ACIDOFILI: KARAKTERISTIKE, PRIMJERI MIKROORGANIZAMA, PRIMJENE - BIOLOGIJA - 2025

Acidofilni organizmi su vrsta mikroorganizama (prokariotskih ili eukariotskih) koji se mogu razmnožavati i živjeti u sredinama čija je pH vrijednost manja od 3. U stvari, termin acidofil dolazi s grčkog i znači "ljubitelj kiseline".

Ova okruženja mogu poticati vulkanskim aktivnostima uz oslobađanje sumpornih plinova ili mješavine metalnih oksida iz rudnika željeza. Uz to, oni mogu biti proizvod aktivnosti ili metabolizma samih organizama, koji zakiselju vlastiti okoliš kako bi preživjeli.

Kisele vode Rio Tinto služe kao stanište velikog broja kiselofilijskih mikroorganizama koji mu daju karakterističnu boju. Autor: Antonio de Mijas, Španjolka, iz Wikimedia Commons.

Organizmi razvrstani u ovu kategoriju također pripadaju velikoj skupini ekstremofilnih organizama, jer rastu u okruženju čiji je pH vrlo kiseo. Tamo gdje većina stanica nije u stanju preživjeti.

Uz to, važno je naglasiti da je ova skupina organizama od velikog značaja s ekološkog i ekonomskog aspekta.

Opće karakteristike

Natjecanje, predation, međusobnost i sinergija

Većina acidofilnih organizama raste i živi u prisutnosti kisika. Međutim, postoje dokazi acidofila koji se mogu razviti i u nedostatku i u prisutnosti kisika.

Uz to, ti organizmi uspostavljaju različite vrste interakcija s drugim organizmima kao što su konkurencija, grabežljivost, međusobnost i sinergija. Primjer su miješane kulture acidofila koje pokazuju veći rast i učinkovitost oksidacije sumpornih minerala od pojedinih kultura.

Žgaravica, problem koji treba riješiti

Čini se da acidofili dijele karakteristične strukturne i funkcionalne karakteristike koje im omogućuju neutralizaciju kiselosti. Oni uključuju visoko nepropusne stanične membrane, visok unutarnji regulatorni kapacitet i jedinstvene prometne sustave.

Budući da acidofili žive u okruženju u kojem je koncentracija protona visoka, razvili su sustave pumpi odgovorne za izbacivanje protona izvana. Ovom se strategijom postiže da unutrašnjost bakterija ima pH vrlo blizu neutralnog.

Acidofilni organizmi razvili su sustav protonskih pumpi koji im omogućuju crpanje protona prema van i održavanje unutarćelijskog pH blizu neutralnog. Autor PhilMacD, iz Wikimedia Commons.

Međutim, u rudnicima s visokim sadržajem sumporne kiseline pronađeni su mikroorganizmi bez stanične stijenke, što ukazuje da su i bez te zaštite izloženi visokim koncentracijama protona.

S druge strane, zbog ekstremnih uvjeta kojima su izložene ove vrste mikroorganizama, moraju jamčiti da su svi njihovi proteini funkcionalni i da nisu denaturirani.

Zbog toga su sintetizirani proteini velike molekularne težine, tako da postoji veći broj veza između aminokiselina koje ih čine. Na taj način dolazi do teže prekida veze i veća stabilnost se daje proteinskoj strukturi.

Visoka nepropusnost membrane

Jednom kada protoni uđu u citoplazmu, acidofilni organizmi moraju primijeniti metode koje im omogućuju ublažavanje učinaka sniženog unutarnjeg pH.

Da bi se održao pH, acidofili imaju nepropusnu staničnu membranu koja ograničava ulazak protona u citoplazmu. To je zbog činjenice da se membrana arheje acidofila sastoji od drugih vrsta lipida od onih koje se nalaze u bakterijama i eukariotskim staničnim membranama.

U arheama fosfolipidi imaju hidrofobnu (izopenoidnu) regiju i polarnu regiju koja se sastoji od okosnice glicerola i fosfatne skupine. U svakom slučaju, unija nastaje zbog eterske veze koja stvara veći otpor, posebno pri visokim temperaturama.

Osim toga, u nekim slučajevima arheje nemaju dvoslojne slojeve, već produkt spoja dva hidrofobna lanca, oni tvore jednoslojni sloj gdje im jedina molekula dviju polarnih skupina daje veću otpornost.

