Psihofilne značilnosti, vrste in primeri



The psihrofile gre za podtip ekstremofilnih organizmov, za katere so značilne nizke temperature, običajno med -20 ° C in 10 ° C, in zasedajo trajno hladne habitate. Ti organizmi so ponavadi bakterije ali arheje, vendar obstajajo metazoni, kot so lišaji, alge, glive, ogorčice in celo žuželke in vretenčarji..

Hladna okolja prevladujejo v biosferi Zemlje in so kolonizirana z bogatimi in raznovrstnimi mikroorganizmi, ki imajo potencialno kritično vlogo v globalnih biogeokemičnih ciklih..

Poleg podpore nizkim temperaturam morajo biti psihrofilni organizmi prilagojeni tudi drugim ekstremnim pogojem, kot so visoki pritiski, visoke koncentracije soli in visoko ultravijolično sevanje..

Indeks

  • 1 Značilnosti psihrofilnih organizmov
    • 1.1 Habitati
    • 1.2 Prilagoditve
  • 2 Vrste psihrofilcev in primeri
    • 2.1 Enocelični organizmi
    • 2.2 Pluricelularni organizmi
    • 2.3 Rastne temperature in psihofilni organizmi
    • 2.4 Metanokokidna burtonija in Methanogenium frigidum v jezeru Ace
    • 2.5 Sphingopyxis alaskensis in haloarchaea
  • 3 Biotehnološke aplikacije
  • 4 Reference

Značilnosti psihofilnih organizmov

Habitati

Glavni habitati psihofilnih organizmov so:

-Morska polarna okolja.

-Banquisa ali morski led.

-Kopenska polarna okolja.

-Jezera velike nadmorske višine in širine.

-Podglacijska jezera.

-Hladne alpske regije.

-Ledeniške površine.

-Polarne puščave.

-Globok ocean.

Prilagoditve

Psihrofili so zaščiteni pred zmrzovanjem z različnimi prilagoditvami. Ena od njih je fleksibilnost njihovih celičnih membran, ki jih dosežejo z vključitvijo visoke vsebnosti kratkih in nenasičenih maščobnih kislin v strukture njihovih lipidnih membran..

Učinek vključitve teh maščobnih kislin je zmanjšanje tališča, hkrati pa povečuje njegovo fluidnost in njeno odpornost..

Druga pomembna prilagoditev psihrofilcev je sinteza antifriznih beljakovin. Te beljakovine ohranjajo telesno vodo v tekočem stanju in varujejo DNA, ko temperature padejo pod ledišče vode. Prav tako preprečujejo nastajanje ledu ali njegovo prekristalizacijo.

Vrste psihrofilcev in primeri

Enocelični organizmi

Raznolikost enoceličnih psihrofilcev je zelo velika, med njimi lahko omenimo člane večine bakterijskih rodov: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 in Planctomycetes.

Poleg tega so bile na arktičnih, antarktičnih in alpskih kriokonitih odkrite Proteobacteria in Verrucomicrobia. Odkrili so jih tudi v Grenlandiji, Kanadi, Tibetu in na Himalaji.

Med psihrofilnimi cianobakterijami najdemo Leptolvngbva, Phormidium in Nostoc. Drugi skupni žanri so enocelični Aphanothece, Chroococcus in Charnaesiphon, in nitaste Oscilatorija, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium in Plectonerna.

Pluricelularni organizmi

Med psihofilnimi insekti lahko poimenujemo rod Diamesa (Nepal), ki ostaja aktivna, dokler ne doseže temperature -16 ° C.

Na voljo je tudi komar (brez kril)., Belgija, Antarktika, 2-6 mm dolga, endemična za Antarktiko. To je edina žuželka na celini in tudi edina žival izključno zemeljska.

Vretenčarji so lahko tudi psihrofilni. Nekateri primeri vključujejo majhno število žab, želv in kačo, ki uporablja zamrzovanje zunajcelične vode (vode zunaj celic) kot strategijo preživetja za zaščito svojih celic pozimi..

Antarktična ogorčica Panagrolaimus davidi lahko preživi z zamrzovanjem znotrajcelične vode in nato ponovno raste in se razmnožuje.

Tudi ribe iz družine Channichthyidae, ki živijo v hladnih vodah Antarktike in južne Južne Amerike, uporabljajo beljakovine proti zmrzovanju za zaščito celic pred popolnim zamrznitvijo..

Rastne temperature in psihofilni organizmi

Najvišja temperatura (Tmaks) rast organizma je najvišja, ki jo lahko prenaša. Medtem ko je optimalna temperatura (Topt) rast je tista, v kateri organizem raste hitreje.

Na splošno velja, da so vsi organizmi, ki preživijo in se razvijajo v nizkih temperaturah, psihrofilni. Vendar, kot vemo, izraz psihrofilna uporablja se samo za tiste organizme, katerih Tmaks je 20 ° C (to pomeni, da ne morejo preživeti pri višjih temperaturah).

