Ψυχοφιλικά χαρακτηριστικά, είδη και παραδείγματα

Το ψυχρόφιλα είναι υπότυπος εξωφρενοειδών οργανισμών που χαρακτηρίζονται από χαμηλές θερμοκρασίες, συνήθως μεταξύ -20 ° C και 10 ° C, και καταλαμβάνουν μόνιμα ψυχρά ενδιαιτήματα. Αυτοί οι οργανισμοί είναι συνήθως βακτήρια ή αρχαιότητες, ωστόσο υπάρχουν metazoans όπως οι λειχήνες, τα φύκια, οι μύκητες, τα νηματώδη και ακόμη και τα έντομα και τα σπονδυλωτά ζώα..

Τα κρύα περιβάλλοντα κυριαρχούν στη βιόσφαιρα της Γης και αποικίζονται από άφθονους και ποικίλους μικροοργανισμούς που παίζουν ένα ενδεχομένως κρίσιμο ρόλο σε παγκόσμιους βιογεωχημικούς κύκλους.

Εκτός από την υποστήριξη χαμηλών θερμοκρασιών, οι ψυχοφιλικοί οργανισμοί πρέπει επίσης να προσαρμοστούν σε άλλες ακραίες συνθήκες, όπως υψηλές πιέσεις, υψηλές συγκεντρώσεις άλατος και υψηλή υπεριώδη ακτινοβολία..

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά των ψυχοφιλικών οργανισμών
  • 1.1 Ενδιαιτήματα
  • 1.2 Προσαρμογές
• 2 Είδη ψυχρόφιλων και παραδείγματα
  • 2.1 Μονοκύτταροι οργανισμοί
  • 2.2 Pluricularular οργανισμοί
  • 2.3 Θερμοκρασίες ανάπτυξης και ψυχοφιλικοί οργανισμοί
  • 2.4 Methanococcoides burtonii και Methanogenium frigidum στη λίμνη Ace
  • 2.5 Sphingopyxis alaskensis και αλοαλάρχες
• 3 Βιοτεχνολογικές εφαρμογές
• 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά των ψυχοφιλικών οργανισμών

Ενδιαιτήματα

Τα κύρια οικοσυστήματα των ψυχοφιλικών οργανισμών είναι:

-Θαλάσσια πολικά περιβάλλοντα.

-Banquisa ή θαλάσσιο πάγο.

-Χερσαία πολικά περιβάλλοντα.

-Λίμνες μεγάλου υψομέτρου και γεωγραφικού πλάτους.

-Υπογλαμικές λίμνες.

-Ψυχρές περιοχές αλπικού.

-Επιφάνειες παγετώνων.

-Πολικές ερήμους.

-Βαθιά ωκεανός.

Προσαρμογές

Τα ψυχρόφιλα προστατεύονται από την κατάψυξη με διάφορες προσαρμογές. Μία από αυτές είναι η ευκαμψία των κυτταρικών μεμβρανών τους, τις οποίες επιτυγχάνουν συμπεριλαμβάνοντας μια υψηλή περιεκτικότητα σε βραχείες και ακόρεστες λιπαρές οξέα στις δομές των λιπιδικών τους μεμβρανών.

Το αποτέλεσμα της ενσωμάτωσης αυτών των λιπαρών οξέων είναι η μείωση του σημείου τήξης, αυξάνοντας παράλληλα τη ρευστότητα και την αντοχή του.

Μια άλλη σημαντική προσαρμογή των ψυχρόφιλων είναι η σύνθεση αντιψυκτικών πρωτεϊνών. Αυτές οι πρωτεΐνες κρατούν το νερό του σώματος σε υγρή κατάσταση και προστατεύουν το DNA όταν οι θερμοκρασίες πέσουν κάτω από το σημείο πήξης του νερού. Αποτρέπουν επίσης τον σχηματισμό πάγου ή την ανακρυστάλλωσή του.

Είδη ψυχρόφιλων και παραδείγματα

Μονοκυτταρικοί οργανισμοί

Η ποικιλομορφία των μονοκύτταρων ψυχρόφιλοι είναι πολύ μεγάλη, μεταξύ των αυτά τα μέλη να αναφέρουμε τα περισσότερα βακτηριακά καταγωγές: Acidobacterias, Actinobacterias, Bacteroidetes, Cloroflexi, κυανοβακτήρια, Firmicutes, gemmatimonadetes, OP10 και planctomycetes.

Επιπλέον, έχουν ανιχνευθεί Proteobacteria και Verrucomicrobia στους κρυοκονίτες της Αρκτικής, της Ανταρκτικής και των αλπικών. Έχουν επίσης εντοπιστεί στη Γροιλανδία, τον Καναδά, το Θιβέτ και τα Ιμαλάια.

