Психофільні характеристики, типи та приклади



The психрофіли вони є підтипом екстремофільних організмів, що характеризуються низькими температурами, зазвичай від -20 ° C до 10 ° C, і займають постійно холодні середовища існування. Ці організми, як правило, є бактеріями або археями, однак є метазої, такі як лишайники, водорості, гриби, нематоди і навіть комахи і хребетні тварини..

Холодні середовища домінують у біосфері Землі і колонізуються рясними і різноманітними мікроорганізмами, які відіграють потенційно важливу роль у глобальних біогеохімічних циклах.

На додаток до підтримки низьких температур, психотрофічні організми також повинні бути пристосовані до інших екстремальних умов, таких як високі тиски, високі концентрації солі та високе ультрафіолетове випромінювання..

Індекс

  • 1 Характеристика психрофільних організмів
    • 1.1
    • 1.2 Адаптації
  • 2 Типи психотрофілів і приклади
    • 2.1 Одноклітинні організми
    • 2.2. Багатоклітинні організми
    • 2.3 Темпи росту та психофільні організми
    • 2.4 Methanococcoides burtonii і Methanogenium frigidum в озері Ес
    • 2.5 Sphingopyxis alaskensis і haloarchaea
  • 3 Біотехнологічні застосування
  • 4 Посилання

Характеристика психофільних організмів

Проживання

Основними місцями проживання психофільних організмів є:

-Морські полярні середовища.

-Banquisa або морський лід.

-Земні полярні середовища.

-Озера великої висоти і широти.

-Підледнікові озера.

-Холодні альпійські регіони.

-Льодовикові поверхні.

-Полярні пустелі.

-Глибокий океан.

Адаптації

Психофіли захищені від замерзання декількома адаптаціями. Одним з них є гнучкість їх клітинних мембран, яку вони досягають за рахунок включення високого вмісту коротких і ненасичених жирних кислот в структури їх ліпідних мембран..

Ефект включення цих жирних кислот полягає в зниженні температури плавлення, одночасно збільшуючи його плинність і її стійкість.

Іншою важливою адаптацією психопрофілів є синтез антифризних білків. Ці білки зберігають воду тіла в рідкому стані і захищають ДНК, коли температура падає нижче температури замерзання води. Вони також запобігають утворенню льоду або його перекристалізації.

Типи психотрофілів і приклади

Одноклітинні організми

Різноманітність одноклітинних психрофілів дуже велика, серед них можна згадати членів більшості бактеріальних ліній: ацидобактерії, актинобактерії, бактеродети, хлорофлекси, ціанобактерії, фірми, гематімонадети, OP10 і планктоміцети..

Крім того, в Арктиці, Антарктиці та альпійських криоконітах виявлені протеобактерії та вермукомикроби. Вони також були виявлені в Гренландії, Канаді, Тибеті та Гімалаях.

Серед психрофільних ціанобактерій ми знаходимо Лептолвнгбва, Phormidium і Nostoc. Інші загальні жанри - одноклітинні Aphanothece, Хроококи і Charnaesiphon, і ниткоподібні Осцилятори, Мікроколеус, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium і Plectonerna.

Багатоклітинні організми

Серед психофільних комах ми можемо назвати рід Diamesa Гімалаїв (Непал), який залишається активним до досягнення температури -16 ° С.

Існує також апатичний комар (без крил), Бельгія Антарктида, Довжина 2-6 мм, ендемічна до Антарктиди. Це єдина комаха на континенті, а також єдина тварина виключно наземного.

Хребетні тварини також можуть бути психотрофічними. Деякі приклади включають невелику кількість жаб, черепах і змій, які використовують заморожування позаклітинної води (води поза клітинами) як стратегію виживання для захисту своїх клітин протягом зими.

Антарктична нематода Panagrolaimus davidi може вижити при замерзанні внутрішньоклітинної води і згодом відродитися і розмножуватися.

Також риби сімейства Channichthyidae, які живуть в холодних водах Антарктиди і Південної Південної Америки, використовують антифризні білки для захисту своїх клітин від повного замерзання.

Температура росту і психофільні організми

Максимальна температура (Tмакс) зростання організму є найвищим, що це може переносити. При цьому оптимальна температура (Тopt) зростання - це той, в якому організм росте швидше.

