HALOFILI: KLASIFIKACIJA, OSMOZA, PRIMJENE, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026

Su halofilnih organizma su kategorije mikroorganizama, i prokariota i eukariota, može reproducirati i žive u okruženju s visokom koncentracijom soli, kao što su morske vode i hiperslanoj sušnim područjima. Izraz halofili dolazi od grčke riječi halos i filo, što znači "ljubitelj soli".

Organizmi razvrstani u ovu kategoriju također pripadaju velikoj skupini ekstremofilnih organizama budući da se razmnožavaju u izuzetno slanim staništima gdje većina živih stanica ne bi mogla preživjeti.

Salinas, okruženje ekstremne slanosti u kojem razmnožavaju ekstremne halofilne stanice. Autor H. Zell, iz Wikimedia Commons.

Zapravo, velika većina postojećih stanica brzo gubi vodu kad je izložena medijima bogatim solju i upravo je ta dehidracija u mnogim slučajevima brzo dovodi do smrti.

Sposobnost halofilnih organizama da mogu živjeti u tim sredinama je zbog činjenice da mogu uravnotežiti svoj osmotski tlak u odnosu na okoliš i održavati svoju izosmotsku citoplazmu s izvanćelijskim okruženjem.

Klasificirani su na temelju koncentracije soli u kojoj mogu živjeti u ekstremnim, umjerenim, slabim i halotolerantnim halofilima.

Neki halofilni predstavnici su zelena alga Dunaliella salina, rak iz roda Artemia ili vodena buva, a gljive Aspergillus penicillioides i Aspergillus terreu.

Klasifikacija

Nisu svi halofilni organizmi sposobni razmnožavati se u širokom rasponu koncentracija soli. Naprotiv, razlikuju se u stupnju slanosti koji su u stanju podnijeti.

Ova razina tolerancije, koja varira između vrlo specifičnih koncentracija NaCl, poslužila ih je za klasifikaciju kao ekstremne, umjerene, slabe i halotolerantne halofile.

U skupinu ekstremnih halofila ubrajaju se svi oni organizmi koji su sposobni naseljavati okoliš u kojem koncentracija NaCl prelazi 20%.

Nakon njih slijede umjereni halofili koji se razmnožavaju u koncentraciji NaCl između 10 i 20%; i slabi halofili, koji to čine u nižim koncentracijama koje variraju između 0,5 i 10%.

Konačno, halotoleranti su organizmi koji mogu samo podržati niske koncentracije soli.

Osmoza i slanost

Postoji velik broj prokariotskih halofila koji su sposobni oduprijeti se visokim koncentracijama NaCl.

Ova sposobnost odupiranja uvjetima slanosti koja variraju od niskih, ali viših od onih na koje je sposobna tolerirati većina živih, pa sve do vrlo ekstremnih, stečena je zahvaljujući razvoju više strategija.

Glavna ili središnja strategija je izbjegavanje posljedica fizičkog procesa poznatog kao osmoza.

Ovaj fenomen odnosi se na kretanje vode kroz polupropusnu membranu, od mjesta sa malom koncentracijom topljenih tvari do mjesta s većom koncentracijom.

Stoga, ako u izvanćelijskom okruženju (okolišu u kojem se organizam razvija) postoje koncentracije soli veće od one u njegovom citosolu, ona će izgubiti vodu izvana i dehidrirat će do smrti.

U međuvremenu, kako bi izbjegli ovaj gubitak vode, u citoplazmu pohranjuju visoke koncentracije rastvora (soli) kako bi nadomjestili učinke osmotskog tlaka.

Prilagodljive strategije za borbu protiv slanosti

Halofilne bakterije. Autor Maulucioni na temelju slika iz Commonsa, s Wikimedia Commons.

Neke od strategija koje koriste ovi organizmi su: sinteza enzima koji mogu održavati svoju aktivnost u visokim koncentracijama soli, ljubičaste membrane koje omogućuju rast fototrofijom, senzori koji reguliraju fototaktički odgovor poput rodopsina i plinske vezikule koje potiču njihov rast. floatation.

Uz to, valja napomenuti da su okruženja u kojima ti organizmi rastu prilično promjenjiva, što stvara rizik za njihov opstanak. Stoga razvijaju druge strategije prilagođene tim uvjetima.

Jedan od čimbenika koji se mijenjaju je koncentracija otopljenih tvari koja nije važna samo u hipersalinskim okruženjima, već u bilo kojem okruženju gdje kiša ili visoke temperature mogu uzrokovati isušivanje i posljedično promjene osmolarnosti.

