HALOFĪLI: KLASIFIKĀCIJA, OSMOZE, PIELIETOJUMI, PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Par halophilic organismi ir kategorija mikroorganismu, gan uz prokariotiem un eikariotiem, kas spēj vairoties un dzīvot vidē ar augstu sāļu koncentrācija, piemēram, jūras ūdens un hypersaline neauglīgos apvidos. Termins halofils nāk no grieķu vārdiem halos un filo, kas nozīmē “sāls cienītājs”.

Organismi, kas klasificēti šajā kategorijā, pieder arī lielai ekstremofilo organismu grupai, jo tie izplatās īpaši sāļos biotopos, kur lielākā daļa dzīvo šūnu nespētu izdzīvot.

Salinas, ārkārtas sāļuma vide, kurā izplatās galējās halogēnās šūnas. Autors H. Zell, no Wikimedia Commons.

Faktiski lielais vairums esošo šūnu ātri zaudē ūdeni, saskaroties ar barībai, kas bagāta ar sāli, un tieši šī dehidratācija daudzos gadījumos ātri izraisa nāvi.

Halophilisko organismu spēja dzīvot šajās vidēs ir saistīta ar faktu, ka tie var līdzsvarot savu osmotisko spiedienu attiecībā pret vidi un uzturēt izosmotisko citoplazmu ar ārpusšūnu vidi.

Tie ir klasificēti, pamatojoties uz sāls koncentrāciju, kurā tie var dzīvot galējos, mērenos, vājos un halotolerantos halogēnos.

Daži halogofilu pārstāvji ir zaļās aļģes Dunaliella salina, Artemia ģints vēžveidīgie vai ūdensblusas, kā arī Aspergillus penicillioides un Aspergillus terreu sēnes.

Klasifikācija

Ne visi halogēnie organismi spēj izplatīties plašā sāls koncentrācijas diapazonā. Gluži pretēji, tie atšķiras ar sāļuma pakāpi, ko viņi spēj paciest.

Šis pielaides līmenis, kas mainās starp ļoti specifiskām NaCl koncentrācijām, ir kalpojis, lai klasificētu tos kā galējus, mērenus, vājus un halotolerantus halogifilus.

Ekstremālo halogofilu grupā ietilpst visi organismi, kas spēj dzīvot vidē, kur NaCl koncentrācija pārsniedz 20%.

Tiem seko mēreni halogifili, kas proliferējas pie NaCl koncentrācijas no 10 līdz 20%; un vāji halogēni, kas to dara zemākā koncentrācijā, kas svārstās no 0,5 līdz 10%.

Visbeidzot, halotoleranti ir organismi, kas spēj uzturēt tikai zemu sāls koncentrāciju.

Osmoze un sāļums

Pastāv plašs prokariotu halogifilu klāsts, kas spēj izturēt augstas NaCl koncentrācijas.

Šī spēja izturēt sāļuma apstākļus, kas atšķiras no zemiem, bet augstākiem par tiem, kurus spēj izturēt lielākā daļa dzīvo šūnu, līdz pat ļoti ekstremāliem, ir iegūta, pateicoties vairāku stratēģiju izstrādei.

Galvenā vai centrālā stratēģija ir novērst fiziskā procesa, kas pazīstams kā osmoze, sekas.

Šī parādība attiecas uz ūdens kustību caur daļēji caurlaidīgu membrānu no vietas ar zemu izšķīdušo vielu koncentrāciju uz vietu ar augstāku koncentrāciju.

Līdz ar to, ja ārpusšūnu vidē (vidē, kur attīstās organisms) sāls koncentrācija ir augstāka nekā tās citosolā, ūdens zaudēs ūdeni uz āru un dehidrēsies līdz nāvei.

Tikmēr, lai izvairītos no šī ūdens zuduma, citoplazmā tie uzglabā lielas izšķīdušo vielu (sāļu) koncentrācijas, lai kompensētu osmotiskā spiediena ietekmi.

Adaptīvās stratēģijas, lai tiktu galā ar sāļumu

Halofīlās baktērijas. Autors Maulucioni, pamatojoties uz attēliem no Commons, no Wikimedia Commons.

Dažas no stratēģijām, kuras izmanto šie organismi, ir: fermentu sintēze, kas spēj uzturēt to darbību augstā sāls koncentrācijā, purpursarkanās membrānas, kas ļauj augt, izmantojot fototrofiju, sensori, kas regulē fototaktisko reakciju, piemēram, rodopsiņš, un gāzes pūslīši, kas veicina to augšanu. peldēšana.

Turklāt jāņem vērā, ka vide, kurā aug šie organismi, ir diezgan mainīga, kas rada risku viņu izdzīvošanai. Tādēļ viņi izstrādā citas stratēģijas, kas pielāgotas šiem apstākļiem.

Viens no mainīgajiem faktoriem ir izšķīdušo vielu koncentrācija, kas ir svarīga ne tikai hipersalīnā vidē, bet arī jebkurā vidē, kur lietus vai augsta temperatūra var izraisīt izžūšanu un attiecīgi osmolaritātes izmaiņas.

