ACIDOFILY: VLASTNOSTI, PŘÍKLADY MIKROORGANISMŮ, APLIKACE - BIOLOGIE - 2025

Acidofilní organismy jsou typem mikroorganismů (prokaryotických nebo eukaryotických), které jsou schopné se rozmnožovat a žijí v prostředích, jejichž hodnoty pH jsou nižší než 3. Ve skutečnosti termín acidofilus pochází z řečtiny a znamená „milovníka kyseliny“.

Tato prostředí mohou pocházet ze sopečných činností s uvolňováním sirných plynů nebo směsí oxidů kovů z železných dolů. Kromě toho mohou být produktem aktivity nebo metabolismu samotných organismů, které okyselují své vlastní prostředí, aby přežily.

Kyselé vody Rio Tinto slouží jako stanoviště pro celou řadu kyselých philních mikroorganismů, které mu dodávají jeho charakteristickou barvu. Antonio de Mijas, Španělsko, z Wikimedia Commons.

Organismy zařazené do této kategorie také patří do velké skupiny extremofilních organismů, protože rostou v prostředích, jejichž pH je velmi kyselé. Tam, kde většina buněk není schopna přežít.

Kromě toho je důležité zdůraznit, že tato skupina organismů má z ekologického a ekonomického hlediska velký význam.

Obecné vlastnosti

Konkurence, predace, vzájemnost a synergie

Většina acidofilních organismů roste a žije v přítomnosti kyslíku. Existují však důkazy acidofilů, které se mohou vyvíjet jak v nepřítomnosti, tak v přítomnosti kyslíku.

Tyto organismy navíc navazují různé typy interakcí s jinými organismy, jako je konkurence, predace, vzájemnost a synergie. Příkladem jsou smíšené kultury acidofilů, které vykazují vyšší růst a účinnost při oxidaci minerálů síry než jednotlivé kultury.

Pálení žáhy, problém vyřešit

Zdá se, že acidofilové sdílejí charakteristické strukturální a funkční vlastnosti, které jim umožňují neutralizovat kyselost. Patří k nim vysoce nepropustné buněčné membrány, vysoká vnitřní regulační kapacita a jedinečné transportní systémy.

Protože acidofilové žijí v prostředí, kde je koncentrace protonů vysoká, vyvinuli systémy pump odpovědné za vytlačování protonů ven. Touto strategií se dosáhne toho, že vnitřek bakterií má pH velmi blízké neutrální hodnotě.

Acidofilní organismy vyvinuly systém protonových pump, které jim umožňují pumpovat protony ven a udržovat intracelulární pH blízko neutrální. PhilMacD, z Wikimedia Commons.

Avšak v dolech s vysokým obsahem kyseliny sírové byly nalezeny mikroorganismy bez buněčné stěny, což ukazuje, že i bez této ochrany jsou vystaveny vysokým koncentracím protonů.

Na druhé straně, vzhledem k extrémním podmínkám, kterým jsou tyto typy mikroorganismů vystaveny, musí zaručit, že všechny jejich proteiny jsou funkční a ne denaturované.

Syntetizované proteiny mají proto vysokou molekulovou hmotnost, takže mezi aminokyselinami, které je tvoří, existuje větší počet vazeb. Tímto způsobem se stává obtížnější pro přerušení vazeb a proteinová struktura má větší stabilitu.

Vysoká nepropustnost membrány

Jakmile protony vstoupí do cytoplazmy, musí acidofilní organismy zavést metody, které jim umožní zmírnit účinky sníženého vnitřního pH.

K udržení pH mají acidofilní nepropustnou buněčnou membránu, která omezuje vstup protonů do cytoplazmy. Je to proto, že membrána archaea acidofilů je složena z jiných typů lipidů, než jsou ty, které se nacházejí v bakteriích a eukaryotických buněčných membránách.

V archaea mají fosfolipidy hydrofobní (isopenoidní) oblast a polární oblast tvořenou glycerolovou kostrou a fosfátovou skupinou. V každém případě je spojení způsobeno etherovou vazbou, která vytváří větší odolnost, zejména při vysokých teplotách.

Kromě toho v některých případech archaea nemají dvojvrstvy, ale spíše produkt spojení dvou hydrofobních řetězců, vytvářejí monovrstvu, kde jim jediná molekula dvou polárních skupin dává větší odpor.

