- A pszichofil organizmusok jellemzői
- élőhely
- adaptációk
- A pszichofilek típusai és példák
- Egysejtű organizmusok
- Többsejtű organizmusok
- Növekedési hőmérsékletek és pszichofil szervezetek
- Methanococcoides burtonii
- Sphingopyxis alaskensis
- Biotechnológiai alkalmazások
- Irodalom
A pszichofil az extremophiles altípusa, amelynek alacsony ellenállási hőmérséklete jellemző, általában -20 ° C és 10 ° C között, és állandóan hideg élőhelyeket foglalnak magukban. Ezek az organizmusok általában baktériumok vagy archaea, azonban vannak olyan metazoánok, mint a zuzmók, algák, gombák, fonálférgek, sőt rovarok és gerinces állatok.
A hideg környezet uralja a Föld bioszféráját, és gazdag és változatos mikroorganizmusok kolonizálják, amelyek potenciálisan kritikus szerepet játszanak a globális biogeokémiai ciklusokban.
A Lichen Xanthoria elegans egy jól ismert pszichofil, amely -24 ° C hőmérsékleten képes fotoszintetizálni. A fénykép kanadai Alberta-ban készült. Forrás: Jason Hollinger a https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg keresztül
Az alacsony hőmérsékleti ellenállás mellett a pszichofil organizmusokat hozzá kell igazítani más szélsőséges körülményekhez is, mint például a magas nyomás, a magas sókoncentráció és a magas ultraibolya sugárzás.
A pszichofil organizmusok jellemzői
élőhely
A pszichofil organizmusok fő élőhelye:
-Poláris tengeri környezet.
-Bank vagy tengeri jég.
-Poláris földi környezet.
- Nagy magasságú és szélességi tavak.
-Subglacial tavak.
-Hideg alpesi régiók.
-Gleccserek felületei.
-Poláris sivatagok.
-Mély óceán.
adaptációk
A pszichofileket különféle alkalmazások védik a fagyástól. Az egyik a sejtmembránok rugalmassága, amelyet akkor érnek el, ha a lipidmembránok szerkezetébe nagy mennyiségű rövid és telítetlen zsírsavat tartalmaznak.
Ezen zsírsavak beépítése csökkenti az olvadáspontot, miközben növeli folyékonyságát és ellenállását.
A pszichrofilek másik fontos adaptációja a fagyálló fehérjék szintézise. Ezek a fehérjék folyékony állapotban tartják a test vizét és védik a DNS-t, amikor a hőmérséklet a víz fagypontja alá esik. Ezenkívül megakadályozzák a jégképződést vagy az átkristályosodást.
A pszichofilek típusai és példák
Egysejtű organizmusok
Az egysejtű pszichofilek sokfélesége rendkívül nagy, ezek közül megemlíthetjük a legtöbb bakteriális vonal tagjait: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 és Planctomycetes.
Ezenkívül a sarkvidéki, az antarktiszi és az alpesi kriokonokban proteobaktériumokat és verrucomicrobiát fedeztek fel. Ezeket felfedezték Kanadában, Grönlandon, Tibetben és a Himalája területén is.
A pszichofil cianobaktériumok között megtaláljuk a Leptolvngbvát, a Phormidiumot és a Nostokot. További általános nemzetségek az egysejtű Aphanothece, a Chroococcus és a Charnaesiphon, valamint a rostos Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium és Plectonerna.
Többsejtű organizmusok
A pszichofil rovarok közül megnevezhetjük a Diamesa nemzetet a Himalája (Nepál) nevében, amely aktív marad, amíg -16 ° C hőmérsékletre nem ér.
A szárny nélküli szúnyog, az Antarktiszra endemikus 2–6 mm hosszú Belgica Antarktisz is. Ez az egyetlen rovar a kontinensen, és az egyetlen kizárólag szárazföldi állat.
2. ábra. A Belgica antarctica apterikus szúnyog, az Antarktisz endemikus rovara. Forrás: Tasteofcrayons, a Wikimedia Commonsból
A gerinces állatok pszichofilek is lehetnek. Néhány példa a békák, teknősök és egy kígyó kis száma, amelyek extracelluláris vízfagyasztást (sejteken kívüli vizet) használnak túlélési stratégiának sejtjeik téli védelmére.
