ACIDOFILI: ZNAČILNOSTI, PRIMERI MIKROORGANIZMOV, APLIKACIJE - BIOLOGIJA - 2025

Acidofilni organizmi so vrsta mikroorganizmov (prokariotskih ali evkariontskih), ki se lahko razmnožujejo in živijo v okoljih, katerih pH vrednosti so nižje od 3. Pravzaprav izraz acidofil prihaja iz grščine in pomeni "ljubitelj kisline".

Ta okolja lahko izvirajo iz vulkanskih dejavnosti s sproščanjem žveplovih plinov ali mešanice kovinskih oksidov iz rudnikov železa. Poleg tega so lahko produkt dejavnosti ali metabolizma samih organizmov, ki zakisajo lastno okolje, da bi preživeli.

Kisle vode reke Rio Tinto služijo kot življenjski prostor za številne raznovrstne kislinskofilne mikroorganizme, ki ji dajejo značilno barvo. Avtor Antonio de Mijas, Španija, iz Wikimedia Commons.

Tudi organizmi, uvrščeni v to kategorijo, spadajo v veliko skupino ekstremnih organizmov, saj rastejo v okoljih, katerih pH je zelo kisel. Kjer večina celic ne more preživeti.

Poleg tega je treba poudariti, da je ta skupina organizmov z ekološkega in gospodarskega vidika zelo pomembna.

Splošne značilnosti

Konkurenca, plenilstvo, vzajemnost in sinergija

Večina acidofilnih organizmov raste in živi v prisotnosti kisika. Vendar obstajajo dokazi acidofilusa, ki se lahko razvije tako v odsotnosti kot v prisotnosti kisika.

Poleg tega ti organizmi vzpostavijo različne vrste interakcij z drugimi organizmi, kot so konkurenca, plenilstvo, vzajemnost in sinergija. Primer so mešane kulture acidofila, ki imajo večjo rast in učinkovitost pri oksidaciji žveplovih mineralov kot posamezne kulture.

Zgaga, težava, ki jo je treba rešiti

Zdi se, da imajo acidofili značilne strukturne in funkcionalne lastnosti, ki jim omogočajo nevtralizacijo kislosti. Sem spadajo zelo neprepustne celične membrane, visoka notranja regulativna sposobnost in edinstveni transportni sistemi.

Ker acidofili živijo v okolju, kjer je koncentracija protonov visoka, so razvili črpalne sisteme, odgovorne za izgon protonov v zunanjost. Ta strategija dosega, da ima v notranjosti bakterije pH zelo blizu nevtralnega.

Acidofilni organizmi so razvili sistem protonskih črpalk, ki jim omogočajo črpanje protonov navzven in ohranjajo znotrajcelični pH blizu nevtralnega. Avtor PhilMacD, iz Wikimedia Commons.

Vendar pa so v rudnikih z visoko vsebnostjo žveplove kisline našli mikroorganizme brez celične stene, kar kaže, da so tudi brez te zaščite izpostavljeni visokim koncentracijam protonov.

Po drugi strani morajo zaradi ekstremnih razmer, ki so jim te vrste mikroorganizmov izpostavljeni, zagotoviti, da so vsi njihovi proteini funkcionalni in da ne denaturirajo.

Zaradi tega so sintetizirani proteini z visoko molekulsko maso, tako da obstaja večje število vezi med aminokislinami, ki jih sestavljajo. Na ta način se zgodi, da pride do pretrganja vezi in večja stabilnost proteinske strukture.

Visoka nepropustnost membrane

Ko protoni vstopijo v citoplazmo, morajo acidofilni organizmi uvesti metode, ki jim omogočajo ublažitev učinkov zmanjšanega notranjega pH.

Za vzdrževanje pH imajo acidofili neprepustno celično membrano, ki omejuje vstop protonov v citoplazmo. To je posledica dejstva, da je membrana arhaičnih acidofilov sestavljena iz drugih vrst lipidov, razen tistih, ki jih najdemo v bakterijah in evkariontskih celičnih membranah.

V arhejah imajo fosfolipidi hidrofobno (izopenoidno) regijo in polarno regijo, sestavljeno iz hrbtenice glicerola in fosfatne skupine. Vsekakor je zveza posledica eterske vezi, ki ustvarja večjo odpornost, zlasti pri visokih temperaturah.

Poleg tega v nekaterih primerih arheje nimajo dvoslojnih, temveč produkt združitve dveh hidrofobnih verig, tvorijo enoplast, kjer jim edina molekula dveh polarnih skupin daje večjo odpornost.

