HALOFILI: KLASIFIKACIJA, OSMOZA, APLIKACIJE, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

V halofilne organizmi so kategorija mikroorganizmov, tako prokarionti in evkarionti, lahko razmnožujejo in živijo v okoljih z visoko koncentracijo soli, kot so morske in slana sušnih območjih. Izraz halofili izvira iz grških besed halos in filo, kar pomeni "ljubitelj soli."

Tudi organizmi, uvrščeni v to kategorijo, spadajo v veliko skupino ekstremofilnih organizmov, saj se razmnožujejo v izjemno slanih habitatih, kjer večina živih celic ne bi mogla preživeti.

Salinas, okolja skrajne slanosti, kjer se razmnožujejo ekstremne halofilne celice. Avtor H. Zell, iz Wikimedia Commons.

Pravzaprav velika večina obstoječih celic hitro izgubi vodo, ko je izpostavljena medijem, bogatim s soljo, in prav ta dehidracija v mnogih primerih hitro vodi v smrt.

Sposobnost halofilnih organizmov, da lahko živijo v teh okoljih, je posledica dejstva, da lahko uravnotežijo svoj osmotski tlak glede na okolje in ohranijo svojo izosmotsko citoplazmo z zunajceličnim okoljem.

Razvrstili so jih glede na koncentracijo soli, v kateri lahko živijo v skrajnih, zmernih, šibkih in halotolerantnih halofilih.

Nekateri halofilni predstavniki so zelena alga Dunaliella salina, rak iz rodu Artemia ali vodna bolha ter glivi Aspergillus penicillioides in Aspergillus terreu.

Razvrstitev

Niso vsi halofilni organizmi sposobni razmnoževanja v širokem razponu koncentracij soli. Nasprotno, razlikujejo se po stopnji slanosti, ki jo lahko prenašajo.

Ta tolerančna stopnja, ki se razlikuje med zelo specifičnimi koncentracijami NaCl, je služila za razvrstitev med ekstremne, zmerne, šibke in halotolerantne halofile.

Skupina skrajnih halofilov vključuje vse tiste organizme, ki so sposobni poseljevati okolja, kjer koncentracije NaCl presegajo 20%.

Sledijo zmerni halofili, ki se razmnožujejo pri koncentracijah NaCl med 10 in 20%; in šibki halofili, ki to počnejo pri nižjih koncentracijah, ki se gibljejo med 0,5 in 10%.

Končno so halotoleranti organizmi, ki so sposobni podpirati le nizke koncentracije soli.

Osmoza in slanost

Obstaja najrazličnejši prokariontski halofili, ki se lahko upirajo visokim koncentracijam NaCl.

Ta sposobnost, da se upiramo pogojem slanosti, ki se razlikujejo od nizkih, vendar višjih od tistih, ki jih večina živih celic lahko prenaša, do zelo ekstremnih, smo pridobili z razvojem več strategij.

Glavna ali osrednja strategija je preprečiti posledice fizičnega procesa, znanega kot osmoza.

Ta pojav se nanaša na gibanje vode skozi polprepustno membrano, od mesta z nizko koncentracijo topil do tiste z večjo koncentracijo.

Če so torej v zunajceličnem okolju (okolju, kjer se razvija organizem) koncentracije soli višje od koncentracij v njegovem citosolu, bo zunaj izgubila vodo in dehidrirala do smrti.

Medtem, da bi se izognili tej izgubi vode, v svoji citoplazmi hranijo visoke koncentracije topljenih snovi (soli), da bi nadomestili učinke osmotskega tlaka.

Prilagodljive strategije za obvladovanje slanosti

Halofilne bakterije. Avtor Maulucioni na podlagi slik iz Commonsa, iz Wikimedia Commons.

Nekatere strategije, ki jih ti organizmi uporabljajo, so: sinteza encimov, ki lahko vzdržujejo svojo aktivnost pri visoki koncentraciji soli, vijolične membrane, ki omogočajo rast s pomočjo fototrofije, senzorji, ki uravnavajo fototaktični odziv, kot je rodopsin, in plinske vezikle, ki spodbujajo njihovo rast. plavanje.

Poleg tega je treba opozoriti, da so okolja, kjer ti organizmi rastejo, precej spremenljiva, kar ustvarja tveganje za njihovo preživetje. Zato razvijajo druge strategije, prilagojene tem pogojem.

Eden od spreminjajočih se dejavnikov je koncentracija topljenih snovi, ki ni pomembna samo v hipersalinskih okoljih, ampak v katerem koli okolju, kjer dež ali visoke temperature lahko povzročijo izsušitev in posledično spremembe osmolarnosti.

