АЦИДОФІЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИКЛАДИ МІКРООРГАНІЗМІВ, ЗАСТОСУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ацидофільні організми - це тип мікроорганізмів (прокаріотичний або еукаріотичний), здатний розмножуватися і жити в середовищах, значення pH яких нижче 3. Насправді термін ацидофілус походить від грецької мови і означає «любитель кислоти».

Ці середовища можуть виникати внаслідок вулканічної діяльності з виділенням сірчаних газів або суміші оксидів металів із шахт заліза. Крім того, вони можуть бути продуктом діяльності або метаболізму самих організмів, які підкислюють власне середовище, щоб вижити.

Кислі води Ріо-Тінто служать середовищем існування для безлічі різноманітних кислотно-філових мікроорганізмів, які надають йому характерного забарвлення. Автор Антоніо де Міхас, Іспанія, з Вікісховища.

Організми, віднесені до цієї категорії, також належать до великої групи екстремофільних організмів, оскільки вони ростуть у середовищах, pH яких дуже кислий. Там, де більшість клітин не в змозі вижити.

Крім того, важливо підкреслити, що ця група організмів має велике значення з екологічної та економічної точки зору.

Загальна характеристика

Конкуренція, хижацтво, взаємність та синергія

Більшість ацидофільних організмів ростуть і живуть у присутності кисню. Однак є дані про ацидофілус, який може розвиватися як за відсутності, так і за наявності кисню.

Крім того, ці організми встановлюють різні типи взаємодій з іншими організмами, такими як конкуренція, хижацтво, взаємність та синергія. Прикладом можуть слугувати змішані культури ацидофілу, які мають більш високий ріст та ефективність окислення мінералів сірки, ніж окремі культури.

Печія, проблема, яку потрібно вирішити

Здається, ацидофіли мають характерні структурні та функціональні характеристики, що дозволяють їм нейтралізувати кислотність. До них відносяться високопроникні клітинні мембрани, висока внутрішня регуляторна здатність та унікальні транспортні системи.

Оскільки ацидофіли живуть у середовищі, де концентрація протонів висока, вони розробили насосні системи, відповідальні за витіснення протонів назовні. Ця стратегія досягає того, що в нутрі бактерій рН дуже близький до нейтрального.

Ацидофільні організми розробили систему протонних насосів, яка дозволяє їм викачувати протони назовні і підтримувати внутрішньоклітинний рН близький до нейтрального. Автор PhilMacD, з Wikimedia Commons.

Однак у шахтах з високим вмістом сірчаної кислоти були виявлені мікроорганізми без клітинної стінки, що свідчить про те, що навіть без цього захисту вони піддаються високій концентрації протонів.

З іншого боку, через екстремальні умови, яким піддаються ці типи мікроорганізмів, вони повинні гарантувати, що всі їх білки функціональні та не денатуровані.

Для цього синтезовані білки мають високу молекулярну масу, так що між амінокислотами, що їх складають, існує більша кількість зв’язків. Таким чином стає важче відбуватися розрив зв'язків і надається більша стійкість структурі білка.

Висока непроникність мембрани

Після потрапляння протонів у цитоплазму ацидофільні організми потребують впровадження методів, що дозволяють полегшити вплив зниженого внутрішнього pH.

Щоб підтримувати pH, ацидофіли мають непроникну клітинну мембрану, яка обмежує потрапляння протонів у цитоплазму. Це пояснюється тим, що мембрана археї ацидофілів складається з інших типів ліпідів, ніж ті, які містяться в бактеріях і мембранах еукаріотичних клітин.

У археях фосфоліпіди мають гідрофобну (ізопеноїдальну) область та полярну область, що складається з кільця гліцерину та фосфатної групи. У будь-якому випадку, об'єднання відбувається за рахунок ефірної зв'язку, яка створює більшу стійкість, особливо при високих температурах.

Крім того, в деяких випадках археї не мають двошарових шарів, а, скоріше, продукту об'єднання двох гідрофобних ланцюгів, вони утворюють моношар, де єдина молекула двох полярних груп надає їм більший опір.

З іншого боку, незважаючи на те, що фосфоліпіди, що складають мембрани бактерій та еукаріотів, зберігають однакову структуру (гідрофобну та полярну область), зв’язки мають ефірний тип і утворюють ліпідний двошаровий.

