Psychofilní charakteristiky, typy a příklady

psychrofily jsou subtypem extremofilních organismů charakterizovaných nízkými teplotami, obvykle mezi -20 ° C a 10 ° C, a obsazením trvale studených stanovišť. Tyto organismy jsou obvykle bakterie nebo archaea, nicméně tam jsou metazoans takový jako lišejníky, řasy, houby, nematodes a vyrovnat hmyz a obratlovce..

Studená prostředí dominují biosféře Země a jsou kolonizována hojnými a rozmanitými mikroorganismy, které hrají potenciálně kritickou roli v globálních biogeochemických cyklech..

Kromě podpory nízkých teplot musí být psychrofilní organismy také přizpůsobeny jiným extrémním podmínkám, jako jsou vysoké tlaky, vysoké koncentrace solí a vysoké ultrafialové záření..

Index

• 1 Charakteristika psychrofilních organismů
  • 1.1 Stanoviště
  • 1.2 Přizpůsobení
• 2 Typy psychrofilů a příklady
  • 2.1 Jednobuněčné organismy
  • 2.2 Pluricelulární organismy
  • 2.3 Růstové teploty a psychofilní organismy
  • 2.4 Methanococcoides burtonii a Methanogenium frigidum v Lake Ace
  • 2,5 Sphingopyxis alaskensis a haloarchaea
• 3 Biotechnologické aplikace
• 4 Odkazy

Charakteristika psychofilních organismů

Stanoviště

Hlavní stanoviště psychofilních organismů jsou:

-Námořní polární prostředí.

-Banquisa nebo mořský led.

-Pozemní polární prostředí.

-Jezera vysoké nadmořské výšky a šířky.

-Subglaciální jezera.

-Studené alpské regiony.

-Povrchy ledovců.

-Polární pouště.

-Hluboký oceán.

Přizpůsobení

Psychrofily jsou chráněny před zamrznutím různými adaptacemi. Jedním z nich je flexibilita jejich buněčných membrán, které dosahují vysokého obsahu krátkých a nenasycených mastných kyselin ve strukturách jejich lipidových membrán.

Vlivem začlenění těchto mastných kyselin je snížení teploty tání, což zároveň zvyšuje jeho tekutost a odolnost..

Další důležitou adaptací psychrofilů je syntéza nemrznoucích proteinů. Tyto proteiny udržují tělesnou vodu v tekutém stavu a chrání DNA, když teploty klesají pod bod mrazu vody. Zabraňují také tvorbě ledu nebo jeho rekrystalizaci.

Typy psychrofilů a příklady

Jednobuněčné organismy

Rozmanitost jednobuněčných psychrofilů je velmi velká, mezi nimi můžeme zmínit členy většiny bakteriálních linií: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 a Planctomycetes.

Kromě toho byly v Arktidě, Antarktidě a alpském kryokonitu detekovány Proteobacteria a Verrucomicrobia. Byly také zjištěny v Grónsku, Kanadě, Tibetu a Himalájích.

Mezi psychrofilními cyanobakteriemi nacházíme Leptolvngbva, Phormidium a Nostoc. Jiné obyčejné žánry jsou jednobuněčné Aphanothece, Chroococcus a Charnaesiphon, a vláknité Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium a Plectonerna.

Pluricelulární organismy

Mezi psychofilní hmyz můžeme jmenovat rod Diamesa Himalájí (Nepál), která zůstává aktivní až do dosažení teploty -16 ° C.

K dispozici je také spousta komárů (bez křídel), Belgie Antarktida, 2-6 mm dlouhá, endemická do Antarktidy. Toto je jediný hmyz na kontinentu a také jediné zvíře výhradně pozemské.

Vertebrate zvířata mohou také být psychrophilic. Některé příklady zahrnují malé množství žab, želvy a hada, který používá zmrazení extracelulární vody (voda mimo buňky) jako strategie přežití chránit jejich buňky během zimy \ t.

Antarktický háďátko Panagrolaimus davidi mohou přežít zamrznutí intracelulární vody a následně růst a rozmnožování.

Také ryby z čeledi Channichthyidae - žijící v chladných vodách Antarktidy a jižní Jižní Ameriky - používají nemrznoucí proteiny k ochraně buněk před úplným zmrazením.

Růstové teploty a psychofilní organismy

Maximální teplota (T_max) růstu organismu je nejvyšší, co může tolerovat. Zatímco optimální teplota (T_zvolit) růstu je ten, ve kterém organismus roste rychleji.

