HALOFILEK: OSZTÁLYOZÁS, OZMÓZIS, ALKALMAZÁSOK, PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2025

A halogén organizmusok olyan mikroorganizmusok egy csoportja, mind prokarióta, mind eukarióta, amelyek képesek reprodukálni és élni olyan környezetben, ahol magas a sókoncentráció, például a tengervíz és a hiperszin száraz területeken. A halofil kifejezés a halosz és a filo görög szavakból származik, ami azt jelenti: "a só szerelmese".

Az ebbe a kategóriába sorolt ​​szervezetek az extrémofil organizmusok nagy csoportjába is tartoznak, mivel szélsőségesen sós élőhelyekben szaporodnak, ahol az élő sejtek többsége nem lenne képes életben maradni.

Salinák, olyan szélsőséges környezetek, ahol szélsőséges halogén sejtek szaporodnak. H. Zell, a Wikimedia Commonsból.

Valójában a meglévő sejtek túlnyomó része gyorsan elveszíti a vizet, ha sóban gazdag közegeknek van kitéve, és ez a kiszáradás sok esetben gyorsan halálhoz vezet.

A halogén organizmusok azon képességét, hogy képesek legyenek ezen a környezetben élni, annak a ténynek köszönhetik, hogy képesek egyensúlyba hozni ozmotikus nyomásukat a környezettel szemben, és fenntartani izoszotikus citoplazmájukat az extracelluláris környezettel.

Ezeket a sókoncentráció alapján osztályozták, amelyben szélsőséges, közepes, gyenge és halotoleranciájú halogéncsoportokban élhetnek.

Néhány halogén képviseletű a Dunaliella salina zöld alga, az Artemia nemzetség rákja vagy a vízláb, valamint az Aspergillus penicillioides és az Aspergillus terreu gombák.

Osztályozás

Nem minden halogén organizmus képes a sókoncentráció széles tartományában szaporodni. Éppen ellenkezőleg, különböznek abban a sósági fokban, amelyet képesek elviselni.

Ez a toleranciaszint, amely a nagyon specifikus NaCl-koncentrációk között változik, arra szolgált, hogy szélsőséges, közepes, gyenge és halotoleranciájú halogéneket osztályozzák.

A szélsőséges halogéneket tartalmazó csoportba beletartoznak azok a szervezetek, amelyek képesek olyan környezetbe lakni, ahol a NaCl-koncentráció meghaladja a 20% -ot.

Ezeket mérsékelt halogénerek követik, amelyek 10 és 20% közötti nátrium-klorid-koncentráción szaporodnak; és gyenge halogéneket, amelyek alacsonyabb koncentrációkban, 0,5 és 10% között változnak.

Végül a halotoleranátok olyan szervezetek, amelyek csak alacsony sókoncentrációra képesek fenntartani.

Ozmózis és sótartalom

A prokarióta halogének széles skálája létezik, amelyek képesek ellenállni a magas NaCl-koncentrációknak.

Ez a képesség, hogy ellenálljon a sós feltételeknek, amelyek alacsonyak, de magasabbak azoknál, amelyeket a legtöbb élő sejt képes tolerálni, akár nagyon szélsőséges állapotokig, több stratégia kifejlesztésének köszönhetően jött létre.

A fő vagy központi stratégia az ozmózisnak nevezett fizikai folyamat következményeinek elkerülése.

Ez a jelenség a víz egy féligáteresztő membránon keresztüli mozgására utal, alacsony oldott anyag koncentrációjú helyről a nagyobb koncentrációjú helyre.

Következésképpen, ha az extracelluláris környezetben (ahol egy szervezet fejlődik) a sókoncentráció nagyobb, mint a citoszoljában, akkor a víz elveszíti a külső részét, és halálra kiszárad.

Eközben a vízveszteség elkerülése érdekében nagy koncentrációban tárolják az oldott anyagokat (sókat) citoplazmájukban az ozmotikus nyomás kompenzálása érdekében.

Adaptív stratégiák a sós helyzet kezelésére

Halofil baktériumok. Maulucioni által a Commons, a Wikimedia Commons képei alapján.

Az ezen organizmusok által alkalmazott néhány stratégia a következő: enzimek szintézise, ​​amelyek képesek fenntartani aktivitást magas sókoncentrációban, lila membránok, amelyek lehetővé teszik a fototrofikus növekedést, érzékelők, amelyek a fototaktikus választ szabályozják, például rodopszin, és gázvezikulumok, amelyek elősegítik a növekedést. lebegés.

Ezenkívül meg kell jegyezni, hogy a környezet, ahol ezek az organizmusok nőnek, meglehetősen megváltoztatható, ami fennmaradásuk veszélyét jelent. Ezért más stratégiákat dolgoznak ki, amelyek ezen feltételekhez igazodnak.

Az egyik változó tényező az oldott anyag koncentrációja, amely nem csak a hiperszin körülmények között fontos, hanem minden olyan környezetben, ahol az esők vagy a magas hőmérsékletek kiszáradást és ennek következtében az ozmolaritás változásait okozhatják.