S druge strane, unatoč činjenici da fosfolipidi koji čine membrane bakterija i eukariota zadržavaju istu strukturu (hidrofobna i polarna regija), veze su tipa estera i tvore lipidni dvoslojni.

Važnost

Acidofilni organizmi imaju potencijalnu važnost u evoluciji jer su niski pH i uvjeti bogati metalima u kojima rastu možda bili slični podmorskim vulkanskim uvjetima u ranoj zemlji.

Tako su acidofilni organizmi mogli predstavljati iskonske relikvije iz kojih je evoluirao složeniji život.

Uz to, jer su metabolički procesi mogli nastati na površini sulfidnih minerala, vjerojatno bi se strukturiranje DNK ovih organizama moglo odvijati pri kiselom pH.

Regulacija u acidofilnim organizmima

Regulacija pH je bitna za sve organizme, zato acidofili moraju imati unutarćelijski pH blizu neutralnog.

Međutim, acidofilni organizmi su u stanju podnijeti gradijente pH nekoliko reda veličine, u usporedbi s organizmima koji rastu samo pri pH blizu neutralnog. Primjer je Thermoplasma acidophilum koji može živjeti na pH 1,4 uz održavanje unutarnjeg pH na 6,4.

Zanimljivost kod acidofilnih organizama je da oni koriste ovaj pH gradijent za proizvodnju energije pomoću protonske sile.

Primjeri acidofilnih mikroorganizama

Acidofilni organizmi su pretežno distribuirani u bakterijama i arheama i doprinose brojnim biogeokemijskim ciklusima, koji uključuju željezni i sumporni ciklus.

Među prvima imamo Ferroplasma acidarmanus, to je luk koji može rasti u sredinama s pH blizu nule. Ostali prokarioti su Picrophilus oshimae i Picrophilus torridus, koji su također termofilni i rastu u japanskim vulkanskim kraterima.

Imamo i neke acidofilne eukariote poput Cyanidyum caldariuym, koji je sposoban živjeti na pH blizu nule, održavajući unutrašnjost stanice na gotovo neutralnoj razini.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. i Trichosporon cerebriae, tri su eukariota iz gljivičnog kraljevstva. Drugi jednako zanimljivi su Picrophilus oshimae i Picrophilus torridus.

Prijave

ispiranje

Važna uloga acidofilnih mikroorganizama uključuje njihovu biotehnološku primjenu, posebno u vađenju metala iz minerala, što značajno smanjuje onečišćenja koja nastaju tradicionalnim kemijskim metodama (ispiranje).

Ovaj je postupak posebno koristan u iskopavanju bakra, gdje, na primjer, Thobacillus sulfolobus može djelovati kao katalizator i ubrzati brzinu oksidacije bakrenog sulfata koji nastaje tijekom oksidacije, pomažući otapanju metala.

Industrija hrane

Acidofilni organizmi imaju enzime industrijskog interesa, jer su izvor kiselina stabilnih enzima i primjenjuju se kao maziva.

Uz to, u prehrambenoj industriji proizvodnja amilaza i glukoamilaza koristi se za preradu škroba, pekarstvo, preradu voćnih sokova.

Pored toga, naširoko se koriste u proizvodnji proteaza i celulaza koje se koriste kao komponente hrane za životinje i u proizvodnji farmaceutskih proizvoda.

Reference

1. Baker-Austin C, Dopson M. Život u kiselini: pH homeostaza pH u acidofilima. Trendovi Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Arquealni ekstremni acidofili koji oksidiraju željezo važni u odvodnji rudnika kiselina. Znanost. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Neke primjene njihovih proizvoda za biotehnologiju. Recenzije mikrobiologije i molekularne biologije. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Moguća uloga površinskog naboja u organizaciji membrane u acidofilu, indijanu. Časopis za biokemiju i biofiziku. devetnaest devedeset šest; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraetrski povezani membranski slojevi u Ferroplasma spp: ključ za opstanak u kiselini. Ekstremofili. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokariotska raznolikost: Archea. U: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (ur.). Brock Mikrobiologija mikroorganizama. Deseto izdanje. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, pp. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Život kod izuzetno niskog pH. Priroda. devetnaest devedeset pet; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Transakcije biokemijskog društva 2004; 32: 193-198.