АЦИДОФИЛЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРИМЕРЫ МИКРООРГАНИЗМОВ, ПРИМЕНЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2024

Ацидофильные организмы - это тип микроорганизмов (прокариотических или эукариотических), способных размножаться и жить в средах с pH менее 3. Фактически, термин acidophilus происходит от греческого языка и означает «любитель кислоты».

Эти среды могут возникать в результате вулканической деятельности с выделением сернистых газов или смеси оксидов металлов из железных рудников. Кроме того, они могут быть продуктом активности или метаболизма самих организмов, которые для выживания подкисляют свою окружающую среду.

Кислые воды Рио-Тинто служат средой обитания для огромного количества кислотофильных микроорганизмов, которые придают ему характерный цвет. Автор Антонио де Михас, Испания, из Wikimedia Commons.

Организмы, отнесенные к этой категории, также принадлежат к большой группе экстремофильных организмов, поскольку они растут в среде с очень кислым pH. Где большинство клеток не могут выжить.

Кроме того, важно подчеркнуть, что эта группа организмов имеет большое значение с экологической и экономической точки зрения.

Общие характеристики

Конкуренция, хищничество, мутуализм и синергия

Большинство ацидофильных организмов растут и живут в присутствии кислорода. Однако есть данные об ацидофилии, который может развиваться как в отсутствие, так и в присутствии кислорода.

Кроме того, эти организмы устанавливают различные типы взаимодействий с другими организмами, такие как конкуренция, хищничество, мутуализм и синергия. Примером являются смешанные культуры ацидофильных грибов, которые демонстрируют более высокий рост и эффективность в окислении минералов серы, чем отдельные культуры.

Изжога, проблема, которую нужно решить

Ацидофилы, по-видимому, обладают общими структурными и функциональными характеристиками, которые позволяют им нейтрализовать кислотность. К ним относятся очень непроницаемые клеточные мембраны, высокая внутренняя регулирующая способность и уникальные транспортные системы.

Поскольку ацидофилы живут в среде с высокой концентрацией протонов, они разработали насосные системы, отвечающие за вытеснение протонов наружу. Эта стратегия позволяет добиться, чтобы внутри бактерий pH был очень близок к нейтральному.

Ацидофильные организмы разработали систему протонных насосов, которые позволяют им перекачивать протоны наружу и поддерживать внутриклеточный pH близкий к нейтральному. Автор PhilMacD, из Wikimedia Commons.

Однако в шахтах с высоким содержанием серной кислоты были обнаружены микроорганизмы без клеточной стенки, что указывает на то, что даже без этой защиты они подвергаются воздействию высоких концентраций протонов.

С другой стороны, из-за экстремальных условий, которым подвергаются эти типы микроорганизмов, они должны гарантировать, что все их белки функциональны и не денатурированы.

Для этого синтезированные белки имеют высокую молекулярную массу, так что между составляющими их аминокислотами имеется большее количество связей. Таким образом, разрыв связей становится более трудным, и структура белка становится более стабильной.

Высокая непроницаемость мембраны

Как только протоны попадают в цитоплазму, ацидофильные организмы должны применять методы, которые позволят им смягчить эффекты пониженного внутреннего pH.

Чтобы поддерживать pH, ацидофилы имеют непроницаемую клеточную мембрану, которая ограничивает проникновение протонов в цитоплазму. Это связано с тем, что мембрана ацидофилов архей состоит из других типов липидов, чем те, которые содержатся в мембранах бактерий и эукариотических клеток.

У архей фосфолипиды имеют гидрофобную (изопеноидную) область и полярную область, состоящую из основной цепи глицерина и фосфатной группы. В любом случае соединение происходит за счет эфирной связи, которая создает большее сопротивление, особенно при высоких температурах.

Кроме того, в некоторых случаях археи не имеют бислоев, а являются продуктом объединения двух гидрофобных цепей, они образуют монослой, где единственная молекула двух полярных групп придает им большую устойчивость.

С другой стороны, несмотря на то, что фосфолипиды, из которых состоят мембраны бактерий и эукариот, сохраняют одинаковую структуру (гидрофобную и полярную области), связи имеют сложноэфирный тип и образуют липидный бислой.