A Panagrolaimus davidi antarktiszi fonálféreg képes túlélni az intracelluláris vízfagyást, majd újból növekszik és szaporodhat.
A Channichthyidae család halai, amelyek Antarktisz és Dél-Amerika déli részeinek hideg vizein élnek, fagyálló fehérjéket használnak, hogy megvédjék sejtjeiket a teljes fagyás ellen.
Növekedési hőmérsékletek és pszichofil szervezetek
A szervezet maximális növekedési hőmérséklete (Tmax) a legmagasabb, amit képes elviselni. Míg a növekedéshez az optimális hőmérséklet (T opt) az, amelyben a szervezet gyorsabban növekszik.
Az összes olyan organizmust, amely alacsony hőmérsékleten képes túlélni és virágzni, általában pszichofilnek tekintik. Mint azonban tudjuk, a pszichofil kifejezést csak azokra a szervezetekre kell alkalmazni, amelyek Tmax értéke 20 ° C (vagyis nem képesek túlélni a magasabb hőmérsékleteket).
A mikroorganizmusokat nagyon hideg területektől izolálják, amelyek laboratóriumi körülmények között növekedhetnek 20 ° C feletti hőmérsékleten, ami azt jelzi, hogy bár alacsony hőmérsékletekhez alkalmazkodnak, nem szabad pszichofileknek tekinteni. Ezeket a mikroorganizmusokat "mezotoleranseknek" nevezzük, vagyis tolerálják a közepes hőmérsékleteket.
Methanococcoides burtonii
Sphingopyxis alaskensis
A Sphingopyxis alaskensis egy olyan baktérium, amelyet az északi félteké tengeri vizeiről izolálnak, ahol 4-10 ° C hőmérséklet uralkodik. Másrészről, az archaea haloarheák, amelyek a sóval nagyon telített vizekben élnek, -20 ° C hőmérsékleten nőnek.
Annak ellenére, hogy a természetes élőhelyükön magas a populáció, ezen mikroorganizmusok egyikét sem lehetett tenyésztni a laboratóriumban 4 ° C alatti hőmérsékleten.
A S. alaskensis T max értéke 45 ° C, és a haloarchaea 30 ° C feletti hőmérsékleten is növekedhet, tehát nem tekinthetők pszichofilnek. Népük azonban jól alkalmazkodik és rendkívül hideg területeken nagyon gazdag.
A fentiekből feltételezhetjük, hogy vannak más korlátozó környezeti tényezők, amelyek befolyásolják ezen organizmusok fennmaradását természetes élőhelyükön, és a hőmérséklet nem a legnagyobb súlyú tényező.
Biotechnológiai alkalmazások
A pszichofil organizmusok enzimeit magas aktivitás jellemzi alacsony és közepes hőmérsékleten. Ezen túlmenően ezeknek az enzimek rossz hőstabilitással rendelkeznek.
Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a pszichofil organizmusok enzimei nagyon vonzóak, többek között az élelmiszeriparban, az orvostudományban, a molekuláris biológiában és a gyógyszeriparban alkalmazott különféle folyamatokban.
Irodalom
- Cavicchioli, R. (2015). A pszichofil fogalmáról. Az ISME Journal, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
- Krembs, C. és Deming, JW (2008). Az exopolimerek szerepe a tengerjég mikrobiális alkalmazkodásában. In: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. és Gerday, C. vörös) Pszichofilek: a biodiverzitástól a biotechnológiáig. Springer-Verlag, Berlin, Németország, pp. 247-264.
- Kohshima, S. (1984). Új, hidegen toleráló rovar, amelyet egy himalájai gleccseren találtak. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
- Margesin, R. (szerkesztő). (2017). Pszichofilek: a biodiverzitástól a biotechnológiáig. Második kiadás. Springer Verlag, Heidelberg, Németország. pp. 685.
- Miteva, V. (2008). Baktériumok a hóban és a jégben. In: Margesin, R. és Schirmer, F. (szerk.) Pszichofilek: a biodiverzitástól a biotechnológiáig. Springer Verlag, Heidelberg, Németország, pp. 31-50.
- Ár, PB (2000). A pszichofilek élőhelye a mély antarktiszi jégben. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 97, 1247-1251.