Psykofile egenskaber, typer og eksempler

den psykrofile De er en undertype af ekstremofiler karakteriseret ved modstå lave temperaturer, sædvanligvis mellem -20 ° C og 10 ° C, og permanent indtage kolde levesteder. Disse organismer er ofte bakterier eller arker, men der metazoisk som lav, alger, svampe, nematoder og endda insekter og hvirveldyr.

Koldt miljø dominerer Jordens biosfære og koloniseres af rigelige og mangfoldige mikroorganismer, der spiller en potentielt kritisk rolle i globale biogeokemiske cyklusser.

Ud over at understøtte lave temperaturer skal psykofile organismer også tilpasses andre ekstreme forhold, såsom højt tryk, høje saltkoncentrationer og høj ultraviolet stråling..

indeks

• 1 Karakteristika for psykofile organismer
  • 1.1 Habitater
  • 1.2 Tilpasninger
• 2 Typer af psykofiler og eksempler
  • 2.1 Encelle organismer
  • 2.2 Pluricellulære organismer
  • 2.3 Væksttemperaturer og psykofile organismer
  • 2.4 Methanococcoides burtonii og methanogenium frigidum i søen Ace
  • 2,5 Sphingopyxis alaskensis og haloarchaea
• 3 Bioteknologiske anvendelser
• 4 referencer

Karakteristika for psykofile organismer

levesteder

De vigtigste habitater for psykofile organismer er:

-Marine polære miljøer.

-Banquisa eller havis.

-Terrestrial polære miljøer.

-Søer af høj højde og breddegrad.

-Subglacial søer.

-Koldt alpine regioner.

-Glacieroverflader.

-Polar ørkener.

-Deep ocean.

tilpasninger

Psykrofiler er beskyttet mod frysning ved forskellige tilpasninger. En af dem er fleksibiliteten af ​​deres cellemembraner, som de opnår ved at indbefatte et højt indhold af korte og umættede fedtsyrer i strukturerne af deres lipidmembraner.

Virkningen af ​​inkorporeringen af ​​disse fedtsyrer er faldet i smeltepunktet og øger samtidig dens fluiditet og dets modstandsdygtighed.

En anden vigtig tilpasning af psychrophiles er syntesen af ​​frostbeskyttelsesproteiner. Disse proteiner holder kropsvand i flydende tilstand og beskytter DNA, når temperaturer falder under frysepunktet for vand. De forhindrer også dannelsen af ​​is eller dets omkrystallisering.

Typer af psykofiler og eksempler

Unicellular organismer

Mangfoldigheden af ​​encellede psykrofile er meget stor, mellem disse medlemmer kan citere mest bakterielle slægter: Acidobacterias, Actinobacterias, Bacteroidetes, Cloroflexi, cyanobakterier Firmicutes, gemmatimonadetes, OP10 og planctomycetes.

Derudover er Proteobacteria og Verrucomicrobia blevet detekteret i arktiske, antarktiske og alpine kryokonitter. De er også blevet opdaget i Grønland, Canada, Tibet og Himalaya.

Blandt de psykofile cyanobakterier finder vi Leptolvngbva, Phormidium og Nostoc. Andre almindelige genrer er unicellulære Aphanothece, Chroococcus og Charnaesiphon, og filamentøse Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium og Plectonerna.

Pluricellulære organismer

Blandt psykofile insekter kan vi nævne slægten Diamesa af Himalaya (Nepal), som forbliver aktive indtil en temperatur på -16 ° C.

Der er også apterous myg (uden vinger), Belgien Antarktis, 2-6 mm lang, endemisk til Antarktis. Dette er det eneste insekt på kontinentet og også det eneste dyr udelukkende jordbaseret.

Hvirveldyr kan også være psykofile. Eksempler omfatter et lille antal frøer, skildpadder og en slange, der anvender frysning af den ekstracellulære vand (uden celler) som en overlevelse strategi til at beskytte dens celler vinteren.

Den antarktiske nematode Panagrolaimus davidi kan overleve indefrysningen af ​​intracellulært vand og efterfølgende vokse tilbage og reproducere.

Også fisk af familien channichthyidae der bor i det kolde vand i Antarktis og den sydlige del af Sydamerika, bruge frostvæske proteiner for at beskytte dine celler mod fuldstændig fastfrysning.

Vækst temperaturer og psykofile organismer

Den maksimale temperatur (T_max) af vækst af en organisme er den højeste, som dette kan tolerere. Mens den optimale temperatur (T_opt) af vækst er en, hvor organismen vokser hurtigere.