Важность

Ацидофильные организмы имеют потенциальное значение для эволюции, потому что низкий pH и богатые металлами условия, в которых они растут, могли быть похожи на подводные вулканические условия на ранней Земле.

Таким образом, ацидофильные организмы могли представлять собой исконные реликвии, из которых произошла более сложная жизнь.

Кроме того, поскольку метаболические процессы могли происходить на поверхности сульфидных минералов, возможно, структурирование ДНК этих организмов могло происходить при кислом pH.

Регулирование у ацидофильных организмов

Регулирование pH важно для всех организмов, по этой причине ацидофилы должны иметь внутриклеточный pH, близкий к нейтральному.

Однако ацидофильные организмы способны переносить градиенты pH на несколько порядков по сравнению с организмами, которые растут только при pH, близком к нейтральному. Примером является Thermoplasma acidophilum, способная жить при pH 1,4, поддерживая свой внутренний pH на уровне 6,4.

Интересная особенность ацидофильных организмов заключается в том, что они используют этот градиент pH для производства энергии за счет движущей силы протонов.

Примеры ацидофильных микроорганизмов

Ацидофильные организмы преимущественно распространены среди бактерий и архей и участвуют в многочисленных биогеохимических циклах, включая циклы железа и серы.

Среди первых у нас есть Ferroplasma acidarmanus, арха, способная расти в средах с pH, близким к нулю. Другие прокариоты - это Picrophilus oshimae и Picrophilus torridus, которые также теплолюбивы и растут в японских вулканических кратерах.

У нас также есть некоторые ацидофильные эукариоты, такие как Cyanidyum caldariuym, которые способны жить при pH, близком к нулю, поддерживая внутреннюю часть клетки на почти нейтральном уровне.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. и Trichosporon cerebriae - три эукариоты из Королевства грибов. Другими не менее интересными являются Picrophilus oshimae и Picrophilus torridus.

Приложения

Выщелачивание

Важная роль ацидофильных микроорганизмов связана с их биотехнологическим применением, в частности, при извлечении металлов из минералов, что значительно снижает количество загрязняющих веществ, которые образуются традиционными химическими методами (выщелачивание).

Этот процесс особенно полезен при добыче меди, где, например, Thobacillus sulfolobus может действовать как катализатор и ускорять скорость окисления сульфата меди, который образуется во время окисления, помогая солюбилизации металла.

Пищевая промышленность

У ацидофильных организмов есть ферменты, представляющие промышленный интерес, поскольку они являются источником кислотоустойчивых ферментов, используемых в качестве смазочных материалов.

Кроме того, в пищевой промышленности амилазы и глюкоамилазы используются для обработки крахмала, хлебобулочных изделий и фруктовых соков.

Кроме того, они широко используются в производстве протеаз и целлюлаз, которые используются в качестве компонентов кормов для животных, а также в производстве фармацевтических продуктов.

Ссылки

1. Бейкер-Остин С., Допсон М. Жизнь в кислоте: гомеостаз pH у ацидофилов. Trends Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Эдвардс KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Крайний ацидофил, окисляющий железо Arqueal, важный в дренаже кислотных шахт. Наука. 2000; 287: 1796-1799.
3. Хорикоши К. Алкалифилы: некоторые применения их продуктов в биотехнологии. Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 1999; 63: 735-750.
4. Кар Н.С., Дасгупта АК. Возможная роль поверхностного заряда в организации мембран у ацидофила, инд. Журнал биохимии и биофизики. тысяча девятьсот девяносто шесть; 33: 398-402.
5. Макалади Дж. Л., Вестлинг М. М., Баумлер Д., Бёкельхайде Н., Каспар С. В., Банфилд Дж. Ф. Тетраэфирные монослои мембран в Ferroplasma spp: ключ к выживанию в кислоте. Экстремофилы. 2004; 8: 411-419
6. Мэдиган М.Т., Мартинко Дж. М., Паркер Дж. 2003. Прокариотическое разнообразие: Archea. В: Мэдиган М.Т., Мартинко Дж. М., Паркер Дж. (Ред.). Брок Микробиология микроорганизмов. Выпуск десять. Издание Пирсон-Прентис Холл, Мадрид, стр. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Жизнь при чрезвычайно низком pH. Природа. тысяча девятьсот девяносто пятый год; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Труды Биохимического Общества. 2004; 32: 193-198.