Mikroorganizmi so bili izolirani iz zelo hladnih območij, ki lahko rastejo v laboratorijskih pogojih pri temperaturah nad 20 ° C, kar kaže, da čeprav so prilagojeni na nizke temperature, jih ne smemo obravnavati kot psihrofilne. Ti mikroorganizmi se imenujejo "mezotoleranti", kar pomeni, da tolerirajo povprečne temperature.

Methanococcoides burtonii in Methanogenium frigidum v jezeru Ace

Methanococcoides burtonii je ekstremofilni in metanolni lok, izločen iz jezera Ace na Antarktiki, kjer se temperatura giblje med 1 in 2 ° C. Vendar pa je bilo v laboratorijskih študijah ugotovljeno, da je njegov Topt rast je 23 ° C in Tmaks  je 28 ° C, zato ga ne smemo obravnavati kot psihrofilne.

Methanogenium frigidum je tudi metanogena in halofilna arhea (ki v sredini tolerira sol), izolirana od samega jezera Ace in ki v laboratoriju predstavlja Topt  15 ° C in Tmaks 18 ° C, če jo lahko razvrstimo kot psicrófilo.

Lahko bi razmislili o psihrofilu M. frigidum bolje bi ga bilo treba prilagoditi nizkim temperaturam M. burtonii. Vendar pa, M. burtonii raste hitreje kot M. frigidum pri temperaturah od 1 do 2 ° C v jezeru Ace.

Ti podatki kažejo, da poleg temperature vplivajo tudi drugi dejavniki okolja (biotski in abiotski), ki vplivajo na rast populacije teh mikroorganizmov v njihovem naravnem habitatu..

Preživetje organizma v določenem okolju je odvisno od kombinacije več okoljskih dejavnikov in ne od učinka samo enega. Po drugi strani ima vsak mikroorganizem specifične zahteve (drugačne od temperature), ki vplivajo tudi na njegovo delovanje.

V primeru. \ T M. burtonii in M. frigidum, znano je, da vsak uporablja različne ogljikove in energetske vire: M. burtonii uporablja metilirane substrate M. frigidum uporabite H2: CO2 za vašo rast. Jezero Ace je nasičeno z metanom, kar daje prednost rasti M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis in haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis je bakterija, izolirana iz morskih voda severne poloble, kjer prevladujejo temperature od 4 do 10 ° C. Po drugi strani pa haloarhe, ki so arheje, ki naseljujejo vode, nasičene s soljo, rastejo pri -20 ° C..

Kljub visokim populacijam v njihovih naravnih habitatih se nobeden od teh mikroorganizmov ne more gojiti v laboratoriju na manj kot 4 ° C.

Obrni, S. alaskensis ima Tmaks 45 ° C in haloarheje lahko rastejo pri temperaturah nad 30 ° C, zato jih ne moremo obravnavati kot psihrofilne. Vendar so njihove populacije dobro prilagojene in zelo bogate na izredno hladnih območjih.

Iz navedenega lahko sklepamo, da obstajajo drugi omejevalni okoljski dejavniki, ki vplivajo na preživetje teh organizmov v njihovih naravnih habitatih, temperatura pa ni najpomembnejši dejavnik..

Biotehnološke aplikacije

Za encime psihrofilnih organizmov je značilna visoka aktivnost pri nizkih in zmernih temperaturah. Poleg tega imajo ti encimi slabo termično stabilnost.

Za te značilnosti so encimi psihrofilnih organizmov zelo privlačni za uporabo v različnih procesih prehrambene industrije, medicine, molekularne biologije, farmacevtske industrije, med drugim.

Reference

  1. Cavicchioli, R. (2015). O konceptu psihrofila. The Journal ISME, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
  2. Krembs, C. in Deming, J. W. (2008). Vloga eksopolimerov pri mikrobiološki prilagoditvi na morski led. V: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. in Gerday, C. reds) Psihrofili: od biodiverzitete do biotehnologije. Springer-Verlag, Berlin, Nemčija, str. 247-264.
  3. Kohshima, S. (1984). Nova hladno tolerantna žuželka, najdena na himalajskem ledeniku. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
  4. Margesin, R. (urednik). (2017). Psihrofili: od biodiverzitete do biotehnologije. Druga izdaja. Springer Verlag, Heidelberg, Nemčija. str. 685.
  5. Miteva, V. (2008). Bakterije v snegu in ledu. V: Margesin, R. in Schirmer, F. (eds) Psihrofili: od biodiverzitete do biotehnologije. Springer Verlag, Heidelberg, Nemčija, str. 31-50.
  6. Price, P. B. (2000). Hišni prostor za psihrofile v globokem antarktičnem ledu. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike 97, 1247-1251.