ГАЛОФИЛЫ: КЛАССИФИКАЦИЯ, ОСМОС, ПРИМЕНЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В галофильные организмы представляют собой категорию микроорганизмов, как прокариот и эукариот, способный воспроизводить и жить в среде с высокой концентрацией солей , таких как морская вода и гиперсоленых засушливых районах. Термин галофил происходит от греческих слов halos и filo, что означает «любитель соли».

Организмы, отнесенные к этой категории, также принадлежат к большой группе экстремофильных организмов, поскольку они размножаются в чрезвычайно засоленных средах обитания, где большинство живых клеток не может выжить.

Салинас, среда с очень высокой соленостью, где размножаются чрезвычайно галофильные клетки. Автор Х. Зелл, из Wikimedia Commons.

Фактически, подавляющее большинство существующих клеток быстро теряют воду при воздействии среды, богатой солью, и именно это обезвоживание во многих случаях быстро приводит к смерти.

Способность галофильных организмов жить в этих средах обусловлена ​​тем фактом, что они могут уравновешивать свое осмотическое давление по отношению к окружающей среде и поддерживать свою изосмотическую цитоплазму с внеклеточной средой.

Они были классифицированы на основе концентрации соли, в которой они могут жить в экстремальных, умеренных, слабых и галотолерантных галофилах.

Некоторые галофильные представители - это зеленая водоросль Dunaliella salina, ракообразное из рода Artemia или водяная блоха, а также грибы Aspergillus penicillioides и Aspergillus terreu.

классификация

Не все галофильные организмы способны размножаться в широком диапазоне концентраций солей. Напротив, они различаются степенью засоления, которую они могут переносить.

Этот уровень толерантности, который варьируется между очень специфическими концентрациями NaCl, служил для классификации их как экстремальных, умеренных, слабых и галотолерантных галофилов.

В группу крайних галофилов входят все организмы, способные заселять среды, в которых концентрация NaCl превышает 20%.

За ними следуют умеренные галофилы, которые размножаются при концентрациях NaCl от 10 до 20%; и слабые галофилы, которые проявляются при более низких концентрациях, варьирующихся от 0,5 до 10%.

Наконец, halotolerantes - это организмы, способные поддерживать только низкие концентрации соли.

Осмос и соленость

Существует большое количество прокариотических галофилов, способных противостоять высоким концентрациям NaCl.

Эта способность противостоять условиям солености, которые варьируются от низких, но более высоких, чем те, которые могут выдерживать большинство живых клеток, до очень экстремальных, была приобретена благодаря разработке множества стратегий.

Основная или центральная стратегия - избежать последствий физического процесса, известного как осмос.

Это явление относится к движению воды через полупроницаемую мембрану из места с низкой концентрацией растворенных веществ в место с более высокой концентрацией.

Следовательно, если во внеклеточной среде (среде, где развивается организм) концентрация соли выше, чем в его цитозоле, он будет терять воду наружу и обезвоживаться до смерти.

Между тем, чтобы избежать этой потери воды, они хранят высокие концентрации растворенных веществ (солей) в своей цитоплазме, чтобы компенсировать эффекты осмотического давления.

Адаптивные стратегии борьбы с засолением

Галофильные бактерии. Автор Maulucioni на основе изображений из Commons, из Wikimedia Commons.

Некоторые из стратегий, используемых этими организмами: синтез ферментов, способных поддерживать свою активность при высоких концентрациях соли, фиолетовые мембраны, которые позволяют им расти за счет фототрофии, сенсоры, регулирующие фототаксический ответ, такие как родопсин, и газовые везикулы, способствующие их росту. плавучесть.

Кроме того, следует отметить, что среды, в которых растут эти организмы, довольно изменчивы, что создает риск для их выживания. Поэтому они разрабатывают другие стратегии, адаптированные к этим условиям.

Одним из изменяющихся факторов является концентрация растворенных веществ, которая важна не только в гиперсоленой среде, но и в любой среде, где дожди или высокие температуры могут вызвать высыхание и, как следствие, колебания осмолярности.

Чтобы справиться с этими изменениями, галофильные микроорганизмы разработали два механизма, которые позволяют им поддерживать гиперосмотическую цитоплазму. Один из них называется «солевой», а другой «солевой».

