ACIDOFILEK: JELLEMZŐK, MIKROORGANIZMUSOK PÉLDÁI, ALKALMAZÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

Az acidofil organizmusok egy mikroorganizmusfajta (prokarióta vagy eukarióta), amely képes szaporodni és olyan környezetben él, ahol a pH-érték 3-nál alacsonyabb. Valójában az acidophilus kifejezés a görög nyelvből származik, és azt jelenti: "savas szerető".

Ezek a környezetek vulkáni tevékenységekből származhatnak, amelyek során kéntartalmú gázok vagy fém-oxidok keveréke szabadul fel a vasbányákból. Ezenkívül maguk a szervezetek aktivitásának vagy anyagcseréjének a termékei is, amelyek megóvják a saját környezetüket a túlélés érdekében.

A Rio Tinto savas vizei élőhelyként szolgálnak a sav-phile mikroorganizmusok sokféle fajtájához, amelyek jellegzetes színét adják neki. Írta Antonio de Mijas, Spanyolország, a Wikimedia Commonsból.

Az ebbe a kategóriába sorolt ​​szervezetek az extrémofil organizmusok nagy csoportjába is tartoznak, mivel olyan környezetben növekednek, amelynek pH-ja nagyon savas. Ahol a legtöbb sejt nem képes túlélni.

Ezenkívül fontos hangsúlyozni, hogy ez az organizmuscsoport ökológiai és gazdasági szempontból nagy jelentőséggel bír.

Általános tulajdonságok

Verseny, ragadozás, kölcsönös kölcsönhatás és szinergia

A legtöbb acidofil organizmus oxigén jelenlétében növekszik és él. Bizonyítékok vannak azonban a acidophilus kialakulására, amely oxigén hiányában és jelenlétében is kialakulhat.

Ezenkívül ezek az organizmusok más típusú interakciókat hoznak létre más szervezetekkel, például versenyt, ragadozást, kölcsönhatást és szinergiát. Példa erre a acidophilus vegyes kultúrája, amelyek nagyobb növekedést és hatékonyságot mutatnak a kéntartalmú ásványok oxidációjában, mint az egyes kultúrák.

Gyomorégés, megoldandó probléma

Úgy tűnik, hogy az acidofilek megkülönböztető szerkezeti és funkcionális tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a savasság semlegesítését. Ide tartoznak a nagyon át nem eresztő sejtmembránok, a magas belső szabályozóképesség és az egyedi szállítási rendszerek.

Mivel az acidofilek olyan környezetben élnek, ahol a protonok koncentrációja magas, ezért kifejlesztettek egy szivattyúrendszert, amely felelős a protonok külső kiutasításáért. Ez a stratégia azt eredményezi, hogy a baktériumok belsejében a pH-érték nagyon közel áll a semlegeshez.

Az acidofil szervezetek kifejlesztettek egy protonpumpa-rendszert, amely lehetővé teszi számukra a protonok kifelé pumpálását és az intracelluláris pH-érték semleges közelében tartását. A PhilMacD készítette, a Wikimedia Commonsból.

A magas kénsavtartalmú bányákban azonban sejtfal nélküli mikroorganizmusokat találtak, ami azt jelzi, hogy még ezen védelem nélkül is magas koncentrációban vannak kitéve protonoknak.

Másrészről, az ilyen típusú mikroorganizmusoknak kitett szélsőséges körülmények miatt garantálniuk kell, hogy minden fehérje működőképes és nem denaturált.

Ehhez a szintetizált fehérjék nagy molekulatömegűek, így nagyobb számú kötés van az őket alkotó aminosavak között. Ilyen módon a kötések megszakadása nehezebbé válik, és nagyobb stabilitást kap a fehérjeszerkezet.

Magas membrán-átjárhatóság

Amint a protonok belépnek a citoplazmába, az acidofil organizmusoknak olyan módszereket kell végrehajtaniuk, amelyek lehetővé teszik számukra a csökkent belső pH hatásainak enyhítését.

A pH fenntartása érdekében az acidofilek át nem eresztő sejtmembránnal rendelkeznek, amely korlátozza a protonok bejutását a citoplazmába. Ennek oka az a tény, hogy az archaea acidofilek membránja más típusú lipidekből áll, mint a baktériumokban és az eukarióta sejtmembránokban.

Archaea-ban a foszfolipidek hidrofób (izopenoid) régióval és egy poláris régióval rendelkeznek, amelyek a glicerin gerincéből és a foszfát csoportból állnak. Mindenesetre az unió éterkötésnek köszönhető, amely nagyobb ellenállást generál, különösen magas hőmérsékleten.

