HALOFILE: KLASSIFICERING, OSMOSE, APPLIKATIONER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

De halofile organismer er en kategori af mikroorganismer, både prokaryoter og eukaryoter, der er i stand til at reproducere og leve i miljøer med høje koncentrationer af salt, såsom havvand og hypersaline tørre områder. Udtrykket halofil kommer fra de græske ord halos og filo, som betyder "elsker af salt."

Organismer, der er klassificeret inden for denne kategori, hører også til den store gruppe ekstremofile organismer, da de spredes i ekstremt saltvandsmiljøer, hvor de fleste levende celler ikke ville være i stand til at overleve.

Saliner, miljøer med ekstrem saltholdighed, hvor ekstreme halofile celler spredes. Af H. Zell fra Wikimedia Commons.

Faktisk mister langt de fleste af de eksisterende celler hurtigt vand, når de udsættes for medier rige på salt, og det er denne dehydrering, der i mange tilfælde hurtigt fører til død.

Halofile organismeres evne til at kunne leve i disse miljøer skyldes, at de kan afbalancere deres osmotiske tryk i forhold til miljøet og opretholde deres isosmotiske cytoplasma med det ekstracellulære miljø.

De er klassificeret ud fra koncentrationen af ​​salt, hvor de kan leve i ekstreme, moderate, svage og halotolerante halofile.

Nogle halofile repræsentanter er den grønne alge Dunaliella salina, krebsdyr af slægten Artemia eller vandloppe og svampene Aspergillus penicillioides og Aspergillus terreu.

Klassifikation

Ikke alle halofile organismer er i stand til at spredes i en lang række saltkoncentrationer. Tværtimod adskiller de sig i grad af saltholdighed, som de er i stand til at tolerere.

Dette toleranceniveau, der varierer mellem meget specifikke koncentrationer af NaCl, har tjent til at klassificere dem som ekstreme, moderate, svage og halotolerante halofiler.

Gruppen af ​​ekstreme halofiler inkluderer alle de organismer, der er i stand til at befolke miljøer, hvor NaCl-koncentrationer overstiger 20%.

Disse efterfølges af moderate halofile, der prolifererer ved NaCl-koncentrationer mellem 10 og 20%; og svage halofile, der gør det i lavere koncentrationer, der varierer mellem 0,5 og 10%.

Endelig er halotoleranterne organismer, der kun er i stand til at understøtte lave koncentrationer af salt.

Osmose og saltholdighed

Der er en lang række prokaryote halofiler, der er i stand til at modstå høje koncentrationer af NaCl.

Denne evne til at modstå saltholdighedsbetingelser, der varierer fra lave, men højere end dem, som de fleste levende celler er i stand til at tolerere, til meget ekstreme, er erhvervet takket være udviklingen af ​​flere strategier.

Den vigtigste eller centrale strategi er at undgå konsekvenserne af en fysisk proces, der kaldes osmose.

Dette fænomen henviser til bevægelse af vand gennem en semi-permeabel membran fra et sted med en lav koncentration af opløste stoffer til en med en højere koncentration.

Derfor, hvis der i det ekstracellulære miljø (miljø, hvor en organisme udvikler sig) der er koncentrationer af salt, der er højere end dem i dens cytosol, vil den miste vand udefra og det dehydrerer til døden.

I mellemtiden for at undgå dette tab af vand opbevarer de høje koncentrationer af opløste stoffer (salte) i deres cytoplasma for at kompensere for virkningerne af osmotisk tryk.

Adaptive strategier til at håndtere saltholdighed

Halofile bakterier. Af Maulucioni baseret på billeder fra Commons, fra Wikimedia Commons.

Nogle af strategierne, der anvendes af disse organismer, er: syntese af enzymer, der er i stand til at opretholde deres aktivitet ved høje koncentrationer af salt, lilla membraner, der tillader vækst gennem fototrofi, sensorer, der regulerer den fototaktiske respons, såsom rhodopsin, og gasvesikler, der fremmer deres vækst. flotation.

Derudover skal det bemærkes, at miljøerne, hvor disse organismer vokser, er ret skiftelige, hvilket skaber en risiko for deres overlevelse. Derfor udvikler de andre strategier tilpasset disse forhold.

En af de skiftende faktorer er koncentrationen af ​​opløste stoffer, som ikke kun er vigtige i hypersaline medier, men i ethvert miljø, hvor regn eller høje temperaturer kan forårsage udtørring og følgelig variationer i osmolaritet.

