PSIKROFILI: KARAKTERISTIKE, VRSTE I PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2026

Psychrophilic su podvrsta ekstremofili karakterizira niska izdržati temperature, obično između 20 ° C i 10 ° C, i hladna trajno zauzimaju staništa. Ti su organizmi obično bakterije ili arheje, međutim postoje metazoi poput lišajeva, algi, gljivica, nematoda, pa čak i insekata i kralježnjaka.

Hladno okruženje dominira Zemljinom biosferom i kolonizira ih obilnim i raznolikim mikroorganizmima koji igraju potencijalno kritičnu ulogu u globalnim biogeokemijskim ciklusima.

Lichen Xanthoria elegans je poznati psirofil koji može fotosintetizirati na temperaturama od -24 ° C. Fotografija snimljena u Alberti u Kanadi. Izvor: Jason Hollinger putem

Osim što mogu izdržati niske temperature, psihrofilni organizmi moraju se prilagoditi i drugim ekstremnim uvjetima, poput visokog pritiska, visoke koncentracije soli i visokog ultraljubičastog zračenja.

Karakteristike psirofilijskih organizama

staništa

Glavna staništa psikrofiličnih organizama su:

-Polarna morska okruženja.

-Bank ili morski led.

-Polarna zemaljska okruženja.

-Lekovi velike visine i zemljopisne širine.

-Predglavna jezera.

-Hladne alpske regije.

-Površine ledenjaka.

-Polarne pustinje.

-Drugi ocean.

adaptacije

Psikrofili su zaštićeni od smrzavanja različitim prilagodbama. Jedna od njih je fleksibilnost njihovih staničnih membrana, koju postižu uključivanjem visokog sadržaja kratkih i nezasićenih masnih kiselina u strukturu lipidnih membrana.

Učinak ugradnje ovih masnih kiselina je u smanjenju tališta, istodobno povećavajući njegovu fluidnost i otpornost.

Druga važna prilagodba psirofila je sinteza proteina antifriza. Ovi proteini održavaju tjelesnu vodu u tekućem stanju i štite DNK kada temperature padnu ispod točke smrzavanja vode. Također sprječavaju nastanak leda ili prekristalizaciju.

Vrste psirofila i primjeri

Jednoćelijski organizmi

Raznolikost jednoćelijskih psirofila vrlo je velika, među njima možemo spomenuti članove većine bakterijskih rodova: Acidobacteria, Actinobacteria, Bakterideidi, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 i Planctomycetes.

Nadalje, proteobakterije i verrukomikrobije otkrivene su u arktičkom, antarktičkom i alpskom kriokonu. Otkriveni su i na Grenlandu, Kanadi, Tibetu i Himalaji.

Među psihrofilnim cijanobakterijama nalazimo Leptolvngbva, Phormidium i Nostoc. Ostali uobičajeni rodovi su jednostanična afanoteka, Chroococcus i Charnaesiphon te vlaknasti Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium i Plectonerna.

Višećelijski organizmi

Među psihrofilne insekte možemo imenovati rod Diamesa s Himalaje (Nepal), koji ostaje aktivan sve dok ne dosegne temperaturu od -16 ° C.

Pronađen je i komarac bez krila, Belgica Antarctica, dugačak 2–6 mm, endemičan za Antarktiku. Ovo je jedini insekt na kontinentu i ujedno jedina isključivo kopnena životinja.

Slika 2. Apterni komarac Belgica antarctica, endemični insekt Antarktice. Izvor: Tasteofcrayons, iz Wikimedia Commons

Kralježnjaci mogu biti i psihrofili. Neki primjeri uključuju mali broj žaba, kornjača i zmija koji koriste izvanćelijsko smrzavanje vode (voda izvan stanica) kao strategiju preživljavanja kako bi zaštitili svoje stanice tijekom zime.

Antarktička nematoda Panagrolaimus davidi može preživjeti unutarstaničnu smrzavanje, a potom se ponovno razmnožavati i razmnožavati.

Također ribe iz porodice Channichthyidae - koje žive u hladnim vodama Antarktike i južne Južne Amerike - koriste proteine ​​protiv smrzavanja kako bi zaštitile svoje stanice od potpunog smrzavanja.

Temperature rasta i psihrofilni organizmi

Maksimalna temperatura rasta (T _max) organizma najviša je koju može podnijeti. Dok je optimalna temperatura (T _opt) za rast ona u kojoj organizam brže raste.

Svi organizmi koji opstaju i uspijevaju u okruženjima niske temperature obično se smatraju psirofilama. Međutim, kao što znamo, izraz psihrofili trebali bi se primjenjivati ​​samo na one organizme čiji je T _max 20 ° C (to jest, ne mogu preživjeti na višim temperaturama).

Mikroorganizmi su izolirani iz vrlo hladnih područja koja mogu rasti u laboratorijskim uvjetima na temperaturama iznad 20 ° C, što ukazuje da se, iako su prilagođeni niskim temperaturama, ne smiju smatrati psihrofilama. Ti se mikroorganizmi nazivaju "mezotolerantima", odnosno podnose srednje temperature.

Methanococcoides burtonii

Sfingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensis je bakterija izolirana iz morskih voda sjeverne hemisfere, gdje prevladavaju temperature od 4 do 10 ° C. S druge strane, haloarheje, to su arheje koje naseljavaju vode visoko zasićene solju, rastu na temperaturi od -20 ° C.

Unatoč visokoj populaciji u svojim prirodnim staništima, nijedan od tih mikroorganizama nije se mogao uzgajati u laboratoriju na nižim od 4 ° C.

Zauzvrat, S. alaskensis ima T _max od 45 ° C, a haloarheje mogu rasti na temperaturama iznad 30 ° C, pa ih se ne može smatrati psihrofilijima. Međutim, njihova se populacija dobro prilagođava i ima ih u vrlo hladnim područjima.

Iz navedenog možemo pretpostaviti da postoje i drugi ograničavajući okolišni čimbenici koji utječu na opstanak tih organizama u njihovim prirodnim staništima, a temperatura nije faktor s najvećom težinom.

Biotehnološke primjene

Enzimi psihrofičnih organizama karakteriziraju visoka aktivnost pri niskim i umjerenim temperaturama. Pored toga, ovi enzimi imaju lošu toplinsku stabilnost.

Zbog tih karakteristika, enzimi psirofilijskih organizama vrlo su atraktivni za primjenu u različitim procesima u prehrambenoj industriji, medicini, molekularnoj biologiji, između ostalog i u farmaceutskoj industriji.

Reference

1. Cavicchioli, R. (2015). Na konceptu psirofila. ISME Journal, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. i Deming, JW (2008). Uloga egzopolimera u adaptaciji mikroba na morski led. U: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. i Gerday, C. reds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer-Verlag, Berlin, Njemačka, pp. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Novi insekt hladno podnošljiv nađen u himalajskom ledenjaku. Priroda, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (urednik). (2017). Psikrofili: od biološke raznolikosti do biotehnologije. Drugo izdanje. Springer Verlag, Heidelberg, Njemačka. str. 685.
5. Miteva, V. (2008). Bakterije u snijegu i ledu. U: Margesin, R. i Schirmer, F. (ur.) Psikrofili: od biološke raznolikosti do biotehnologije. Springer Verlag, Heidelberg, Njemačka, pp. 31-50.
6. Cijena, PB (2000). Stanište psihrofila u dubokom ledu Antarktika. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država 97, 1247-1251.