HALOFIILIT: LUOKITTELU, OSMOOSI, SOVELLUKSET, ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2026

Halofiilisillä organismit ovat luokan mikro-organismeja sekä prokaryooteissa ja eukaryooteissa, pystyy lisääntymään ja elää ympäristössä, jossa on suuria määriä suolaa, kuten merivettä ja hypersaline kuivilla alueilla. Termi halofiili tulee kreikkalaisista sanoista halos ja filo, mikä tarkoittaa "suolan rakastaja".

Tähän luokkaan luokitellut organismit kuuluvat myös suureen joukkoon ekstremofiilisiä organismeja, koska ne leviävät äärimmäisen suolaisuuden luontotyypeissä, joissa suurin osa elävistä soluista ei kykenisi selviytymään.

Salinas, äärimmäisen suolaisuuden ympäristöt, joissa äärimmäiset halogeeniset solut lisääntyvät. Kirjoittaja H. Zell, Wikimedia Commons.

Itse asiassa suurin osa nykyisistä soluista menettää nopeasti vettä, kun ne altistetaan alumiinille, joka on runsaasti suolaa, ja juuri tämä kuivuminen johtaa monissa tapauksissa nopeasti kuolemaan.

Halogeenisten organismien kyky elää näissä ympäristöissä johtuu siitä, että ne voivat tasapainottaa osmoottisen paineensa suhteessa ympäristöön ja ylläpitää isosmoottista sytoplasmaansa solunulkoisen ympäristön kanssa.

Ne on luokiteltu suolakonsentraation perusteella, jossa ne voivat elää äärimmäisissä, kohtalaisissa, heikoissa ja halotoleranteissa halogeeneissä.

Jotkut halofiiliset edustajat ovat vihreät levät Dunaliella salina, Artemia-suvun äyriäiset tai vesikirppu sekä sienet Aspergillus penicillioides ja Aspergillus terreu.

Luokittelu

Kaikki halogeeniset organismit eivät kykene lisääntymään monilla suolakonsentraatioilla. Päinvastoin, ne eroavat toisistaan ​​suolapitoisuuden suhteen, jonka pystyvät sietämään.

Tämä toleranssitaso, joka vaihtelee erittäin spesifisten NaCl-pitoisuuksien välillä, on palvellut luokittelemaan ne äärimmäisiksi, kohtalaisiksi, heikoiksi ja halotoleransseiksi halogeeniprofiileiksi.

Äärimmäisten halogeeniprofiilien ryhmään kuuluvat kaikki organismit, jotka kykenevät asuttamaan ympäristöjä, joissa NaCl-pitoisuudet ylittävät 20%.

Näitä seuraa kohtalaiset halogeeniprofiilit, jotka lisääntyvät NaCl-pitoisuuksilla välillä 10 - 20%; ja heikot halogeeniprofiilit, jotka tekevät niin pienemmissä pitoisuuksissa, jotka vaihtelevat välillä 0,5 - 10%.

Lopuksi, halotoleraniaatit, ovat organismeja, jotka kykenevät tukemaan vain pieniä suolakonsentraatioita.

Osmoosi ja suolapitoisuus

On olemassa laaja valikoima prokaryoottisia halogeenejä, jotka kykenevät kestämään korkeita NaCl-pitoisuuksia.

Tämä kyky vastustaa suolaisuusolosuhteita, jotka vaihtelevat matalasta, mutta korkeammasta kuin ne, joita useimmat elävät solut kykenevät sietämään, erittäin äärimmäisiin, on saavutettu monien strategioiden kehittämisen ansiosta.

Pää- tai keskeinen strategia on välttää osmoosiksi kutsuttujen fyysisten prosessien seurauksia.

Tämä ilmiö viittaa veden liikkeeseen puoliläpäisevän kalvon läpi paikasta, jolla on alhainen liuenneen aineen pitoisuus, kohtaan, jossa pitoisuus on korkeampi.

Siksi, jos solunulkoisessa ympäristössä (ympäristössä, jossa organismi kehittyy) on enemmän suolapitoisuuksia kuin sen sytosolissa, se menettää vettä ulkopuolelle ja kuivaa kuolemaan.

Samaan aikaan tämän veden menetyksen välttämiseksi ne varastoivat korkeat pitoisuudet liuenneita aineita (suoloja) sytoplasmaansa osmoottisen paineen vaikutusten kompensoimiseksi.

Mukautuvat strategiat suolapitoisuuden selvittämiseksi

Halofiiliset bakteerit. Kirjoittaja Maulucioni, joka perustuu Commons, Wikimedia Commons -kuviin.

Jotkut näiden organismien käyttämistä strategioista ovat: entsyymien synteesi, jotka kykenevät ylläpitämään aktiivisuutensa korkeissa pitoisuuksissa suolaa, violetit membraanit, jotka mahdollistavat kasvun fototrofian avulla, anturit, jotka säätelevät fototaktista vastetta, kuten rodopsiini, ja kaasuvesikkelit, jotka edistävät niiden kasvua. emissio.

Lisäksi on huomattava, että ympäristö, jossa nämä organismit kasvavat, ovat melko muuttuvia, mikä luo riskin niiden selviytymiselle. Siksi he kehittävät muita strategioita, jotka on mukautettu näihin olosuhteisiin.

Yksi muuttuvista tekijöistä on liuenneiden aineiden pitoisuus, joka ei ole tärkeä paitsi hypersaliiniympäristöissä, myös missä tahansa ympäristössä, jossa sateet tai korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa kuivumista ja siten muutoksia osmolaarisuudessa.