Po drugi strani pa kljub temu, da fosfolipidi, ki sestavljajo membrane bakterij in evkariotov, ohranijo isto strukturo (hidrofobna in polarna regija), vezi so estrskega tipa in tvorijo lipidni dvoplast.

Pomen

Acidofilni organizmi so potencialno pomembni pri evoluciji, ker so bili nizki pH in kovine, ki so bogate, morda podobne podmorskim vulkanskim razmeram v zgodnji zemlji.

Tako bi lahko acidofilni organizmi predstavljali primordialne relikvije, iz katerih se je razvilo bolj zapleteno življenje.

Poleg tega, ker bi metabolični procesi lahko nastali na površini sulfidnih mineralov, bi lahko strukturiranje DNK teh organizmov potekalo pri kislem pH.

Uravnavanje v acidofilnih organizmih

Regulacija pH je bistvena za vse organizme, zato morajo imeti acidofili znotrajcelični pH blizu nevtralnega.

Vendar pa lahko acidofilni organizmi prenašajo pH gradiente več zaporedja, v primerjavi z organizmi, ki rastejo le pri pH blizu nevtralnega. Primer je Thermoplasma acidophilum, ki je sposoben živeti pri pH 1,4, hkrati pa ohranja svoj notranji pH na 6,4.

Zanimivost pri acidofilnih organizmih je, da izkoristijo ta pH gradient za pridobivanje energije s pomočjo protonske sile.

Primeri acidofilnih mikroorganizmov

Acidofilni organizmi so večinoma razporejeni v bakterijah in arhejah in prispevajo k številnim biogeokemičnim ciklom, ki vključujejo cikel železa in žvepla.

Med prvimi imamo Ferroplasma acidarmanus, ki je arha, ki lahko raste v okoljih s pH blizu nič. Ostala prokariota sta Picrophilus oshimae in Picrophilus torridus, ki sta tudi termofilna in rasteta v japonskih vulkanskih kraterjih.

Imamo tudi nekaj acidofilnih evkariotov, kot je Cyanidyum caldariuym, ki je sposoben živeti pri pH blizu nič, tako da vzdržuje notranjost celice na skoraj nevtralni ravni.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. in Trichosporon cerebriae, so trije evkarioti iz glivenega kraljestva. Druga enako zanimiva sta Picrophilus oshimae in Picrophilus torridus.

Prijave

Izlivanje

Pomembna vloga acidofilnih mikroorganizmov vključuje njihovo biotehnološko uporabo, zlasti pri pridobivanju kovin iz mineralov, kar znatno zmanjša onesnaževalce, ki nastajajo s tradicionalnimi kemičnimi metodami (izpiranje).

Ta postopek je še posebej uporaben pri pridobivanju bakra, kjer lahko na primer Thobacillus sulfolobus deluje kot katalizator in pospeši hitrost oksidacije bakrovega sulfata, ki nastane med oksidacijo, kar pomaga solubilizaciji kovine.

Prehrambena industrija

Acidofilni organizmi imajo encime industrijskega pomena, saj so vir kislinsko stabilnih encimov in se uporabljajo kot maziva.

Poleg tega se v prehrambeni industriji proizvodnja amilaze in glukoamilaze uporablja za predelavo škroba, pekarstvo, predelavo sadnih sokov.

Poleg tega se široko uporabljajo pri proizvodnji proteaz in celulaz, ki se uporabljajo kot sestavine krme za živali in pri proizvodnji farmacevtskih izdelkov.

Reference

1. Baker-Austin C, Dopson M. Življenje v kislini: pH homeostaza pH v acidofilih. Trendi Microbiol. 2007; 15 (4): 165–71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Arquealni ekstremni acidofili, ki oksidirajo v železu, so pomembni pri odtoku rudnikov kislin. Znanost. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Nekaj ​​aplikacij njihovih izdelkov za biotehnologijo. Pregled mikrobiologije in molekularne biologije. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Možna vloga površinskega naboja pri organizaciji membran v acidofilu, indijanec. Časopis za biokemijo in biofiziko. devetnajst devetinšestdeset; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraetrski povezani membranski monoplasti v Ferroplasma spp: ključ do preživetja kisline. Ekstremofili. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokariontska raznolikost: Archea. V: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (ur.). Brock Mikrobiologija mikroorganizmov. Deset izdaja. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, str. 741–766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Življenje pri izjemno nizkem pH. Narava. devetnajst devetinpetdeset; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermofili. Transakcije Biokemične družbe. 2004; 32: 193–198.