Na druhé straně, navzdory skutečnosti, že fosfolipidy, které tvoří membrány bakterií a eukaryot, si zachovávají stejnou strukturu (hydrofobní a polární oblast), jsou vazby typu esteru a tvoří lipidovou dvojvrstvu.

Důležitost

Acidofilní organismy mají v evoluci potenciální význam, protože nízké pH a podmínky bohaté na kovy, ve kterých rostou, se mohly podobat podmořským vulkanickým podmínkám na počátku Země.

Acidofilní organismy by tak mohly představovat prvotní relikvie, z nichž se vyvinul složitější život.

Navíc, protože metabolické procesy by mohly vznikat na povrchu sulfidových minerálů, mohlo by dojít ke strukturování DNA těchto organismů při kyselém pH.

Regulace v acidofilních organismech

Regulace pH je nezbytná pro všechny organismy, z tohoto důvodu musí mít acidofilní intracelulární pH téměř neutrální.

Avšak acidofilní organismy jsou schopny tolerovat gradienty pH o několik řádů ve srovnání s organismy, které rostou pouze při hodnotách pH blízkých neutrálním hodnotám. Příkladem je Thermoplasma acidophilum, který je schopen žít při pH 1,4 při udržování svého vnitřního pH na hodnotě 6,4.

Zajímavé o acidofilních organismech je to, že využívají tohoto gradientu pH k produkci energie prostřednictvím protonové hnací síly.

Příklady acidofilních mikroorganismů

Acidofilní organismy jsou převážně distribuovány v bakteriích a archaea a přispívají k četným biogeochemickým cyklům, které zahrnují cykly železa a síry.

Mezi prvními máme Ferroplasma acidarmanus, což je archa schopná růstu v prostředích s pH blízkým nule. Další prokaryoty jsou Picrophilus oshimae a Picrophilus torridus, které jsou také termofilní a rostou v japonských sopečných kráterech.

Máme také několik acidofilních eukaryot, jako je Cyanidyum caldariuym, který je schopen žít při pH blízkém nule, přičemž vnitřek buňky je udržován na téměř neutrální úrovni.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. a Trichosporon cerebriae, jsou tři eukaryoty z Fungi Kingdom. Jiné stejně zajímavé jsou Picrophilus oshimae a Picrophilus torridus.

Aplikace

Leaching

Důležitou roli acidofilních mikroorganismů spočívá v jejich biotechnologické aplikaci, zejména při extrakci kovů z minerálů, což značně snižuje kontaminanty, které jsou vytvářeny tradičními chemickými metodami (loužení).

Tento proces je zvláště užitečný při těžbě mědi, kde například Thobacillus sulfolobus může působit jako katalyzátor a urychlovat rychlost oxidace síranu měďnatého, který se tvoří během oxidace, což napomáhá solubilizaci kovu.

Potravinářský průmysl

Acidofilní organismy mají enzymy průmyslového zájmu, které jsou zdrojem kyselinově stabilních enzymů s aplikacemi jako lubrikanty.

Kromě toho se v potravinářském průmyslu používá výroba amyláz a glukoamylas pro zpracování škrobu, pekařství, zpracování ovocných šťáv.

Kromě toho se široce používají při výrobě proteáz a celuláz, které se používají jako složky krmiv pro zvířata a při výrobě farmaceutických produktů.

Reference

1. Baker-Austin C, Dopson M. Život v kyselině: pH homeostáza u acidofilů. Trendy Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Extrémní acidofil, oxidující železo, důležité při odvodňování kyselých dolů. Věda. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Některé aplikace jejich produktů pro biotechnologie. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Možná role povrchového náboje v membránové organizaci v acidofilech, indická. Žurnál biochemie a biofyziky. devatenáctset devadesát šest; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraetherem vázané monovrstvy membrány v Ferroplasma spp: klíč k přežití v kyselině. Extremofilové. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokaryotická rozmanitost: Archea. In: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). Brock Mikrobiologie mikroorganismů. Deset vydání. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, str. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Životnost při extrémně nízkém pH. Příroda. devatenáct devadesát pět; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermofily. Transakce biochemické společnosti. 2004; 32: 193-198.