For at klare disse ændringer har halofile mikroorganismer udviklet to mekanismer, der giver dem mulighed for at opretholde en hyperosmotisk cytoplasma. En af dem kaldte "salt-in" og den anden "salt-out"

Salt-in-mekanisme

Denne mekanisme udføres af Archeas og Haloanaerobiales (strenge anaerobe moderate halofile bakterier) og består i at hæve de interne koncentrationer af KCI i deres cytoplasma.

Imidlertid har den høje koncentration af salt i cytoplasmaet ført dem til at foretage molekylære tilpasninger til den normale funktion af intracellulære enzymer.

Disse tilpasninger består dybest set af syntesen af ​​proteiner og enzymer, der er rige på sure aminosyrer og ringe på hydrofobe aminosyrer.

En begrænsning for denne type strategi er, at de organismer, der udfører den, har en dårlig kapacitet til at tilpasse sig pludselige ændringer i osmolaritet, hvilket begrænser deres vækst til miljøer med meget høje saltkoncentrationer.

Salt-out mekanisme

Denne mekanisme bruges af både halofile og ikke-halofile bakterier ud over moderat halofil methanogen archaea.

I dette udfører den halofile mikroorganisme den osmotiske balance ved hjælp af små organiske molekyler, der kan syntetiseres af den eller tages fra mediet.

Disse molekyler kan være polyoler (såsom glycerol og arabinitol), sukkerarter såsom sucrose, trehalose eller glucosyl-glycerol eller aminosyrer og derivater af kvaternære aminer, såsom glycin-betain.

Alle af dem har en høj opløselighed i vand, har ingen ladning ved fysiologisk pH og kan nå koncentrationsværdier, der tillader disse mikroorganismer at opretholde den osmotiske balance med det ydre miljø uden at påvirke funktionen af ​​deres egne enzymer.

Derudover har disse molekyler evnen til at stabilisere proteiner mod varme, udtørring eller frysning.

Applikationer

Halofile mikroorganismer er meget nyttige til opnåelse af molekyler til bioteknologiske formål.

Disse bakterier udgør ikke store vanskeligheder ved at blive dyrket på grund af de lave ernæringskrav i deres medier. Deres tolerance over for høje saltkoncentrationer minimerer risikoen for kontaminering, hvilket gør dem mere fordelagtige alternative organismer end E. coli.

Ved at kombinere sin produktionskapacitet med dens modstand mod ekstreme saltholdighedsbetingelser er mikroorganismer endvidere af stor interesse som kilde til industriprodukter, både inden for det farmaceutiske, kosmetiske og bioteknologiske felt.

Nogle eksempler:

Enzymer

Mange industrielle processer er udviklet under ekstreme forhold, der tilbyder et anvendelsesområde for enzymer produceret af ekstremofile mikroorganismer, der er i stand til at virke ved ekstreme værdier af temperatur, pH eller saltholdighed. Således er amylaser og proteaser anvendt i molekylærbiologi beskrevet.

polymerer

Tilsvarende er halofile bakterier producenter af polymerer med overfladeaktivt middel og emulgerende egenskaber af stor betydning i olieindustrien, fordi de bidrager til ekstraktion af råolie fra undergrunden.

Kompatible opløsningsmidler

De opløste stoffer, som disse bakterier akkumulerer i deres cytoplasma, har en høj stabiliserende og beskyttende kraft for enzymer, nukleinsyrer, membraner og endda hele celler mod frysning, udtørring, varme denaturering og høj saltholdighed.

Alt dette er blevet brugt i enzymteknologi såvel som i fødevare- og kosmetikindustrien til at forlænge levetiden for produkter.

Bionedbrydning i affald

Halofile bakterier er i stand til at nedbryde giftige rester, såsom pesticider, farmaceutiske midler, herbicider, tungmetaller og olie- og gasekstraktionsprocesser.

Foods

Inden for fødevarer deltager de i produktionen af ​​sojasovs.

Referencer

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evolutionær divergens og saltholdighedsmedieret selektion i halofile archaea. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Tilpasningsstrategier for halofile mikroorganismer og Debaryomyces hansenii (halofil gær). Latinamerikansk tidsskrift for mikrobiologi. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Bionergetiske aspekter af halofilisme. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofile bakterier og deres bioteknologiske anvendelser. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Osmosensing og osmoregulerende kompatible opløselige opløsninger med bakterier. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.