Selviytyäkseen näistä muutoksista halogeeniset mikro-organismit ovat kehittäneet kaksi mekanismia, joiden avulla ne voivat ylläpitää hyperosmoottista sytoplasmaa. Yksi niistä nimeltään "salt-in" ja toinen "salt-out"

Suolamismekanismi

Tätä mekanismia toteuttavat Archeas ja Haloanaerobiales (tiukat anaerobiset kohtalaiset halogeeniset bakteerit), ja se koostuu KCl: n sisäisten pitoisuuksien nostamisesta niiden sytoplasmassa.

Suolan korkea konsentraatio sytoplasmassa on kuitenkin johtanut heitä tekemään molekyylisovituksia solunsisäisten entsyymien normaalia toimintaa varten.

Nämä mukautukset koostuvat periaatteessa proteiinien ja entsyymien synteesistä, joissa on runsaasti happamia aminohappoja ja joilla on huono hydrofobisia aminohappoja.

Tämän tyyppisen strategian rajoitus on, että sen toteuttavilla organismeilla on huono kyky mukautua äkillisiin osmolaarisuuden muutoksiin rajoittaen niiden kasvun ympäristöihin, joissa suolaliuos on erittäin korkea.

Suolaamismekanismi

Tätä mekanismia käyttävät sekä halofiiliset että ei-halofiiliset bakteerit kohtalaisen halogeenisen metaaniogeenisen arkaaan lisäksi.

Tässä halogeeninen mikro-organismi suorittaa osmoottisen tasapainon käyttämällä pieniä orgaanisia molekyylejä, jotka se voi syntetisoida tai ottaa väliaineesta.

Nämä molekyylit voivat olla polyoleja (kuten glyserolia ja arabinitolia), sokereita, kuten sakkaroosia, trehaloosia tai glukosyyliglyserolia tai aminohappoja ja kvaternääristen amiinien johdannaisia, kuten glysiini-betaiini.

Kaikilla heillä on korkea liukoisuus veteen, niillä ei ole varausta fysiologisessa pH: ssa ja ne voivat saavuttaa pitoisuusarvot, joiden avulla nämä mikro-organismit voivat ylläpitää osmoottista tasapainoa ulkoisen ympäristön kanssa vaikuttamatta omien entsyymiensä toimintaan.

Lisäksi näillä molekyyleillä on kyky stabiloida proteiineja kuumuutta, kuivumista tai jäätymistä vastaan.

Sovellukset

Halofiiliset mikro-organismit ovat erittäin hyödyllisiä molekyylien saamiseksi bioteknologisiin tarkoituksiin.

Näillä bakteereilla ei ole suuria vaikeuksia viljelyyn niiden väliaineiden vähäisten ravintovaatimusten takia. Niiden sietokyky korkeisiin suolaliuospitoisuuksiin minimoi saastumisriskit, mikä tekee niistä edullisempia vaihtoehtoisia organismeja kuin E. coli.

Lisäksi yhdistämällä sen tuotantokapasiteetti kestävyyteen äärimmäisillä suolaisuusolosuhteilla, mikro-organismit ovat erittäin kiinnostavia teollisuustuotteiden lähteenä, sekä farmasian, kosmetiikan että bioteknologian aloilla.

Joitain esimerkkejä:

entsyymit

Monia teollisia prosesseja kehitetään äärimmäisissä olosuhteissa, mikä tarjoaa käyttökentän ekstremofiilisten mikro-organismien tuottamille entsyymeille, jotka kykenevät toimimaan äärimmäisissä lämpötilan, pH: n tai suolapitoisuuden arvoissa. Siksi on kuvattu molekyylibiologiassa käytettyjä amylaaseja ja proteaaseja.

polymeerit

Samoin halogeeniset bakteerit ovat polymeerien tuottajia, joilla on pinta-aktiivisia aineita ja emulgoivia ominaisuuksia, joilla on suuri merkitys öljyteollisuudessa, koska ne edistävät raakaöljyn uuttamista maaperästä.

Yhteensopivat liuenneet aineet

Liukoisilla aineilla, joita nämä bakteerit kerääntyvät sytoplasmaansa, on korkea stabiloiva ja suojaava vaikutus entsyymeille, nukleiinihapoille, membraaneille ja jopa kokonaisille soluille jäätymistä, kuivumista, denaturaatiota ja suurta suolapitoisuutta vastaan.

Kaikki tämä on käytetty entsyymitekniikassa sekä elintarvike- ja kosmetiikkateollisuudessa tuotteiden elinkaaren pidentämiseksi.

Jätteiden biologinen hajoaminen

Halofiiliset bakteerit pystyvät hajottamaan myrkyllisiä jätteitä, kuten torjunta-aineita, lääkkeitä, rikkakasvien torjunta-aineita, raskasmetalleja sekä öljyn ja kaasun uuttoprosesseja.

elintarvikkeet

Ruokaalalla he osallistuvat soijakastikkeen valmistukseen.

Viitteet

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evoluutioerot ja suolapitoisuusvälitteinen valinta halogeenisessa archaeassa. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Halogeenisten mikro-organismien ja Debaryomyces hansenii (halogeeninen hiiva) mukautumisstrategiat. Latin American Journal of Microbiology. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Halophilismin bionergeettiset näkökohdat. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofiiliset bakteerit ja niiden bioteknologiset sovellukset. 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. Osmosensoiva ja osmoregulatoiva yhteensopiva liuottaa bakteerien kerääntymisen. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.