Det anses generelt, at alle organismer, som overlever og udvikler sig i omgivelser med lav temperatur, er psykofile. Men som vi ved, udtrykket psychrophile Det bør kun anvendes til de organismer, hvis T_max er 20 ° C (det vil sige, de kan ikke overleve ved højere temperaturer).

Mikroorganismer er blevet isoleret fra meget kolde områder, som kan vokse under laboratorieforhold ved temperaturer over 20 ° C, hvilket indikerer, at selvom de er tilpasset til lave temperaturer, bør de ikke betragtes som psykofile. Disse mikroorganismer kaldes "mesotoleranter", det vil sige de tolererer gennemsnitstemperaturer.

Methanococcoides burtonii og Methanogenium frigidum i Ace Lake

Methanococcoides burtonii er en ekstremofil og metanogen bue isoleret fra Ace Lake i Antarktis, hvor temperaturen ligger mellem 1 og 2 ° C. I laboratorieundersøgelser blev det imidlertid konstateret, at hans T_opt af vækst er 23 ° C og T_max  er 28 ° C, så det bør ikke betragtes som psykofilt.

Methanogenium frigidum Det er også en metanogen og halofil arkæa (som tolererer salt i midten), isoleret fra selve Ace-søen, og som i laboratoriet præsenterer en T_opt  på 15 ° C og en T_max på 18 ° C, der er muligt at klassificere det som psicrófilo.

Psychrophilen kunne overvejes M. frigidum Det bør være bedre tilpasset de lave temperaturer M. burtonii. dog, M. burtonii vokser hurtigere end M. frigidum ved temperaturer på 1 til 2 ° C i søen Ace.

Disse data indikerer, at der er andre miljøfaktorer (biotiske og abiotiske) udover temperaturen, der påvirker befolkningens vækst i deres naturlige habitat..

Overlevelse af en organisme i et givet miljø afhænger af kombinationen af ​​flere miljøfaktorer og ikke på virkningen af ​​blot en. På den anden side har hver mikroorganisme specifikke krav (forskellig fra temperatur), som også påvirker dens ydelse.

I tilfælde af M. burtonii og M. frigidum, det er kendt, at hver enkelt bruger forskellige kulstof- og energikilder: M. burtonii bruger methylerede substrater, mens M. frigidum brug H₂: CO₂ til din vækst. Sø Ace er mættet med methan, hvilket favoriserer væksten af M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis og haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis er en bakterie isoleret fra de marine farvande på den nordlige halvkugle, hvor temperaturer på 4 - 10 ° C hersker. På den anden side vokser haloarkæerne, som er arkæer, der befinder sig i farvande, der er mættet med salt, ved -20 ° C..

På trods af at de har store populationer i deres naturlige levesteder, kunne ingen af ​​disse mikroorganismer dyrkes i laboratoriet ved mindre end 4 ° C.

Til gengæld, S. alaskensis har en T_max 45 ° C og haloarchaea kan vokse ved temperaturer over 30 ° C, så de ikke kunne betragtes som psykofile. Men deres befolkninger er godt tilpassede og er meget rigelige i ekstremt kolde områder.

Af ovenstående kan vi antage, at der er andre begrænsende miljøfaktorer, der påvirker disse organismers overlevelse i deres naturlige levesteder, og temperaturen er ikke den vigtigste faktor.

Bioteknologiske anvendelser

Enzymer af psykofile organismer præget af høj aktivitet ved lave og moderate temperaturer. Derudover har disse enzymer dårlig termisk stabilitet.

For disse egenskaber, enzymerne i psykrofile organismer er meget attraktivt for anvendelse i forskellige processer i fødevareindustrien, medicin, molekylær biologi, i den farmaceutiske industri, bl.a..

referencer

1. Cavicchioli, R. (2015). På begrebet psykofil. ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10,1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. og Deming, J.W. (2008). Eksopolymers rolle i mikrobiologisk tilpasning til havis. I: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. og Gerday, C. reds) Psychrophiles: fra biodiversitet til bioteknologi. Springer-Verlag, Berlin, Tyskland, s. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Et nyt koldtolerant insekt fundet i en Himalayan-gletscher. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10,1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (redaktør). (2017). Psykrofiler: fra biodiversitet til bioteknologi. Anden udgave. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland. pp. 685.
5. Miteva, V. (2008). Bakterier i sne og is. I: Margesin, R. og Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: fra biodiversitet til bioteknologi. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland, s. 31-50.
6. Price, P. B. (2000). Et habitat for psykofiler i dyb Antarktis is. Forsøg af National Academy of Sciences i USA 97, 1247-1251.