Μεταξύ των ψυχοφιλικών κυανοβακτηρίων βρίσκουμε Leptolvngbva, Phormidium και Nostoc. Άλλα κοινά είδη είναι μονοκύτταρα Αφανοθεσία, Chroococcus και Χαράνασιφωνα, και τα νηματοειδή Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium και Plectonerna.

Πλήρεις μικροοργανισμοί

Μεταξύ ψυχοφιλικών εντόμων μπορούμε να αναφέρουμε το γένος Διαμέσα των Ιμαλαΐων (Νεπάλ), η οποία παραμένει ενεργή μέχρι την επίτευξη θερμοκρασίας -16 ° C.

Υπάρχει επίσης το απτεριό κουνούπι (χωρίς φτερά), Βέλγιο Ανταρκτική, 2-6 χιλιοστά μακρύ, ενδημικό στην Ανταρκτική. Αυτό είναι το μοναδικό έντομο στην ήπειρο και είναι το μόνο ζώο αποκλειστικά επίγειο.

σπονδυλωτών ζώων μπορεί επίσης να είναι ψυχρόφιλη. Παραδείγματα περιλαμβάνουν έναν μικρό αριθμό βατράχους, χελώνες και ένα φίδι που χρησιμοποιεί κατάψυξη του εξωκυτταρικού νερού (έξω κύτταρα) ως στρατηγική επιβίωσης για την προστασία των κυττάρων κατά τη διάρκεια του χειμώνα.

Το νηματώδη της Ανταρκτικής Panagrolaimus davidi μπορούν να επιβιώσουν από την κατάψυξη ενδοκυτταρικού νερού και στη συνέχεια να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν.

Επίσης, τα ψάρια της οικογένειας Channichthyidae που ζουν στα κρύα νερά της Ανταρκτικής και νότια της Νότιας Αμερικής, χρησιμοποιήστε αντιψυκτικό πρωτεϊνών για την προστασία των κυττάρων σας από πλήρες πάγωμα.

Θερμοκρασίες ανάπτυξης και ψυχοφιλικούς οργανισμούς

Η μέγιστη θερμοκρασία (T_max) της ανάπτυξης ενός οργανισμού είναι το υψηλότερο που αυτό μπορεί να ανεχθεί. Ενώ η βέλτιστη θερμοκρασία (Τ_{επιλέξτε}) της ανάπτυξης είναι εκείνη στην οποία ο οργανισμός αναπτύσσεται γρηγορότερα.

Θεωρείται γενικά ότι όλοι οι οργανισμοί που επιβιώνουν και αναπτύσσονται σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας είναι ψυχροφιλικοί. Ωστόσο, όπως γνωρίζουμε, ο όρος ψυχροφιλικό θα πρέπει να εφαρμόζεται μόνο στους οργανισμούς των οποίων η Τ_max είναι 20 ° C (δηλαδή, δεν μπορούν να επιβιώσουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες).

Μικροοργανισμοί έχουν απομονωθεί από πολύ ψυχρούς χώρους, η οποία μπορεί να αναπτυχθεί σε εργαστηριακές συνθήκες σε θερμοκρασίες πάνω από 20 ° C, υποδεικνύοντας ότι αν και είναι προσαρμοσμένα στις χαμηλές θερμοκρασίες, δεν πρέπει να θεωρείται ψυχρόφιλη. Αυτοί οι μικροοργανισμοί που ονομάζεται «mesotolerantes», δηλαδή ανεκτική μέσες θερμοκρασίες.

Methanococcoides burtonii και Methanogenium frigidum στη Λίμνη Άσσο

Methanococcoides burtonii είναι ένα εξωφρενοειδές και μεθανογενές τόξο που απομονώθηκε από την Λίμνη Ace στην Ανταρκτική, όπου η θερμοκρασία κυμαίνεται μεταξύ 1 και 2 ° C. Ωστόσο, σε εργαστηριακές μελέτες διαπιστώθηκε ότι ο Τ_{επιλέξτε} της ανάπτυξης είναι 23 ° C και το Τ_max  είναι 28 ° C, οπότε δεν πρέπει να θεωρείται ψυχοφιλικός.

Methanogenium frigidum είναι επίσης ένας μεθανόγονος και ααλόφιλος αρχάριος (ο οποίος ανέχεται αλάτι στη μέση), απομονωμένος από την ίδια την λίμνη Ace και ο οποίος στο εργαστήριο παρουσιάζει ένα Τ_{επιλέξτε}  των 15 ° C και ενός Τ_max των 18 ° C, είναι δυνατόν να ταξινομηθεί ως psicrófilo.

Θα μπορούσε να εξεταστεί το ψυχρόφιλο M. frigidum θα πρέπει να προσαρμόζεται καλύτερα στις χαμηλές θερμοκρασίες M. burtonii. Ωστόσο,, M. burtonii μεγαλώνει ταχύτερα απ 'ότι M. frigidum σε θερμοκρασίες από 1 έως 2 ° C στη λίμνη Ace.

Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι υπάρχουν και άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες (βιοτικοί και αβιοτικοί), εκτός από τη θερμοκρασία, που επηρεάζουν την πληθυσμιακή ανάπτυξη αυτών των μικροοργανισμών στο φυσικό τους περιβάλλον..

Η επιβίωση ενός οργανισμού σε ένα δεδομένο περιβάλλον εξαρτάται από το συνδυασμό πολλών περιβαλλοντικών παραγόντων και όχι από την επίδραση μόνο ενός. Από την άλλη πλευρά, κάθε μικροοργανισμός έχει συγκεκριμένες απαιτήσεις (διαφορετικές από τη θερμοκρασία), οι οποίες επηρεάζουν επίσης την απόδοσή του.

Στην περίπτωση του M. burtonii και M. frigidum, είναι γνωστό ότι ο καθένας χρησιμοποιεί διαφορετικές πηγές άνθρακα και ενέργειας: M. burtonii χρησιμοποιεί μεθυλιωμένα υποστρώματα ενώ M. frigidum χρησιμοποιήστε H₂: CO₂ για την ανάπτυξή σας. Η λίμνη Ace είναι κορεσμένη με μεθάνιο, γεγονός που ευνοεί την ανάπτυξη του M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis και τη χαλοκαρδία

Sphingopyxis alaskensis είναι ένα βακτήριο που απομονώνεται από τα θαλάσσια ύδατα του βόρειου ημισφαιρίου, όπου επικρατούν θερμοκρασίες 4 - 10 ° C. Από την άλλη πλευρά, οι αλογοράρχες, που είναι αλαεία που κατοικούν σε κορεσμένα με αλάτι νερά, αναπτύσσονται στους -20 ° C..

Παρά το γεγονός ότι έχουν μεγάλους πληθυσμούς στους φυσικούς τους οικότοπους, κανένας από αυτούς τους μικροοργανισμούς δεν θα μπορούσε να καλλιεργηθεί στο εργαστήριο σε θερμοκρασία μικρότερη των 4 ° C.

Γυρίστε, S. alaskensis έχει ένα Τ_max 45 ° C και η αλογοαρχαία μπορεί να αυξηθεί σε θερμοκρασίες άνω των 30 ° C, επομένως δεν θα μπορούσαν να θεωρηθούν ψυχοφιλικές. Ωστόσο, οι πληθυσμοί τους είναι καλά προσαρμοσμένοι και είναι πολύ άφθονοι σε εξαιρετικά κρύες περιοχές.

Από τα παραπάνω μπορούμε να υποθέσουμε ότι υπάρχουν άλλοι περιοριστικοί περιβαλλοντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την επιβίωση αυτών των οργανισμών στους φυσικούς τους οικότοπους και η θερμοκρασία δεν είναι ο σημαντικότερος παράγοντας.

Βιοτεχνολογικές εφαρμογές

Τα ένζυμα των ψυχοφιλικών οργανισμών χαρακτηρίζονται από υψηλή δραστηριότητα σε χαμηλές και μέτριες θερμοκρασίες. Επιπλέον, αυτά τα ένζυμα έχουν κακή θερμική σταθερότητα.

Για τα χαρακτηριστικά αυτά, τα ένζυμα της ψυχρόφιλη οργανισμοί είναι πολύ ελκυστική για εφαρμογή σε διάφορες διεργασίες της βιομηχανίας τροφίμων, της ιατρικής, της μοριακής βιολογίας, στη φαρμακευτική βιομηχανία, μεταξύ άλλων.

Αναφορές

1. Cavicchioli, R. (2015). Σχετικά με την έννοια του ψυχρόφιλου. Η ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, Ο. And Deming, J.W. (2008). Ο ρόλος των εξωπολυμερών στη μικροβιακή προσαρμογή στον πάγο της θάλασσας. Στο: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. και Gerday, C. reds) Psychrophiles: από Βιοποικιλότητα έως Βιοτεχνολογία. Springer-Verlag, Βερολίνο, Γερμανία, σελ. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Ένα νέο έντομο που είναι ανθεκτικό στην ψύξη και βρίσκεται σε ένα παγετώνα των Ιμαλαΐων. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225α0
4. Margesin, R. (συντάκτης). (2017). Ψυχρόφιλα: από τη βιοποικιλότητα έως τη βιοτεχνολογία. Δεύτερη έκδοση. Springer Verlag, Χαϊδελβέργη, Γερμανία. σ. 685.
5. Miteva, V. (2008). Βακτήρια σε χιόνι και πάγο. Σε: Margesin, R. και Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: από τη βιοποικιλότητα ως τη βιοτεχνολογία. Springer Verlag, Heidelberg, Germany, σελ. 31-50.
6. Price, Ρ. Β. (2000). Ένας οικοτόπος για ψυχρόφιλους σε βαθιούς πάγους της Ανταρκτικής. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής 97, 1247-1251.