė koncentracija.

Taigi, jei tarpląstelinėje aplinkoje (aplinkoje, kur vystosi organizmas) druskos koncentracija yra didesnė nei jo citozolyje, vanduo neteks vandens į išorę ir dehidratuos iki mirties.

Tuo tarpu, siekiant išvengti šio vandens praradimo, citoplazmoje jie kaupia dideles tirpių medžiagų (druskų) koncentracijas, kad kompensuotų osmosinio slėgio poveikį.

Adaptyvios strategijos susidoroti su druskingumu

Halofilinės bakterijos. Autorius Maulucioni remiasi vaizdais iš „Commons“, iš „Wikimedia Commons“.

Kai kurios iš šių organizmų naudojamų strategijų yra: fermentų, galinčių išlaikyti jų aktyvumą esant didelėms druskos koncentracijoms, sintezė, purpurinės membranos, leidžiančios augti fototrofijos būdu, jutikliai, kurie reguliuoja fototaktinį atsaką, tokie kaip rodopsinas, ir dujinės pūslelės, skatinančios jų augimą. plūduriavimas.

Be to, reikia pažymėti, kad aplinka, kurioje auga šie organizmai, yra gana kintanti, o tai kelia pavojų jų išlikimui. Todėl jie kuria kitas šioms sąlygoms pritaikytas strategijas.

Vienas iš besikeičiančių veiksnių yra tirpių medžiagų koncentracija, kuri yra svarbi ne tik hipersalino terpėje, bet ir bet kurioje aplinkoje, kur lietūs ar aukšta temperatūra gali sukelti sausėjimą ir atitinkamai ozoliarumo pokyčius.

Norėdami susidoroti su šiais pokyčiais, halogeniniai mikroorganizmai sukūrė du mechanizmus, leidžiančius išlaikyti hiperosmotinę citoplazmą. Vienas iš jų vadinosi „druskos įpylimas“, o kitas - „druskos pašalinimas“

Įberimo į druską mechanizmas

Šį mechanizmą vykdo Archeas ir Haloanaerobiales (griežtos anaerobinės vidutinio sunkumo halogeninės bakterijos) ir sudaro vidinės KCl koncentracijos jų citoplazmoje didinimas.

Tačiau didelė druskos koncentracija citoplazmoje privertė juos pritaikyti molekulę normaliam tarpląstelinių fermentų veikimui.

Šios adaptacijos iš esmės susideda iš baltymų ir fermentų, kuriuose gausu rūgščių aminorūgščių ir mažai hidrofobinių aminorūgščių, sintezės.

Šios strategijos rūšis yra ribojama tuo, kad ją įgyvendinantys organizmai turi mažai galimybių prisitaikyti prie staigių osmoliškumo pokyčių, ribodami jų augimą aplinkoje, kurioje labai didelė druskos koncentracija.

Druskos pašalinimo mechanizmas

Šį mechanizmą, be vidutinio sunkumo halogeninių metanogeninių archajų, naudoja ir halogeninės, ir nehalogeninės bakterijos.

Jame halogeninis mikroorganizmas osmosinį balansą vykdo naudodamas mažas organines molekules, kurias jis gali sintetinti arba paimti iš terpės.

Šios molekulės gali būti polioliai (tokie kaip glicerolis ir arabinitolis), cukrūs, tokie kaip sacharozė, trehalozė ar gliukozilglicerolis, arba aminorūgštys ir ketvirtinių aminų dariniai, tokie kaip glicinas-betainas.

Visi jie gerai tirpsta vandenyje, neturi krūvio esant fiziologiniam pH ir gali pasiekti koncentracijos vertes, leidžiančias šiems mikroorganizmams išlaikyti osmosinę pusiausvyrą su išorine aplinka nepažeidžiant jų pačių fermentų veikimo.

Be to, šios molekulės turi galimybę stabilizuoti baltymus nuo karščio, išsausėjimo ar užšalimo.

Programos

Halofiliniai mikroorganizmai yra labai naudingi gaunant molekules biotechnologiniams tikslams.

Šios bakterijos nesukelia didelių sunkumų auginant dėl ​​jų terpėje esančių žemų maistinių medžiagų poreikio. Jų tolerancija didelėms druskos koncentracijoms sumažina užteršimo riziką, todėl jie yra naudingesni alternatyviems organizmams nei E. coli.

Be to, derindami savo gamybos pajėgumus ir atsparumą ekstremaliam druskingumui, mikroorganizmai yra labai svarbūs kaip pramoninių gaminių šaltinis tiek farmacijos, tiek kosmetikos, tiek biotechnologijų srityse.

Keletas pavyzdžių:

Fermentai

Daugybė pramoninių procesų yra vystoma ekstremaliomis sąlygomis, todėl tai yra sritis, kurioje naudojami fermentai, kuriuos gamina ekstremofiliniai mikroorganizmai, galintys veikti esant kraštutinėms temperatūros, pH ar druskingumo vertėms. Taigi buvo aprašytos amilazės ir proteazės, naudojamos molekulinėje biologijoje.

Polimerai

Taip pat halogeninės bakterijos yra polimerų, turinčių paviršiaus aktyviųjų medžiagų ir emulsinių savybių, gamintojai, turintys didelę reikšmę naftos pramonėje, nes jie prisideda prie žalios naftos išgavimo iš podugnio.

Suderinamos tirpios medžiagos

Tirpios medžiagos, kurias šios bakterijos kaupia citoplazmoje, turi didelę stabilizuojančią ir apsauginę fermentų, nukleorūgščių, membranų ir net ištisų ląstelių galią nuo užšalimo, išsausėjimo, šilumos denatūracijos ir didelio druskingumo.

Visa tai buvo panaudota fermentų technologijoje, taip pat maisto ir kosmetikos pramonėje, siekiant prailginti gaminių tarnavimo laiką.

Atliekų biologinis skaidymas

Halofilinės bakterijos sugeba skaidyti toksines atliekas, kaip pesticidai, vaistai, herbicidai, sunkieji metalai, naftos ir dujų gavybos procesai.

Maistas

Maisto srityje jie dalyvauja gaminant sojų padažą.

Nuorodos

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evoliucinis divergencijos ir druskingumo sąlygojamas atranka halophilic Archaea. „Microbiol Mol Biol Rev. 1997“; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Halophilic mikroorganizmų ir Debaryomyces hansenii (halophilic mielės) adaptacijos strategijos. Lotynų Amerikos mikrobiologijos žurnalas. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Orenas A. Bionergetiniai halophilizmo aspektai. „Microbiol Mol Biol Rev. 1999“; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofilinės bakterijos ir jų biotechnologiniai taikymai. „Soc Soc Ven“ mikrobiolis. 2004; 24: 1-2.
5. „Wood JM“, „Bremer E“, „Csonka LN“, „Krämer R“, „Poolman B“, „Van der Heide T“, „Smith LT“. Su osmosensencingu ir su osmoregulatory suderinamu tirpikliu kaupiasi bakterijos. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.