Za obvladovanje teh sprememb so halofilni mikroorganizmi razvili dva mehanizma, ki jima omogočata vzdrževanje hiperosmotske citoplazme. Eden od njih se imenuje "solni", drugi pa "solni ven"

Mehanizem za soljenje

Ta mehanizem izvajajo Archeas in Haloanaerobiales (stroge anaerobne zmerne halofilne bakterije) in je sestavljen v dvigu notranjih koncentracij KCl v njihovi citoplazmi.

Vendar pa jih je visoka koncentracija soli v citoplazmi pripeljala do molekulskih prilagoditev za normalno delovanje znotrajceličnih encimov.

Te prilagoditve so v osnovi sestavljene iz sinteze beljakovin in encimov, bogatih s kislimi aminokislinami in slabe s hidrofobnimi aminokislinami.

Omejitev te vrste strategije je, da se tisti organizmi, ki jih izvajajo, slabo prilagajajo nenadnim spremembam osmolarnosti in omejijo njihovo rast na okolja z zelo visokimi koncentracijami soli.

Mehanizem soljenja

Ta mehanizem poleg zmernih halofilnih metanogenih arhej uporabljajo tako halofilne kot nehalofilne bakterije.

Pri tem halofilni mikroorganizem izvaja osmotsko ravnovesje z uporabo majhnih organskih molekul, ki jih lahko sintetizira ali vzame iz medija.

Te molekule so lahko polioli (kot so glicerol in arabinitol), sladkorji, kot so saharoza, trehaloza ali glukozil-glicerol ali aminokisline in derivati ​​kvaternarnih aminov, kot je glicin-betain.

Vsi imajo visoko topnost v vodi, nimajo naboja pri fiziološkem pH in lahko dosežejo koncentracijske vrednosti, ki tem mikroorganizmom omogočajo ohranjanje osmotskega ravnovesja z zunanjim okoljem, ne da bi vplivale na delovanje lastnih encimov.

Poleg tega imajo te molekule sposobnost stabiliziranja beljakovin pred vročino, sušenjem ali zmrzovanjem.

Prijave

Halofilni mikroorganizmi so zelo koristni za pridobivanje molekul v biotehnološke namene.

Te bakterije ne predstavljajo večjih težav, ki bi jih bilo mogoče gojiti zaradi nizkih prehranskih potreb v njihovih gojiščih. Njihova toleranca do visokih fizioloških koncentracij zmanjšuje tveganje kontaminacije, zaradi česar so alternativni organizmi bolj ugodni kot E. coli.

Poleg tega so mikroorganizmi, ki združujejo svojo proizvodno zmogljivost in odpornost na ekstremne pogoje slanosti, zelo zanimivi kot vir industrijskih izdelkov, tako na farmacevtskem, kozmetičnem in biotehnološkem področju.

Nekaj ​​primerov:

Encimi

Številni industrijski procesi se razvijajo v ekstremnih pogojih, kar ponuja področje uporabe za encime, ki jih proizvajajo ekstremofilni mikroorganizmi, ki lahko delujejo pri ekstremnih vrednostih temperature, pH ali slanosti. Tako so opisane amilaze in proteaze, ki se uporabljajo v molekularni biologiji.

Polimeri

Podobno so halofilne bakterije proizvajalci polimerov s površinsko aktivnimi in emulgirajočimi lastnostmi, ki imajo velik pomen v naftni industriji, saj prispevajo k črpanju surove nafte iz podzemlja.

Združljivi topili

Topila, ki jih te bakterije nabirajo v svoji citoplazmi, imajo visoko stabilizirajočo in zaščitno moč encimov, nukleinskih kislin, membran in celo celih celic, pred zmrzovanjem, izsušitvijo, toplotno denaturacijo in visoko slanostjo.

Vse to so v encimski tehnologiji, pa tudi v prehrambeni in kozmetični industriji uporabljali za podaljšanje življenjske dobe izdelkov.

Biološka razgradnja odpadkov

Halofilne bakterije lahko razgradijo strupene odpadke, kot so pesticidi, farmacevtski izdelki, herbicidi, težke kovine ter postopki črpanja nafte in plina.

Živila

Na področju hrane sodelujejo pri proizvodnji sojine omake.

Reference

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evolucijsko razhajanje in selekcija, posredovana s slanostjo, v halofilnih Arhejah. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90–104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Prilagoditvene strategije halofilnih mikroorganizmov in Debaryomyces hansenii (halofilni kvas). Latinskoameriški časopis za mikrobiologijo. 2002; 44 (3): 137–156.
3. Oren A. Bionergetični vidiki halofilizma. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334–48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofilne bakterije in njihove biotehnološke aplikacije. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Osmosenzibilno in osmoregulacijsko združljivo topi kopičenje bakterij. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.