Lai tiktu galā ar šīm izmaiņām, halofīlie mikroorganismi ir izstrādājuši divus mehānismus, kas ļauj uzturēt hiperosmotisku citoplazmu. Vienu no tiem sauca par "salt-in" un otru par "salt-out"

Sālīšanas mehānisms

Šo mehānismu veic Archeas un Haloanaerobiales (stingras anaerobās mērena halogēniskās baktērijas), un tas sastāv no KCl iekšējās koncentrācijas paaugstināšanas citoplazmā.

Tomēr augstā sāls koncentrācija citoplazmā lika viņiem veikt molekulārus pielāgojumus intracelulāro enzīmu normālai darbībai.

Šīs adaptācijas galvenokārt sastāv no olbaltumvielu un fermentu sintēzes, kas bagātas ar skābām aminoskābēm un sliktas ar hidrofobām aminoskābēm.

Šāda veida stratēģijas ierobežojums ir tāds, ka tiem organismiem, kuri to īsteno, ir slikta spēja pielāgoties pēkšņām osmolaritātes izmaiņām, ierobežojot to augšanu vidē ar ļoti augstu fizioloģiskā šķīduma koncentrāciju.

Sālīšanas mehānisms

Šo mehānismu izmanto gan halogēnas, gan nehalogēnas baktērijas, papildus mērenai halogēnai metanogenai archaea.

Tajā halogēnais mikroorganisms veic osmotisko līdzsvaru, izmantojot mazas organiskas molekulas, kuras tas var sintezēt vai ņemt no barotnes.

Šīs molekulas var būt polioli (piemēram, glicerīns un arabinitols), cukuri, piemēram, saharoze, trehaloze vai glikozilglicerīns, vai aminoskābes un ceturtējā amīna atvasinājumi, piemēram, glicīna betaīns.

Viņiem visiem ir augsta šķīdība ūdenī, tiem nav lādiņa pie fizioloģiskā pH un tie var sasniegt koncentrācijas vērtības, kas ļauj šiem mikroorganismiem uzturēt osmotisko līdzsvaru ar ārējo vidi, neietekmējot pašu fermentu darbību.

Turklāt šīm molekulām ir spēja stabilizēt olbaltumvielas pret karstumu, izkalšanu vai sasalšanu.

Lietojumprogrammas

Halofīlie mikroorganismi ir ļoti noderīgi, lai iegūtu molekulas biotehnoloģiskiem mērķiem.

Šīs baktērijas nerada lielas audzēšanas grūtības, jo barotnēs ir zemas uzturvērtības. Viņu panesamība pret lielu fizioloģisko šķīdumu koncentrāciju samazina piesārņojuma risku, kas padara tos par izdevīgākiem alternatīviem organismiem nekā E. coli.

Turklāt, apvienojot savu ražošanas jaudu ar izturību pret galējiem sāļuma apstākļiem, mikroorganismi ir ļoti ieinteresēti kā rūpniecības produktu avots gan farmācijas, gan kosmētikas, gan biotehnoloģiju jomā.

Daži piemēri:

Fermenti

Daudzi rūpnieciski procesi tiek izstrādāti ekstremālos apstākļos, kas piedāvā ekstrēmofīlu mikroorganismu ražotu enzīmu pielietošanas jomu, kas spēj darboties ārkārtējās temperatūras, pH vai sāļuma vērtībās. Tādējādi ir aprakstītas amilāzes un proteāzes, ko izmanto molekulārajā bioloģijā.

Polimēri

Tāpat halogēnās baktērijas ir polimēru ražotāji ar virsmaktīvo vielu un emulģējošajām īpašībām, kurām ir liela nozīme naftas rūpniecībā, jo tās veicina jēlnaftas ieguvi no augsnes.

Savietojami šķīstošie savienojumi

Šķīdinātām vielām, kuras šīs baktērijas uzkrājas citoplazmā, ir augsta enzīmu, nukleīnskābju, membrānu un pat veselu šūnu stabilizējoša un aizsargājoša spēja pret sasalšanu, izžūšanu, siltuma denaturāciju un augstu sāļumu.

Tas viss ir izmantots fermentu tehnoloģijā, kā arī pārtikas un kosmētikas rūpniecībā, lai pagarinātu produktu kalpošanas laiku.

Atkritumu bioloģiskā noārdīšanās

Halofīlās baktērijas spēj sadalīt toksiskas atliekas, piemēram, pesticīdus, medikamentus, herbicīdus, smagos metālus, kā arī naftas un gāzes ieguves procesus.

Pārtika

Pārtikas jomā viņi piedalās sojas mērces ražošanā.

Atsauces

1. Deniss PP, Shimmin LC. Evolūcijas diverģences un sāļuma pārziņā esoša atlase halogēnā Archaea. Mikrobiols Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Halofīlo mikroorganismu un Debaryomyces hansenii (halogēniskā rauga) adaptācijas stratēģijas. Latīņamerikas mikrobioloģijas žurnāls. 2002. gads; 44 (3): 137-156.
3. Orens A. Halophilisma bionerģētiskie aspekti. Mikrobiols Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofīlās baktērijas un to biotehnoloģiskie pielietojumi. Soc Soc Ven mikrobiols. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Ar osmosensējošu un ar osmoregulatory savietojams šķīdums uzkrājas baktērijās. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.