Психофильные характеристики, виды и примеры

психрофильные бактерии они являются подтипом экстремофильных организмов, характеризующихся низкими температурами, обычно от -20 ° С до 10 ° С, и занимающими постоянно холодные места обитания. Эти организмы, как правило, являются бактериями или археями, однако существуют метазои, такие как лишайники, водоросли, грибы, нематоды и даже насекомые и позвоночные животные..

Холодная среда доминирует в биосфере Земли и колонизируется многочисленными и разнообразными микроорганизмами, которые играют потенциально важную роль в глобальных биогеохимических циклах..

Помимо поддержания низких температур, психрофильные организмы также должны быть адаптированы к другим экстремальным условиям, таким как высокое давление, высокая концентрация соли и высокая ультрафиолетовая радиация..

индекс

• 1 Характеристика психрофильных организмов
  • 1.1 Места обитания
  • 1.2 Адаптации
• 2 Типы психрофилов и примеры
  • 2.1 Одноклеточные организмы
  • 2.2 Плюрицеллюлярные организмы
  • 2.3 Рост температуры и психофильных организмов
  • 2.4 Methanococcoides burtonii и Methanogenium frigidum в озере Ас
  • 2.5 Sphingopyxis alaskensis и haloarchaea
• 3 Биотехнологические применения
• 4 Ссылки

Характеристика психофильных организмов

местообитания

Основными местами обитания психофильных организмов являются:

-Морские полярные среды.

-Банкиза или морской лед.

-Земные полярные среды.

-Озера большой высоты и широты.

-Подледниковые озера.

-Холодные альпийские регионы.

-Поверхности ледника.

-Полярные пустыни.

-Глубокий океан.

приспособления

Психрофилы защищены от замерзания различными приспособлениями. Одним из них является гибкость их клеточных мембран, которую они достигают путем включения высокого содержания коротких и ненасыщенных жирных кислот в структуры своих липидных мембран..

Эффект от включения этих жирных кислот заключается в снижении температуры плавления, одновременно увеличивая его текучесть и его стойкость..

Другой важной адаптацией психрофилов является синтез антифризных белков. Эти белки поддерживают воду в организме в жидком состоянии и защищают ДНК, когда температура падает ниже точки замерзания воды. Они также предотвращают образование льда или его перекристаллизацию.

Типы психрофилов и примеры

Одноклеточные организмы

Разнообразие одноклеточных психрофилов очень велико, среди них можно отметить представителей большинства бактериальных линий: ацидобактерии, актинобактерии, бактероидеты, хлорофлексы, цианобактерии, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 и Planctomycetes.

Кроме того, протеобактерии и веррукомикробия были обнаружены в арктических, антарктических и альпийских криоконитах. Они также были обнаружены в Гренландии, Канаде, Тибете и Гималаях..

Среди психрофильных цианобактерий мы находим Leptolvngbva, Phormidium и носток. Другие распространенные жанры одноклеточные Aphanothece, Chroococcus и Charnaesiphon, и нитевидный Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium и Plectonerna.

Плюрицеллюлярные организмы

Среди психофильных насекомых можно назвать род Diamesa Гималаев (Непал), который остается активным до достижения температуры -16 ° C.

Также есть апартусный комар (без крыльев), Бельгия Антарктида, 2-6 мм длиной, эндемично для Антарктиды. Это единственное насекомое на континенте и единственное животное исключительно наземное.

Позвоночные животные также могут быть психрофильными. Некоторые примеры включают небольшое количество лягушек, черепах и змей, которые используют замораживание внеклеточной воды (вода вне клеток) в качестве стратегии выживания, чтобы защитить свои клетки в течение зимы.

Антарктическая нематода Панагролаймус давиди может пережить замерзание внутриклеточной воды и впоследствии отрастать и размножаться.

Кроме того, рыбы семейства Channichthyidae, обитающие в холодных водах Антарктиды и южной части Южной Америки, используют антифризные белки для защиты своих клеток от полного замерзания..

Температуры роста и психофильные организмы

Максимальная температура (Т_Макс) роста организма является самым высоким, что это может терпеть. Пока оптимальная температура (Т_{выбирать}) роста это тот, в котором организм растет быстрее.

Обычно считается, что все организмы, которые выживают и развиваются в условиях низкой температуры, являются психрофильными. Однако, как мы знаем, термин психрофильных его следует применять только к тем организмам, у которых T_Макс составляет 20 ° C (то есть они не могут выжить при более высоких температурах).

