Charakterystyki psychofilne, typy i przykłady

The psychrofile są one podtypem organizmów ekstremofilnych charakteryzujących się niskimi temperaturami, zwykle między -20 ° C a 10 ° C, oraz przez zajmowanie stale zimnych siedlisk. Organizmy te są zwykle bakteriami lub archeonami, jednak istnieją metazoany, takie jak porosty, glony, grzyby, nicienie, a nawet owady i zwierzęta kręgowe..

Zimne środowisko zdominowało ziemską biosferę i jest skolonizowane przez obfite i różnorodne mikroorganizmy, które odgrywają potencjalnie krytyczną rolę w globalnych cyklach biogeochemicznych.

Oprócz wspierania niskich temperatur, organizmy psychrofilne muszą być również przystosowane do innych ekstremalnych warunków, takich jak wysokie ciśnienie, wysokie stężenie soli i wysokie promieniowanie ultrafioletowe..

Indeks

• 1 Charakterystyka organizmów psychrofilnych
  • 1.1 Siedliska
  • 1.2 Adaptacje
• 2 Rodzaje psychrofili i przykłady
  • 2.1 Organizmy jednokomórkowe
  • 2.2 Organizmy wielokomórkowe
  • 2.3 Temperatury wzrostu i organizmy psychofilne
  • 2.4 Methanococcoides burtonii i Methanogenium frigidum w Lake Ace
  • 2.5 Sphingopyxis alaskensis i haloarchaea
• 3 Zastosowania biotechnologiczne
• 4 odniesienia

Charakterystyka organizmów psychofilnych

Siedliska

Główne siedliska organizmów psychofilnych to:

-Morskie środowisko polarne.

-Banquisa lub lód morski.

-Terrestrial polar polarnych.

-Jeziora o dużej wysokości i szerokości geograficznej.

-Jeziora polodowcowe.

-Zimne regiony alpejskie.

-Powierzchnie lodowca.

-Pustynie polarne.

-Głęboki ocean.

Adaptacje

Psychrofile są chronione przed zamarzaniem przez różne adaptacje. Jedną z nich jest elastyczność błon komórkowych, które osiągają przez włączenie wysokiej zawartości krótkich i nienasyconych kwasów tłuszczowych w struktury ich błon lipidowych.

Efektem włączenia tych kwasów tłuszczowych jest zmniejszenie temperatury topnienia, zwiększając jednocześnie jego płynność i odporność.

Inną ważną adaptacją psychrofili jest synteza białek przeciw zamarzaniu. Białka te utrzymują wodę w ciele w stanie płynnym i chronią DNA, gdy temperatura spadnie poniżej punktu zamarzania wody. Zapobiegają również tworzeniu się lodu lub jego rekrystalizacji.

Rodzaje psychrofili i przykłady

Organizmy jednokomórkowe

Różnorodność jednokomórkowych psychrofili jest bardzo duża, wśród nich możemy wymienić członków większości linii bakteryjnych: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 i Planctomycetes.

Ponadto wykryto Proteobacteria i Verrucomicrobia w kriokonitach arktycznych, antarktycznych i alpejskich. Wykryto je także w Grenlandii, Kanadzie, Tybecie i Himalajach.

Wśród psychrofilnych cyjanobakterii znajdujemy Leptolvngbva, Phormidium i Nostoc. Inne powszechne gatunki są jednokomórkowe Aphanothece, Chroococcus i Charnaesiphon, i nitkowate Oscylatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium i Plectonerna.

Organizmy wielokomórkowe

Wśród owadów psychofilnych możemy nazwać ten rodzaj Diamesa Himalajów (Nepal), który pozostaje aktywny aż do osiągnięcia temperatury -16 ° C.

Jest też komar apterous (bez skrzydeł), Belgia Antarktyda, 2-6 mm długości, endemiczny dla Antarktydy. Jest to jedyny owad na kontynencie, a także jedyny zwierzę wyłącznie lądowy.

Zwierzęta kręgowe mogą być również psychrofilne. Niektóre przykłady obejmują niewielką liczbę żab, żółwi i węża, które wykorzystują zamrażanie wody pozakomórkowej (woda na zewnątrz komórek) jako strategię przetrwania w celu ochrony swoich komórek w okresie zimowym.

Nicienie antarktyczne Panagrolaimus davidi może przetrwać zamarzanie wody wewnątrzkomórkowej, a następnie odrosnąć i rozmnażać się.

Również ryby z rodziny Channichthyidae - żyjące w zimnych wodach Antarktydy i południowej Ameryki Południowej - stosują białka przeciw zamarzaniu, aby chronić swoje komórki przed całkowitym zamarznięciem.

Temperatury wzrostu i organizmy psychofilne

Maksymalna temperatura (T_max) wzrostu organizmu jest najwyższym, który może tolerować. Podczas gdy optymalna temperatura (T_opt) wzrostu to taki, w którym organizm rośnie szybciej.