Ezenkívül bizonyos esetekben az archaea nem rendelkezik kettős rétegekkel, hanem a két hidrofób lánc egyesülésének termékével monoréteget képeznek, ahol a két poláris csoport egyetlen molekulája nagyobb ellenállást biztosít számukra.

Másrészt annak ellenére, hogy a baktériumok és az eukarióták membránjait alkotó foszfolipidek ugyanazt a szerkezetet tartják fenn (hidrofób és poláris régió), a kötések észter típusúak és lipid kettős réteget képeznek.

Fontossága

Az acidofil szervezetek potenciális jelentőséggel bírnak az evolúcióban, mivel az alacsony pH és fémben gazdag körülmények, amelyekben növekednek, hasonlóak lehettek a tenger alatti vulkáni feltételekhez.

Így az acidofil organizmusok olyan ősi ereklyéket képviselhetnek, amelyekből összetettebb élet alakult ki.

Ezenkívül, mivel az anyagcsere folyamatok a szulfid ásványok felületén alapulhatnak, valószínűleg ezen organizmusok DNS-szerkezetének felépítése savas pH-n zajlik.

Szabályozás savasofil organizmusokban

A pH szabályozása minden organizmus szempontjából nélkülözhetetlen, ezért az acidofileknek a semlegeshez közeli intracelluláris pH-értékkel kell rendelkezniük.

Azonban az acidofil organizmusok képesek tolerálni több nagyságrendű pH-gradienst, összehasonlítva azokkal a szervezetekkel, amelyek csak a semleges pH-érték mellett növekednek. Példa erre a Thermoplasma acidophilum, amely 1,4-es pH-n képes megélni, miközben belső pH-ját 6,4-nél tartja.

Az acidofil organizmusok érdekessége, hogy kihasználják ezt a pH-gradienst, hogy protonmotoron keresztül energiát termeljenek.

Példák az acidofil mikroorganizmusokra

Az acidofil organizmusok túlnyomórészt baktériumokban és archaában oszlanak el, és számos biogeokémiai ciklushoz járulnak hozzá, beleértve a vas- és kénciklusokat is.

Az elsők között van a Ferroplasma acidarmanus, amely egy arka, amely nulla pH-értékű környezetben képes növekedni. Egyéb prokarióták a Picrophilus oshimae és a Picrophilus torridus, amelyek szintén termofil és japán vulkáni kráterekben nőnek fel.

Van néhány acidofil eukarióta is, például a Cyanidyum caldariuym, amely nulla pH mellett képes megélni, és a sejt belsejét szinte semleges szinten tartja.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. és a Trichosporon cerebriae, a Gomba Királyságból származó három eukarióta. Mások ugyanolyan érdekesek a Picrophilus oshimae és a Picrophilus torridus.

Alkalmazások

kimosódás

Az acidofil mikroorganizmusok fontos szerepet játszanak biotechnológiai alkalmazásukban, különös tekintettel a fémek ásványokból történő extrahálására, ami jelentősen csökkenti a hagyományos kémiai módszerekkel (kimosódás) származó szennyező anyagokat.

Ez az eljárás különösen hasznos rézbányászatban, ahol például a Thobacillus sulfolobus katalizátorként működhet és felgyorsíthatja az oxidáció során képződő réz-szulfát oxidációs sebességét, elősegítve a fém szolubilizálódását.

Élelmiszeripar

Az acidofil organizmusok ipari érdekű enzimekkel rendelkeznek, amelyek sav-stabil enzimek forrásaként szolgálnak kenőanyagként.

Ezenkívül az élelmiszeriparban az amilázok és a glükoamilázok előállítása keményítő, pékáru, gyümölcslevek feldolgozására szolgál.

Ezen túlmenően széles körben használják proteázok és cellulázok előállításában, amelyeket állati takarmány-összetevőként használnak, és gyógyszerészeti termékek gyártásában.

Irodalom

1. Baker-Austin C, Dopson M. Élet savban: pH-homeosztázis acidofilekben. Trends Microbiol. 2007-ben; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Arkáli vas-oxidáló szélsőséges acidofil, fontos a savas aknák vízelvezetésében. Tudomány. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Termékeik egyes alkalmazásai a biotechnológiában. Mikrobiológiai és molekuláris biológiai vélemények. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. A felületi töltés lehetséges szerepe a membránszervezésben egy acidophil, indiánban. Journal of Biochemistry and Biofizika. tizenkilenc kilencvenhat; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraéterrel kapcsolt membránrétegek a Ferroplasma spp-ben: a savas túlélés kulcsa. Extremophíies. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokarióta sokféleség: Archea. In: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (szerk.). A mikroorganizmusok Brock mikrobiológiája. Tíz kiadás. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Élet rendkívül alacsony pH-n. Természet. ezerkilencszázkilencvenöt; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Biokémiai Társaság tranzakciók. 2004; 32: 193-198.