Солевой механизм

Этот механизм осуществляется Archeas и Haloanaerobiales (строгие анаэробные умеренно галофильные бактерии) и заключается в повышении внутренней концентрации KCl в их цитоплазме.

Однако высокая концентрация соли в цитоплазме заставила их сделать молекулярную адаптацию для нормального функционирования внутриклеточных ферментов.

Эти адаптации в основном состоят из синтеза белков и ферментов, богатых кислыми аминокислотами и бедных гидрофобными аминокислотами.

Ограничением для этого типа стратегии является то, что те организмы, которые ее проводят, имеют плохую способность адаптироваться к внезапным изменениям осмолярности, ограничивая свой рост средами с очень высокими концентрациями физиологического раствора.

Механизм высаливания

Этот механизм используется как галофильными, так и негалофильными бактериями, помимо умеренно галофильных метаногенных архей.

При этом галофильный микроорганизм выполняет осмотический баланс, используя небольшие органические молекулы, которые могут быть синтезированы им или взяты из среды.

Эти молекулы могут быть полиолами (такими как глицерин и арабинитол), сахарами, такими как сахароза, трегалоза или глюкозилглицерин, или аминокислотами, и производными четвертичных аминов, такими как глицин-бетаин.

Все они обладают высокой растворимостью в воде, не имеют заряда при физиологическом pH и могут достигать значений концентрации, которые позволяют этим микроорганизмам поддерживать осмотический баланс с внешней средой, не влияя на функционирование их собственных ферментов.

Кроме того, эти молекулы обладают способностью стабилизировать белки от тепла, высыхания или замораживания.

Приложения

Галофильные микроорганизмы очень полезны для получения молекул в биотехнологических целях.

Эти бактерии не представляют больших трудностей для культивирования из-за низкой потребности в питательных веществах в их питательной среде. Их устойчивость к высоким концентрациям физиологического раствора сводит к минимуму риск заражения, что делает их более выгодными альтернативными организмами, чем E. coli.

Кроме того, благодаря сочетанию производственных мощностей с устойчивостью к условиям экстремальной солености, микроорганизмы представляют большой интерес как источник промышленных продуктов как в фармацевтической, косметической, так и в биотехнологической областях.

Некоторые примеры:

Ферменты

Многие промышленные процессы разрабатываются в экстремальных условиях, что предлагает область применения ферментов, продуцируемых экстремофильными микроорганизмами, способными действовать при экстремальных значениях температуры, pH или солености. Таким образом, описаны амилазы и протеазы, используемые в молекулярной биологии.

Полимеры

Точно так же галофильные бактерии являются продуцентами полимеров с поверхностно-активными и эмульгирующими свойствами, которые имеют большое значение в нефтяной промышленности, поскольку они способствуют извлечению сырой нефти из недр.

Совместимые растворенные вещества

Растворенные вещества, которые эти бактерии накапливают в своей цитоплазме, обладают высокой стабилизирующей и защитной способностью ферментов, нуклеиновых кислот, мембран и даже целых клеток против замораживания, высыхания, тепловой денатурации и высокой солености.

Все это используется в ферментной технологии, а также в пищевой и косметической промышленности для продления срока службы продуктов.

Биодеградация отходов

Галофильные бактерии способны расщеплять токсичные остатки, такие как пестициды, фармацевтические препараты, гербициды, тяжелые металлы, а также процессы добычи нефти и газа.

Продукты

В области питания они участвуют в производстве соевого соуса.

Ссылки

1. Деннис П.П., Шиммин Л.С. Эволюционная дивергенция и селекция, опосредованная засолением галофильных архей. Microbiol Mol Biol Rev.1997; 61: 90-104.
2. Гонсалес-Эрнандес Дж. К., Пенья А. Стратегии адаптации галофильных микроорганизмов и Debaryomyces hansenii (галофильные дрожжи). Латиноамериканский журнал микробиологии. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Орен А. Бионергетические аспекты галофильности. Microbiol Mol Biol Rev.1999; 63: 334-48.
4. Рамирес Н., Сандовал А.Х., Серрано Х.А. Галофильные бактерии и их биотехнологические применения. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Вуд Дж. М., Бремер Е., Чонка Л. Н., Кремер Р., Пулман Б., Ван дер Хайде Т., Смит Л. Т.. Накопление бактериями осмосенсибилизирующих и осморегуляторных растворенных веществ. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.