ГАЛОФІЛИ: КЛАСИФІКАЦІЯ, ОСМОС, ДОДАТКИ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У галофільні організми являють собою категорію мікроорганізмів, як прокаріотів і еукаріотів, здатний відтворювати і жити в середовищі з високою концентрацією солей , таких як морська вода і гіперсолених посушливих районах. Термін галофіл походить від грецьких слів halos і filo, що означає "любитель солі".

Організми, віднесені до цієї категорії, також належать до великої групи екстремофільних організмів, оскільки вони розповсюджуються в місцях існування крайньої солоності, де більшість живих клітин не зможуть вижити.

Саліни, середовища надзвичайної солоності, де розмножуються крайні галофільні клітини. Автор: H. Zell, з Wikimedia Commons.

Насправді переважна більшість існуючих клітин швидко втрачає воду, потрапляючи в середовище, багате сіллю, і саме це зневоднення в багатьох випадках швидко призводить до смерті.

Здатність галофільних організмів бути здатними жити в цих середовищах пояснюється тим, що вони можуть врівноважувати свій осмотичний тиск по відношенню до навколишнього середовища і підтримувати свою ізосмотичну цитоплазму з позаклітинним середовищем.

Їх класифікували за концентрацією солі, в якій вони можуть жити в крайніх, помірних, слабких і галотолерантних галофілах.

Деякі галофільні представники - зелена водорость Dunaliella salina, ракоподібний з роду Artemia або водяна блоха, а також гриби Aspergillus penicillioides та Aspergillus terreu.

Класифікація

Не всі галофільні організми здатні розмножуватися в широкому діапазоні концентрацій солей. Навпаки, вони відрізняються ступенем солоності, які вони здатні переносити.

Цей рівень толерантності, який змінюється між дуже специфічними концентраціями NaCl, послужив для їх класифікації як екстремальних, помірних, слабких та галотолерантних галофілів.

До групи крайніх галофілів входять усі ті організми, здатні заселяти середовища, де концентрація NaCl перевищує 20%.

За ними слідують помірні галофіли, які проліферують при концентрації NaCl між 10 і 20%; і слабкі галофіли, які роблять це при менших концентраціях, що варіюються між 0,5 і 10%.

Нарешті, галотолеранти - це організми, здатні підтримувати лише низькі концентрації солі.

Осмоз і солоність

Існує велика різноманітність прокаріотичних галофілів, здатних протистояти високим концентраціям NaCl.

Ця здатність чинити опір умовам солоності, які варіюються від низьких, але вищих, ніж ті, на які здатна переносити більшість живих клітин, до дуже екстремальних, отримана завдяки розробці декількох стратегій.

Основна або центральна стратегія - уникнути наслідків фізичного процесу, відомого як осмос.

Це явище відноситься до руху води через напівпроникну мембрану, від місця з низькою концентрацією розчинних речовин до одного з більшою концентрацією.

Отже, якщо в позаклітинному середовищі (середовищі, в якому розвивається організм) концентрації солі вищі, ніж у її цитозолі, вона втратить воду назовні, і вона зневодниться до смерті.

Тим часом, щоб уникнути цієї втрати води, вони зберігають у цитоплазмі високі концентрації розчинних речовин (солей), щоб компенсувати вплив осмотичного тиску.

Адаптивні стратегії впоратися із засоленням

Галофільні бактерії. Автор Маулюціоні на основі зображень із Відомості, із Вікісховища.

Деякі із стратегій, що використовуються цими організмами, це: синтез ферментів, здатних підтримувати свою активність у високій концентрації солі, фіолетові мембрани, що дозволяють рости за допомогою фототрофії, датчики, що регулюють фототактичну відповідь, такі як родопсин, і газові везикули, що сприяють їх росту. плавання.

Крім того, слід зазначити, що середовища, в яких ростуть ці організми, досить мінливі, що створює ризик для їх виживання. Тому вони розробляють інші стратегії, адаптовані до цих умов.

Одним із факторів, що змінюються, є концентрація розчинних речовин, яка важлива не тільки в гіперсалінових середовищах, але і в будь-яких умовах, де дощі або високі температури можуть спричинити висушування і, отже, коливання осмолярності.