Важливість

Ацидофільні організми мають потенційне значення в еволюції, оскільки низький рівень рН та багаті металами умови, в яких вони ростуть, могли бути подібними до підводних вулканічних умов на ранній землі.

Таким чином, ацидофільні організми могли представляти споконвічні мощі, з яких склалося складніше життя.

Крім того, оскільки метаболічні процеси могли виникнути на поверхні сульфідних мінералів, можливо, структурування ДНК цих організмів могло відбуватися при кислому рН.

Регуляція в ацидофільних організмах

Регулювання рН є важливим для всіх організмів, тому ацидофілам необхідно мати внутрішньоклітинний рН, близький до нейтрального.

Однак ацидофільні організми здатні переносити градієнти рН на кілька порядків порівняно з організмами, які ростуть лише при рН, близьких до нейтральних. Прикладом може служити термоплазма-ацидофіл, який здатний жити при рН 1,4, зберігаючи свій внутрішній pH на рівні 6,4.

Цікавим для ацидофільних організмів є те, що вони користуються цим градієнтом рН для отримання енергії за допомогою протонної рушійної сили.

Приклади ацидофільних мікроорганізмів

Ацидофільні організми переважно поширені в бактеріях і археях і сприяють численним біогеохімічним циклам, до яких належать цикл заліза та сірки.

Серед перших ми маємо Ferroplasma acidarmanus, який є аркою, здатною рости в середовищі з рН близьким до нуля. Інші прокаріоти - це Picrophilus oshimae та Picrophilus torridus, які також є теплолюбними та ростуть у японських вулканічних кратерах.

У нас також є кілька ацидофільних еукаріотів, таких як Cyanidyum caldariuym, який здатний жити при pH, близькому до нуля, зберігаючи внутрішню частину клітини майже на нейтральному рівні.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. і Trichosporon cerebriae - це три еукаріоти з Королівства грибів. Інші не менш цікаві - Picrophilus oshimae та Picrophilus torridus.

Програми

Вилуговування

Важлива роль ацидофільних мікроорганізмів полягає у їх біотехнологічному застосуванні, зокрема у витягу металів з мінералів, що значно зменшує забруднення, що утворюються традиційними хімічними методами (вилуговування).

Цей процес особливо корисний при видобутку міді, де, наприклад, Thobacillus sulfolobus може діяти як каталізатор і прискорити швидкість окислення мідного купоросу, що утворюється під час окислення, допомагаючи солюбілізації металу.

Харчова промисловість

Ацидофільні організми мають ферменти промислового інтересу, будучи джерелом кислотостійких ферментів із застосуванням як мастильні речовини.

Крім того, у харчовій промисловості виробництво амілаз та глюкоамілаз використовується для переробки крохмалю, хлібопекарської промисловості, переробки фруктових соків.

Крім того, вони широко використовуються у виробництві протеаз та целюлаз, які використовуються як компоненти корму для тварин та у виробництві фармацевтичної продукції.

Список літератури

1. Бейкер-Остін С, Допсон М. Життя в кислоті: гомеостаз рН в ацидофілах. Тенденції мікробіолу. 2007 р .; 15 (4): 165–71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Аркальний екстремальний ацидофіл, що окислює залізо, важливий для осушення кислих шахт. Наука. 2000 р .; 287: 1796-1799.
3. Хорікоші К. Алкаліфіли: Деякі сфери застосування їх продуктів для біотехнології. Огляди мікробіології та молекулярної біології. 1999 р .; 63: 735-750.
4. Кар Н.С., Дасгупта А.К. Можлива роль поверхневого заряду в організації мембрани в ацидофілі, індіанці. Журнал біохімії та біофізики. дев'ятнадцять дев'яносто шість; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Моношари мембран, пов'язаних з тетраефіром, у Ferroplasma spp: ключ до виживання кислоти. Екстремофіли. 2004 р .; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Прокаріотичне різноманіття: Архея. У: Мадіган М.Т., Мартинко Дж. М., Паркер Дж. (Ред.). Брок Мікробіологія мікроорганізмів. Десять видань. Ред. Пірсон-Прентіс Холл, Мадрид, стор. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Життя при надзвичайно низькому pH. Природа. дев'ятнадцять дев'яносто п'ять; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Алкалітермофіли. Біохімічне товариство. 2004 р .; 32: 193-198.