Ogólnie uważa się, że wszystkie organizmy, które przeżywają i rozwijają się w środowiskach o niskiej temperaturze, są psychrofilne. Jednak, jak wiemy, termin psychrofilny powinno być stosowane tylko do tych organizmów, których T_max wynosi 20 ° C (to znaczy, nie mogą przeżyć w wyższych temperaturach).

Mikroorganizmy wyizolowano z bardzo zimnych obszarów, które mogą rosnąć w warunkach laboratoryjnych w temperaturach powyżej 20 ° C, co wskazuje, że chociaż są przystosowane do niskich temperatur, nie powinny być uważane za psychrofilne. Te mikroorganizmy są nazywane „mesotolerantes”, to znaczy tolerują średnie temperatury.

Burtonii Methanococcoides i Methanogenium frigidum w Ace Lake

Burtonii Methanococcoides jest łukiem ekstremofilnym i metanogenicznym wyizolowanym z jeziora Ace na Antarktydzie, gdzie temperatura waha się między 1 a 2 ° C Jednak w badaniach laboratoryjnych stwierdzono, że jego T_opt wzrostu wynosi 23 ° C, a T_max  wynosi 28 ° C, więc nie powinien być uważany za psychrofilny.

Methanogenium frigidum jest to również archeon metanogenny i halofilny (który toleruje sól w środku), wyizolowany z samego jeziora Ace i który w laboratorium prezentuje T_opt  15 ° C i T_max 18 ° C, możliwe do sklasyfikowania jako psicrófilo.

Psychrofile można rozważyć M. frigidum powinien być lepiej dostosowany do niskich temperatur M. burtonii. Jednak, M. burtonii rośnie szybciej niż M. frigidum w temperaturach od 1 do 2 ° C w jeziorze Ace.

Dane te wskazują, że oprócz temperatury istnieją inne czynniki środowiskowe (biotyczne i abiotyczne), które wpływają na wzrost populacji tych mikroorganizmów w ich naturalnym środowisku..

Przetrwanie organizmu w danym środowisku zależy od połączenia wielu czynników środowiskowych, a nie od wpływu tylko jednego. Z drugiej strony, każdy mikroorganizm ma specyficzne wymagania (inne niż temperatura), które również wpływają na jego działanie.

W przypadku M. burtonii i M. frigidum, wiadomo, że każdy wykorzystuje inne źródła węgla i energii: M. burtonii używa substratów metylowanych M. frigidum użyj H₂: CO₂ dla twojego wzrostu. Jezioro Ace jest nasycone metanem, co sprzyja wzrostowi M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis i haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis jest bakterią izolowaną z wód morskich półkuli północnej, gdzie panują temperatury 4 - 10 ° C. Z drugiej strony haloarchaey, które są archeonami zamieszkującymi wody nasycone solą, rosną w temperaturze -20 ° C..

Pomimo wysokich populacji w ich naturalnych siedliskach, żaden z tych mikroorganizmów nie mógł być hodowany w laboratorium w temperaturze poniżej 4 ° C.

Obróć się, S. alaskensis ma T_max 45 ° C i haloarchaea mogą rosnąć w temperaturach powyżej 30 ° C, więc nie można ich uznać za psychrofilne. Jednak ich populacje są dobrze przystosowane i są bardzo obfite w wyjątkowo zimnych obszarach.

Na podstawie powyższego możemy założyć, że istnieją inne ograniczające czynniki środowiskowe, które wpływają na przetrwanie tych organizmów w ich naturalnych siedliskach, a temperatura nie jest najważniejszym czynnikiem.

Zastosowania biotechnologiczne

Enzymy organizmów psychrofilnych charakteryzują się wysoką aktywnością w niskich i umiarkowanych temperaturach. Ponadto enzymy te mają niską stabilność termiczną.

Dla tych cech, enzymy organizmów psychrofilnych są bardzo atrakcyjne do stosowania w różnych procesach przemysłu spożywczego, medycyny, biologii molekularnej, w przemyśle farmaceutycznym, między innymi.

Referencje

1. Cavicchioli, R. (2015). O pojęciu psychrofila. The ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. i Deming, J. W. (2008). Rola egzopolimerów w adaptacji drobnoustrojów do lodu morskiego. W: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. i Gerday, C. reds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer-Verlag, Berlin, Niemcy, str. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Nowatorski odporny na zimno owad znaleziony w lodowcu Himalajów. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (redaktor). (2017). Psychrofile: od bioróżnorodności do biotechnologii. Druga edycja. Springer Verlag, Heidelberg, Niemcy. pp. 685.
5. Miteva, V. (2008). Bakterie w śniegu i lodzie. W: Margesin, R. i Schirmer, F. (red.) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer Verlag, Heidelberg, Niemcy, pp. 31-50.
6. Price, P. B. (2000). Siedlisko dla psychrofili w głębokim lodzie Antarktycznym. Materiały z Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych Ameryki 97, 1247-1251.