Щоб впоратися з цими змінами, галофільні мікроорганізми розробили два механізми, які дозволяють їм підтримувати гіперосмотичну цитоплазму. Один з них назвав "сольовим", а інший "сольовим"

Механізм солі

Цей механізм здійснюється Archeas та Haloanaerobiales (суворі анаеробні помірні галофільні бактерії) і полягає у підвищенні внутрішніх концентрацій KCl у їхній цитоплазмі.

Однак висока концентрація солі в цитоплазмі змусила їх здійснити молекулярні адаптації для нормальної роботи внутрішньоклітинних ферментів.

Ці адаптації в основному складаються з синтезу білків і ферментів, багатих кислими амінокислотами та бідними гідрофобними амінокислотами.

Обмеженням цього типу стратегії є те, що ті організми, які здійснюють його, мають слабку здатність адаптуватися до раптових змін осмолярності, обмежуючи їх ріст до середовищ з дуже високими сольовими концентраціями.

Механізм соління

Цей механізм використовується як галофільними, так і нехалофільними бактеріями, крім помірних галофільних метаногенних арх.

При цьому галофільний мікроорганізм виконує осмотичний баланс, використовуючи невеликі органічні молекули, які можуть бути синтезовані ним або взяті з середовища.

Ці молекули можуть бути поліолами (такими як гліцерин та арабінітол), цукри, такі як сахароза, трегалоза або глюкозил-гліцерин, або амінокислоти та похідні четвертинних амінів, такі як гліцин-бетаїн.

Всі вони мають високу розчинність у воді, не мають заряду при фізіологічному рН і можуть досягати значень концентрації, що дозволяє цим мікроорганізмам підтримувати осмотичний баланс із зовнішнім середовищем, не впливаючи на функціонування власних ферментів.

Крім того, ці молекули мають здатність стабілізувати білки проти тепла, висушування або замерзання.

Програми

Галофільні мікроорганізми дуже корисні для отримання молекул для біотехнологічних цілей.

Ці бактерії не представляють серйозних труднощів для вирощування через низькі харчові потреби в їх середовищі. Їх толерантність до високих сольових концентрацій мінімізує ризики зараження, що робить їх більш вигідними альтернативними організмами, ніж кишкова паличка.

Крім того, поєднуючи свою виробничу потужність із стійкістю до екстремальних умов засолення, мікроорганізми представляють великий інтерес як джерело промислової продукції, як у фармацевтичній, косметичній, так і в біотехнологічній галузях.

Деякі приклади:

Ферменти

Багато промислових процесів розвиваються в екстремальних умовах, що пропонує сферу застосування для ферментів, що виробляються екстремофільними мікроорганізмами, здатними діяти при екстремальних значеннях температури, рН або солоності. Таким чином, були описані амілази та протеази, які використовуються в молекулярній біології.

Полімери

Аналогічно, галофільні бактерії є виробниками полімерів з поверхнево-активними та емульгуючими властивостями, що мають велике значення в нафтовій промисловості, оскільки вони сприяють видобутку сирої нафти з надр.

Сумісні розчинники

Розчини, які ці бактерії накопичують у своїй цитоплазмі, мають високу стабілізуючу та захисну силу ферментів, нуклеїнових кислот, мембран і навіть цілих клітин, проти замерзання, висушування, теплової денатурації та високої солоності.

Все це було використано в ферментній технології, а також у харчовій та косметичній промисловості для продовження терміну експлуатації продуктів.

Біодеструкція відходів

Галофільні бактерії здатні руйнувати токсичні відходи, такі як пестициди, фармацевтичні препарати, гербіциди, важкі метали та процеси видобутку нафти та газу.

Продукти харчування

У галузі харчування вони беруть участь у виробництві соєвого соусу.

Список літератури

1. Денніс ПП, Shimmin LC. Еволюційна дивергенція та опосередкована солоністю селекція в галофільних Археях. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Адаптаційні стратегії галофільних мікроорганізмів та Debaryomyces hansenii (галофільні дріжджі). Латиноамериканський журнал мікробіології. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Орен А. Біонергетичні аспекти галофілізму. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Рамірес N, Сандовал AH, Серрано JA. Галофільні бактерії та їх біотехнологічне застосування. Rev Soc Ven Microbiol. 2004 р .; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Сумісні з осмосензированием і осморегуляцією розчинення бактерій. Comp Biochem Physiol. 2001 р .; 130: 437-460.