Da bi se nosili sa ovim promjenama, halofilni mikroorganizmi razvili su dva mehanizma koji im omogućuju održavanje hiperosmotske citoplazme. Jedan od njih nazvan "solju", a drugi "soljenje"

Mehanizam soli

Taj mehanizam provode Archeas i Haloanaerobiales (stroge anaerobne umjerene halofilne bakterije), a sastoji se u povećanju unutarnjih koncentracija KCl u svojoj citoplazmi.

Međutim, visoka koncentracija soli u citoplazmi dovela ih je do molekulskih prilagodbi za normalno funkcioniranje unutarćelijskih enzima.

Te se prilagodbe u osnovi sastoje od sinteze proteina i enzima bogatih kiselim aminokiselinama i siromašnih hidrofobnim aminokiselinama.

Ograničenje ove vrste strategije je da oni organizmi koji ih provode imaju slabu sposobnost prilagodbe naglim promjenama osmolarnosti, ograničavajući njihov rast na okruženja s vrlo visokim koncentracijama fiziološke otopine.

Mehanizam za izlučivanje

Ovaj mehanizam koriste i halofilne i nehalofilne bakterije, uz umjerene halofilne metanogene arheje.

Pri tome halofilni mikroorganizam provodi osmotsku ravnotežu koristeći male organske molekule koje može sintetizirati ili uzeti iz medija.

Te molekule mogu biti polioli (poput glicerola i arabinitola), šećeri kao što su saharoza, trehaloza ili glukozil-glicerol ili aminokiseline i derivati ​​kvaternarnih amina poput glicin-betaina.

Svi oni imaju visoku topivost u vodi, nemaju naboja pri fiziološkom pH i mogu dostići vrijednosti koncentracije koje omogućuju tim mikroorganizmima da održavaju osmotsku ravnotežu s vanjskim okruženjem, a da ne utječu na funkcioniranje vlastitih enzima.

Uz to, te molekule imaju sposobnost stabiliziranja proteina protiv vrućine, isušivanja ili smrzavanja.

Prijave

Halofilni mikroorganizmi vrlo su korisni za dobivanje molekula u biotehnološke svrhe.

Ove bakterije ne predstavljaju velike poteškoće koje se mogu uzgajati zbog niskih prehrambenih potreba u njihovim medijima. Njihova tolerancija prema visokim koncentracijama fiziološke otopine minimizira rizik od kontaminacije, što ih čini povoljnijim alternativnim organizmima od E. coli.

Uz to, kombinirajući svoj proizvodni kapacitet i otpornost na ekstremne uvjete slanosti, mikroorganizmi su od velikog interesa kao izvor industrijskih proizvoda, kako u farmaceutskom, kozmetičkom tako i biotehnološkom području.

Neki primjeri:

enzimi

Mnogi se industrijski procesi razvijaju u ekstremnim uvjetima, što nudi polje primjene enzima koje proizvode ekstremofilni mikroorganizmi, sposobnih djelovati na ekstremnim vrijednostima temperature, pH ili slanosti. Stoga su opisane amilaze i proteaze, korištene u molekularnoj biologiji.

polimeri

Slično tome, halofilne bakterije su proizvođači polimera s površinski aktivnim i emulgirajućim svojstvima od velikog značaja u naftnoj industriji, jer doprinose vađenju sirove nafte iz podzemlja.

Kompatibilni soluti

Otopine koje ove bakterije akumuliraju u svojoj citoplazmi imaju visoku stabilizacijsku i zaštitnu moć enzima, nukleinskih kiselina, membrana, pa čak i cijelih stanica, protiv smrzavanja, isušivanja, toplotne denaturacije i velike slanosti.

Sve se to koristi u enzimskoj tehnologiji, kao i u prehrambenoj i kozmetičkoj industriji za produljenje vijeka proizvoda.

Biološka razgradnja otpada

Halofilne bakterije sposobne su razgraditi toksični otpad poput pesticida, farmaceutskih proizvoda, herbicida, teških metala i procesa ekstrakcije nafte i plina.

hrana

U području hrane sudjeluju u proizvodnji sojinog umaka.

Reference

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evolucijska divergencija i selekcija posredovana slanošću u halofilnim Arheama. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Strategije prilagodbe halofilnih mikroorganizama i Debaryomyces hansenii (halofilni kvasac). Latinoamerički časopis za mikrobiologiju. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Bionergetski aspekti halofilizma. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofilne bakterije i njihova biotehnološka primjena. 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. Osmosenzirajuće i osmoregulatorno kompatibilne rastvara nakupljanja bakterija. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.