Psühofiilsed omadused, liigid ja näited



The psührofiilid need on ekstremofiilsete organismide alatüüp, mida iseloomustavad madalad temperatuurid, tavaliselt vahemikus -20 ° C kuni 10 ° C, ning püsivalt külmade elupaikade hõivamisega. Need organismid on tavaliselt bakterid või arhiivid, kuid on olemas ka metaase, nagu samblikud, vetikad, seened, nematoodid ja isegi putukad ja selgroogsed loomad..

Külma keskkonda domineerivad Maa biosfäär ja koloniseerivad rikkalikud ja erinevad mikroorganismid, millel on potentsiaalselt kriitiline roll globaalsetes biogeokeemilistes tsüklites.

Lisaks madalatele temperatuuridele peavad psührofiilsed organismid olema kohandatud ka teiste äärmuslike tingimustega, nagu kõrge rõhk, kõrge soolakontsentratsioon ja kõrge ultraviolettkiirgus..

Indeks

  • 1 Psührofiilsete organismide omadused
    • 1.1 Elupaigad
    • 1.2 Kohandused
  • 2 Psühhofiilide tüübid ja näited
    • 2.1 Ühe rakuga organismid
    • 2.2 Mitmekihilised organismid
    • 2.3 Kasvustemperatuurid ja psühhofiilsed organismid
    • 2.4 Methanococcoides burtonii ja Methanogenium frigidum Ace järves
    • 2.5 Sphingopüxis alaskensis ja haloarheaa
  • 3 Biotehnoloogilised rakendused
  • 4 Viited

Psühofiilsete organismide omadused

Elupaigad

Psühofiilsete organismide peamised elupaigad on:

-Merepolarikeskkond.

-Banquisa või mere jää.

-Maapealsed polaarkeskkonnad.

-Kõrge ja laiusega järved.

-Subglatsiaalsed järved.

-Külmad mägipiirkonnad.

-Liustikupinnad.

-Polaarsed kõrbed.

-Sügav ookean.

Kohandused

Psühhofiilid on külmumise eest kaitstud erinevate kohandustega. Üks neist on nende rakumembraanide paindlikkus, mida nad saavutavad, lisades nende lipiidmembraanide struktuuridesse lühikese ja küllastumata rasvhapete suure sisalduse..

Nende rasvhapete lisamise mõju on sulamistemperatuuri vähenemine, suurendades samal ajal selle voolavust ja selle resistentsust..

Teine oluline psührofiilide kohandamine on antifriisi valkude süntees. Need valgud hoiavad keha vett vedelas olekus ja kaitsevad DNAd, kui temperatuur langeb alla vee külmumispunkti. Samuti takistavad need jää moodustumist või ümberkristallumist.

Psühhofiilide tüübid ja näited

Ühikulised organismid

Ühekomponentsete psührofiilide mitmekesisus on väga suur, nende hulgas võib nimetada enamiku bakteriaalsete liini liikmeid: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, tsüanobakterid, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 ja Planctomycetes.

Lisaks on Arktika, Antarktika ja mägipiirkondade krüokonites avastatud valkude ja verromomikroobia. Neid on avastatud ka Gröönimaal, Kanadas, Tiibetis ja Himaalaja.

Psührofiilse tsüanobakteri hulgas leidub Leptolvngbva, Phormidium ja Nostoc. Teised levinud žanrid on üheahelalised Aphanothece, Chroococcus ja Charnaesiphon, ja filamentne Ostsillaatorid, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium ja Plectonerna.

Mitmekihilised organismid

Psühofiilsete putukate hulgas võib nimetada perekonda Diamesa (Nepal), mis jääb aktiivseks kuni temperatuurini -16 ° C.

On olemas ka roosakas sääsk (ilma tiivadeta), Belgia Antarktika, 2-6 mm pikkune, Antarktika suhtes endeemiline. See on ainus putukate mandril ja ka ainus ainult maismaal olev loom.

Selgroogsed loomad võivad olla ka psührofiilsed. Mõned näited hõlmavad väikest arvu konnasid, kilpkonnad ja madu, mis kasutavad rakuvälise vee külmutamist (vesi väljaspool rakke) ellujäämise strateegiana, et kaitsta oma rakke talvel.

Antarktika nematood Panagrolaimus davidi võib ellu jääda rakusisese vee külmutamise ja seejärel kasvada tagasi ja paljuneda.

Samuti kasutavad Antarctica ja Lõuna-Ameerika külmades vetes elavat perekonna Channichthyidae kala antifriisi valke, et kaitsta oma rakke täieliku külmutamise eest..

Kasvu temperatuurid ja psühhofiilsed organismid

Maksimaalne temperatuur (Tmax) organismi kasv on kõrgeim, mida see talub. Kuigi optimaalne temperatuur (Tvali) on kasv, kus organism kasvab kiiremini.

Üldiselt arvatakse, et kõik madala temperatuuri tingimustes elavad ja arenevad organismid on psührofiilsed. Kuid nagu me teame, on see mõiste psührofiilne seda tuleks kohaldada ainult nende organismide suhtes, mille Tmax on 20 ° C (st nad ei suuda püsida kõrgematel temperatuuridel).