Ezeknek a változásoknak a kezelésére a halogén mikroorganizmusok két mechanizmust fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik számukra hiperoszmotikus citoplazma fenntartását. Az egyiket "salt-in" -nek, a másik "salt-out" -nek hívták

Sóbeviteli mechanizmus

Ezt a mechanizmust az Archeas és a Haloanaerobiales (szigorú anaerob, mérsékelt halogén baktériumok) hajtják végre, és a KCl belső koncentrációjának növelésében rejlik a citoplazmában.

A só magas koncentrációja a citoplazmában azonban arra késztette őket, hogy molekuláris adaptációt hajtsanak végre az intracelluláris enzimek normál működéséhez.

Ezek az alkalmazások alapvetően savas aminosavakban gazdag és hidrofób aminosavakban szegény proteinek és enzimek szintéziséből állnak.

Az ilyen típusú stratégiát korlátozza, hogy azok a szervezetek, amelyek végrehajtják azt, gyenge képességgel tudnak alkalmazkodni az ozmolaritás hirtelen változásaihoz, és növekedésüket a nagyon magas sókoncentrációjú környezetre korlátozzák.

Sóleválasztó mechanizmus

Ezt a mechanizmust a halogén és a nem halogén baktériumok egyaránt használják, a mérsékelt halogén metafogén archaea mellett.

Ebben a halogén mikroorganizmus az ozmotikus egyensúlyt hajtja végre olyan kis szerves molekulák segítségével, amelyeket ez képes szintetizálni vagy a tápközegből kivenni.

Ezek a molekulák lehetnek poliolok (például glicerin és arabinitol), cukrok, például szacharóz, trehalóz vagy glükozil-glicerin, vagy aminosavak és kvaterner aminok származékai, például glicin-betain.

Mindegyikükben nagy a vízben való oldhatósága, fiziológiai pH-értéken nincs töltésük és elérhetik azokat a koncentráció-értékeket, amelyek lehetővé teszik ezeknek a mikroorganizmusoknak, hogy fenntartják az ozmotikus egyensúlyt a külső környezettel anélkül, hogy befolyásolnák a saját enzimeik működését.

Ezenkívül ezek a molekulák képesek stabilizálni a fehérjéket hő, kiszáradás vagy fagyasztás ellen.

Alkalmazások

A halofil mikroorganizmusok nagyon hasznosak molekulák előállításához biotechnológiai célokra.

Ezek a baktériumok nem jelentenek jelentős termesztési nehézségeket a közegük alacsony tápanyagigénye miatt. A magas sókoncentrációval szembeni toleranciáik minimalizálják a szennyeződés kockázatát, ami kedvezőbb alternatív organizmusokká teszik őket, mint az E. coli.

Ezen túlmenően, a termelési kapacitásnak a szélsőséges sós körülményekkel szembeni ellenállásával kombinálva, a mikroorganizmusok ipari termékek forrásaként nagy jelentőséggel bírnak, mind a gyógyszerészet, a kozmetika, mind a biotechnológia területén.

Néhány példa:

enzimek

Számos ipari folyamatot szélsőséges körülmények között fejlesztenek ki, amelyek alkalmazási területet kínálnak extrémofil mikroorganizmusok által termelt enzimek számára, amelyek képesek szélsőséges hőmérsékleti, pH vagy sós értékekre hatni. Így leírták a molekuláris biológiában alkalmazott amilázokat és proteázokat.

polimerek

Hasonlóképpen, a halogén baktériumok olyan polimerek termelői, amelyek felületaktív és emulgeáló tulajdonságokkal rendelkeznek, és nagy jelentőséggel bírnak az olajiparban, mivel hozzájárulnak a nyersolaj kivonásához az altalajból.

Kompatibilis oldott anyagok

Az oldott anyagok, amelyeket ezek a baktériumok felhalmoznak citoplazmájukban, az enzimek, nukleinsavak, membránok és még egész sejtek stabilizáló és védő képességgel rendelkeznek, a fagyasztás, kiszáradás, hő denaturáció és nagy sótartalom ellen.

Mindezt felhasználták az enzim technológiában, valamint az élelmiszer- és kozmetikai iparban a termékek élettartamának meghosszabbítására.

A hulladék biológiai lebontása

A halofil baktériumok képesek lebontani a mérgező hulladékokat, például peszticideket, gyógyszereket, herbicideket, nehézfémeket, valamint az olaj- és gázkivonási folyamatokat.

élelmiszerek

Az élelmiszer területén részt vesznek a szójaszósz előállításában.

Irodalom

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evolúciós divergencia és a sótartalom által közvetített szelekció a halogén archaában. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. A halogén mikroorganizmusok és a Debaryomyces hansenii (halogénezett élesztő) adaptációs stratégiái. Latin-amerikai Journal of Microbiology. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. A halophilism bionergetikus szempontjai. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofil baktériumok és biotechnológiai alkalmazásuk. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Az ozmózis érzékenységgel és az ozmoregulációval kompatibilis baktériumok felhalmozódnak. Comp Biochem Physiol. 2001; 130, 437-460.