Микроорганизмы были выделены из очень холодных областей, которые могут расти в лабораторных условиях при температуре выше 20 ° C, что указывает на то, что, хотя они адаптированы к низким температурам, их не следует считать психрофильными. Эти микроорганизмы называются «мезотолерантами», то есть они переносят средние температуры.

Methanococcoides burtonii и Methanogenium frigidum в озере Эйс

Methanococcoides burtonii Экстремофильная и метаногенная дуга, выделенная из озера Ас в Антарктиде, где температура колеблется от 1 до 2 ° С. Однако в ходе лабораторных исследований было установлено, что его Т_{выбирать} при росте составляет 23 ° С и Т_Макс  28 ° С, поэтому его не следует считать психрофильным.

Methanogenium frigidum это также метаногенные и галофильные археи (которые переносят соль посередине), выделенные из самого озера Ас и которые в лаборатории представляют Т_{выбирать}  15 ° С и Т_Макс 18 ° C, можно классифицировать его как psicrófilo.

Психрофил можно считать М. фригидум он должен быть лучше адаптирован к низким температурам, которые М. Бертонии. однако, М. Бертонии растет быстрее чем М. фригидум при температуре от 1 до 2 ° C в озере Эйс.

Эти данные указывают на то, что существуют и другие факторы окружающей среды (биотические и абиотические), помимо температуры, которые влияют на рост популяции этих микроорганизмов в их естественной среде обитания..

Выживание организма в данной среде зависит от сочетания множества факторов окружающей среды, а не от воздействия только одного. С другой стороны, каждый микроорганизм предъявляет особые требования (отличные от температуры), что также влияет на его производительность.

В случае М. Бертонии и М. фригидум, Известно, что каждый из них использует разные источники углерода и энергии: М. Бертонии использует метилированные субстраты, в то время как М. фригидум использовать H₂: CO₂ для вашего роста. Озеро Ас пропитано метаном, что способствует росту М. Бертонии.

Sphingopyxis alaskensis и галоархии

Sphingopyxis alaskensis является бактерией, изолированной от морских вод северного полушария, где преобладают температуры 4 - 10 ° C. С другой стороны, галоархеи, которые являются археями, населяющими воды, насыщенные солью, растут при -20 ° С..

Несмотря на высокую плотность населения в естественной среде обитания, ни один из этих микроорганизмов нельзя культивировать в лаборатории при температуре ниже 4 ° C..

по очереди, S. alaskensis имеет Т_Макс 45 ° C и галоархии могут расти при температуре выше 30 ° C, поэтому их нельзя считать психрофильными. Тем не менее, их население хорошо адаптировано и очень распространено в чрезвычайно холодных районах.

Исходя из вышесказанного, мы можем предположить, что существуют другие ограничивающие факторы окружающей среды, которые влияют на выживание этих организмов в их естественной среде обитания, и температура не является самым важным фактором.

Биотехнологические применения

Ферменты психрофильных организмов характеризуются высокой активностью при низких и умеренных температурах. Кроме того, эти ферменты имеют плохую термостабильность.

По этим характеристикам ферменты психрофильных организмов очень привлекательны для применения в различных процессах пищевой промышленности, медицины, молекулярной биологии, в фармацевтической промышленности и др..

ссылки

1. Cavicchioli R. (2015). О понятии психрофил. Журнал ISME, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. and Deming, J.W. (2008). Роль экзополимеров в микробной адаптации к морскому льду. В: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. and Gerday, C. reds) Психрофилы: от биоразнообразия к биотехнологии. Springer-Verlag, Берлин, Германия, стр. 247-264.
3. Kohshima S. (1984). Новое холодоустойчивое насекомое, найденное в гималайском леднике. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Маргезин Р. (редактор). (2017). Психрофилы: от биоразнообразия к биотехнологии. Второе издание. Springer Verlag, Гейдельберг, Германия. стр. 685.
5. Митева В. (2008). Бактерии в снегу и льду. В: Маргезин Р. и Ширмер Ф. (ред.) Психрофилы: от биоразнообразия к биотехнологии. Springer Verlag, Гейдельберг, Германия, стр. 31-50.
6. Прайс, П. Б. (2000). Среда обитания для психрофилов в глубоком антарктическом льду. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 97, 1247-1251.