Mikroorganismid on eraldatud väga külmadest piirkondadest, mis võivad laboritingimustes kasvada temperatuuril üle 20 ° C, mis näitab, et kuigi need on kohandatud madalatele temperatuuridele, ei tohiks neid pidada psührofiilseteks. Neid mikroorganisme nimetatakse "mesotolerante", st nad taluvad keskmisi temperatuure.

Methanococcoides burtonii ja Metanogeenium-frigidum Ace järves

Methanococcoides burtonii on Antarktikas asuvast Ace järvest eraldatud ekstremofiilne ja metanogeenne kaar, mille temperatuur on vahemikus 1–2 ° C. Kuid laboriuuringutes leiti, et tema Tvali kasv on 23 ° C ja Tmax  on 28 ° C, seega ei tohiks seda pidada psührofiilseks.

Metanogeenium-frigidum see on ka metanogeenne ja halofiilne araak (mis talub soola keskel), isoleeritud Ace järvest ja mis laboris esitab Tvali  15 ° C ja Tmax 18 ° C, on võimalik seda klassifitseerida psicrófilo.

Võiks kaaluda psührofiili M. frigidum see peaks olema paremini kohandatud madalatele temperatuuridele M. burtonii. Kuid, M. burtonii kasvab kiiremini kui M. frigidum Ace'i järves temperatuuril 1 kuni 2 ° C.

Need andmed näitavad, et lisaks temperatuurile on ka teisi keskkonnategureid (biotilisi ja abiootilisi), mis mõjutavad nende mikroorganismide populatsiooni kasvu nende looduslikus elupaigas..

Organismi ellujäämine konkreetses keskkonnas sõltub mitmete keskkonnategurite kombinatsioonist, mitte aga ainult ühe mõjuga. Teisest küljest on igal mikroorganismil spetsiifilised nõuded (erinevad temperatuurist), mis mõjutavad ka selle toimivust.

Puhul M. burtonii ja M. frigidum, on teada, et igaüks kasutab erinevaid süsiniku- ja energiaallikaid: M. burtonii kasutab metüülitud substraate M. frigidum kasutada H2: CO2 oma kasvuks. Ace järv on küllastatud metaaniga, mis soodustab kasvamist M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis ja haloarheaa

Sphingopyxis alaskensis on põhjapoolkera mereakvatooriumist isoleeritud bakter, kus valitsevad temperatuurid 4–10 ° C. Teisest küljest kasvavad haloarheaadid, mis on soola-küllastunud vetes, kasvavad -20 ° C juures..

Hoolimata suurest populatsioonist nende looduslikes elupaikades, ei saa ükski neist mikroorganismidest laboris kasvatada vähem kui 4 ° C juures..

Pöörake, S. alaskensis on Tmax 45 ° C ja haloarheaa võib kasvada temperatuuril üle 30 ° C, mistõttu neid ei saa pidada psührofiilseteks. Siiski on nende populatsioonid hästi kohanenud ja väga küllastunud piirkondades väga rikkalikud.

Eeltoodust võib eeldada, et on ka teisi piiravaid keskkonnategureid, mis mõjutavad nende organismide ellujäämist nende looduslikes elupaikades ja temperatuur ei ole kõige olulisem tegur.

Biotehnoloogilised rakendused

Psührofiilsete organismide ensüüme iseloomustab kõrge aktiivsus madalatel ja mõõdukatel temperatuuridel. Lisaks on neil ensüümidel halb termiline stabiilsus.

Nende omaduste puhul on psührofiilsete organismide ensüümid väga atraktiivsed, et neid saaks kasutada toiduainetööstuse, meditsiini, molekulaarbioloogia, farmaatsiatööstuse mitmesugustes protsessides..

Viited

  1. Cavicchioli, R. (2015). Psührofiili mõiste kohta. ISME Teataja, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
  2. Krembs, C. ja Deming, J. W. (2008). Eksopolümeeride roll merejääle mikroobide kohanemisel. In: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. ja Gerday, C. reds) Psychrophiles: alates bioloogilisest mitmekesisusest kuni biotehnoloogiani. Springer-Verlag, Berliin, Saksamaa, lk. 247-264.
  3. Kohshima, S. (1984). Uus külm-tolerantne putukas, mis leidub Himaalaja liustikus. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10,1038 / 310225a0
  4. Margesin, R. (toimetaja). (2017). Psühhofiilid: alates bioloogilisest mitmekesisusest kuni biotehnoloogiani. Teine väljaanne. Springer Verlag, Heidelberg, Saksamaa. lk. 685.
  5. Miteva, V. (2008). Bakterid lumel ja jääl. In: Margesin, R. ja Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: alates bioloogilisest mitmekesisusest kuni biotehnoloogiani. Springer Verlag, Heidelberg, Saksamaa, lk. 31-50.
  6. Price, P. B. (2000). Psühhofiilide elupaik sügaval Antarktika jääl. Ameerika Ühendriikide Riikliku Teaduste Akadeemia dokumendid 97, 1247-1251.