Загалом вважається, що всі організми, які виживають і розвиваються в низькотемпературних середовищах, є психотрофічними. Однак, як відомо, термін психрофільні вона повинна застосовуватися тільки до тих організмів, у яких Tмакс 20 ° C (тобто вони не можуть вижити при більш високих температурах).

Мікроорганізми були виділені з дуже холодних ділянок, які можуть рости в лабораторних умовах при температурі вище 20 ° C, що вказує на те, що хоча вони пристосовані до низьких температур, їх не слід вважати психотрофічними. Ці мікроорганізми називаються "мезотолерантами", тобто вони переносять середні температури.

Methanococcoides burtonii і Methanogenium frigidum в озері Ас

Methanococcoides burtonii - екстремофільна і метаногенна дуга, ізольована від озера Ас в Антарктиді, де температура коливається в межах від 1 до 2 ° С. Проте в лабораторних дослідженнях було встановлено, що його Тopt зростання становить 23 ° С і Тмакс  становить 28 ° С, тому його не слід вважати психотрофічним.

Methanogenium frigidum це також метаногенний і галофільний архей (який переносить сіль в середині), ізольований від самого озера Ас і який в лабораторії представляє Т.opt  15 ° C і Tмакс 18 ° C, можна класифікувати як psicrófilo.

Психофіл можна розглядати M. frigidum вона повинна бути краще пристосована до низьких температур M. burtonii. Однак,, M. burtonii росте швидше, ніж M. frigidum при температурі від 1 до 2 ° C в озері Ace.

Ці дані свідчать про наявність інших факторів навколишнього середовища (біотичних та абіотичних), які не впливають на темпи зростання популяції цих мікроорганізмів у природному середовищі..

Виживання організму в даному середовищі залежить від поєднання численних факторів навколишнього середовища, а не від ефекту лише одного. З іншого боку, кожен мікроорганізм має специфічні вимоги (відмінні від температури), які також впливають на його продуктивність.

У випадку M. burtonii і M. frigidum, відомо, що кожен з них використовує різні вуглецеві та енергетичні джерела: M. burtonii використовує метильовані субстрати M. frigidum використовувати H2: CO2 для вашого зростання. Озеро Ес насичене метаном, що сприяє зростанню M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis і haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis - бактерія, виділена з морських вод північної півкулі, де переважають температури 4 - 10 ° С. З іншого боку, галоархеї, які є археями, населяють води, насичені солями, ростуть при -20 ° С..

Незважаючи на високу популяцію в їх природних середовищах, жоден з цих мікроорганізмів не може культивуватися в лабораторії при температурі менше 4 ° C.

Поверніть, S. alaskensis має Tмакс 45 ° С і галоархеи можуть рости при температурі вище 30 ° С, тому їх не можна вважати психотрофічними. Проте їх популяція добре адаптована і дуже багата в дуже холодних районах.

З вищевикладеного можна припустити, що існують інші обмежуючі екологічні фактори, які впливають на виживання цих організмів у їх природному середовищі існування, а температура не є найважливішим фактором.

Біотехнологічні застосування

Ферменти психрофільних організмів характеризуються високою активністю при низьких і помірних температурах. Крім того, ці ферменти мають слабку термостабільність.

Для цих характеристик ферменти психрофільних організмів дуже привабливі для застосування в різних процесах харчової промисловості, медицини, молекулярної біології, у фармацевтичній промисловості, зокрема.

Список літератури

  1. Cavicchioli, R. (2015). Про поняття про психофілі. ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
  2. Krembs, C. і Deming, J. W. (2008). Роль екзополімерів в мікробній адаптації до морського льоду. У: Маргесін, Р., Ширмер, Ф., Маркс, Ж.-К. і Гердай, С. Редс) Психофіли: від біорізноманіття до біотехнології. Springer-Verlag, Берлін, Німеччина, с. 247-264.
  3. Kohshima, S. (1984). Нове холодостійке комаха, знайдене в гімалайському льодовику. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
  4. Маргесін Р. (редактор). (2017). Психофіли: від біорізноманіття до біотехнології. Друге видання. Springer Verlag, Гейдельберг, Німеччина. с. 685.
  5. Miteva, V. (2008). Бактерії в снігу і льоду. У: Маргесін Р. та Ширмер Ф. (ред.) Психофіли: від біорізноманіття до біотехнології. Springer Verlag, Гейдельберг, Німеччина, с. 31-50.
  6. Price, P. B. (2000). Проживання для психотропів у глибокому антарктичному льоду. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки 97, 1247-1251.