Obecně se má za to, že všechny organismy, které přežijí a vyvíjejí se v prostředí s nízkou teplotou, jsou psychrofilní. Nicméně, jak víme, termín psychrofilní mělo by být použito pouze na organismy, jejichž T_max je 20 ° C (to znamená, že nemohou přežít při vyšších teplotách).

Mikroorganismy byly izolovány z velmi chladných oblastí, které mohou růst v laboratorních podmínkách při teplotách nad 20 ° C, což naznačuje, že ačkoli jsou přizpůsobeny nízkým teplotám, neměly by být považovány za psychrofilní. Tyto mikroorganismy se nazývají "mesotoleranty", to znamená, že tolerují průměrné teploty.

Methanococcoides burtonii a Methanogenium frigidum v jezeře Ace

Methanococcoides burtonii je extremofilní a methanogenní oblouk izolovaný z jezera Ace v Antarktidě, kde se teplota pohybuje mezi 1 a 2 ° C. V laboratorních studiích však bylo zjištěno, že jeho T_zvolit růst je 23 ° C a T_max  je 28 ° C, takže by neměla být považována za psychrofilní.

Methanogenium frigidum to je také methanogenic a halophilic archaea (který snáší sůl uprostřed), izolovaný od Ace jezera sám a který v laboratoři představuje T \ t_zvolit  15 ° C a T_max 18 ° C, lze jej klasifikovat jako psicrófilo.

Lze uvažovat o psychrofilu M. frigidum Mělo by být lépe přizpůsobeno nízkým teplotám, které by to mělo být M. burtonii. Nicméně, M. burtonii roste rychleji než M. frigidum při teplotách 1 až 2 ° C v Lake Ace.

Z těchto údajů vyplývá, že kromě teplotních vlivů ovlivňují populační růst těchto mikroorganismů i další faktory prostředí (biotické a abiotické)..

Přežití organismu v daném prostředí závisí na kombinaci více faktorů prostředí a nikoliv na účinku jednoho. Na druhé straně, každý mikroorganismus má specifické požadavky (odlišné od teploty), které také ovlivňují jeho výkon.

V případě M. burtonii a M. frigidum, je známo, že každý používá různé zdroje uhlíku a energie: M. burtonii používá metylované substráty, zatímco M. frigidum použít H₂: CO₂ pro váš růst. Jezero Ace je nasyceno metanem, který podporuje růst M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis a haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis je bakterie izolovaná z mořských vod severní polokoule, kde převažují teploty 4 - 10 ° C. Na druhé straně, haloarchaeas, které jsou archaea obývají vody nasycené solí, rostou při -20 ° C..

Navzdory vysoké populaci v přírodních stanovištích nemohl být žádný z těchto mikroorganismů pěstován v laboratoři při teplotě nižší než 4 ° C..

Otočte, S. alaskensis má T_max 45 ° C a haloarchaea mohou růst při teplotách nad 30 ° C, takže nemohly být považovány za psychrofilní. Jejich populace je však dobře přizpůsobena a je velmi hojná v extrémně chladných oblastech.

Z výše uvedeného lze předpokládat, že existují další omezující faktory prostředí, které ovlivňují přežití těchto organismů v jejich přirozených stanovištích a teplota není nejdůležitějším faktorem..

Biotechnologické aplikace

Enzymy psychrofilních organismů se vyznačují vysokou aktivitou při nízkých a mírných teplotách. Kromě toho mají tyto enzymy špatnou tepelnou stabilitu.

Pro tyto charakteristiky jsou enzymy psychrofilních organismů velmi atraktivní pro použití v různých procesech potravinářského průmyslu, medicíny, molekulární biologie, ve farmaceutickém průmyslu, mimo jiné..

Odkazy

1. Cavicchioli, R. (2015). O pojetí psychrofilu. ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. a Deming, J. W. (2008). Úloha exopolymerů v mikrobiální adaptaci na mořský led. V: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. a Gerday, C. reds) Psychrofily: od biologické rozmanitosti k biotechnologii. Springer-Verlag, Berlín, Německo, pp. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Nový chladný tolerantní hmyz nalezený v himalájském ledovci. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (editor). (2017). Psychrofily: od biologické rozmanitosti k biotechnologii. Druhé vydání. Springer Verlag, Heidelberg, Německo. pp. 685.
5. Miteva, V. (2008). Bakterie ve sněhu a ledu. V: Margesin, R. a Schirmer, F. (eds) Psychrofily: od biologické rozmanitosti k biotechnologii. Springer Verlag, Heidelberg, Německo, pp. 31-50.
6. Price, P. B. (2000). Místo pro psychrofily v hlubokém antarktickém ledu. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických 97, 1247-1251.