- Charakteristika psychrofilních organismů
- Stanoviště
- Přizpůsobení
- Druhy psychrofilů a příklady
- Jednobuněčné organismy
- Vícebuněčné organismy
- Růstové teploty a psychrofilní organismy
- Methanococcoides burtonii
- Sphingopyxis alaskensis
- Biotechnologické aplikace
- Reference
Psychrofilní jsou podtyp extremophiles vyznačují nízkou odolávat teplotám, obvykle mezi -20 ° C a 10 ° C, a trvale zabírají studené stanoviště. Tyto organismy jsou obvykle bakterie nebo archaea, existují však metazoany, jako jsou lišejníky, řasy, houby, hlístice a dokonce i hmyz a obratlovci.
Chladná prostředí dominují v biosféře Země a jsou kolonizovány hojnými a rozmanitými mikroorganismy, které hrají potenciálně kritickou roli v globálních biogeochemických cyklech.
Lichen Xanthoria elegans je známý psychrofil, který dokáže fotosyntetizovat při teplotách až -24 ° C. Fotografie pořízená v Albertě v Kanadě. Zdroj: Jason Hollinger prostřednictvím
Kromě vydržení nízkých teplot musí být psychrofilní organismy také přizpůsobeny jiným extrémním podmínkám, jako jsou vysoké tlaky, vysoké koncentrace solí a vysoké ultrafialové záření.
Charakteristika psychrofilních organismů
Stanoviště
Hlavními stanovišti psychofilních organismů jsou:
-Polární mořské prostředí.
-Bank nebo mořský led.
-Polární pozemní prostředí.
- Jezera vysoké nadmořské výšky a šířky.
-Subglaciální jezera.
- Chladné alpské oblasti.
- Povrchy ledovců.
-Polární pouště.
-Hluboký oceán.
Přizpůsobení
Psychrofily jsou chráněny před mrazem různými úpravami. Jednou z nich je flexibilita jejich buněčných membrán, čehož dosáhnou zahrnutím vysokého obsahu krátkých a nenasycených mastných kyselin do struktur svých lipidových membrán.
Účinek inkorporace těchto mastných kyselin spočívá ve snížení teploty tání a zvýšení jeho tekutosti a odolnosti.
Další důležitou adaptací psychrofilů je syntéza nemrznoucích proteinů. Tyto proteiny udržují tělesnou vodu v tekutém stavu a chrání DNA, když teploty klesnou pod bod mrazu vody. Rovněž zabraňují tvorbě ledu nebo rekrystalizaci.
Druhy psychrofilů a příklady
Jednobuněčné organismy
Rozmanitost jednobuněčných psychrofilů je velmi velká, mezi nimiž můžeme zmínit členy většiny bakteriálních linií: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 a Planctomycetes.
Kromě toho byly v arktických, antarktických a alpských kryokonzách detekovány proteobakterie a verrucomikrobie. Byli také odhaleni v Grónsku, Kanadě, Tibetu a Himalájích.
Mezi psychrofilní cyanobakterie najdeme Leptolvngbva, Phormidium a Nostoc. Jiné běžné rody jsou jednobuněčný Aphanothece, Chroococcus a Charnaesiphon a vláknitý oscilátor, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium a Plectonerna.
Vícebuněčné organismy
Mezi psychrofilní hmyz můžeme jmenovat rod Diamesa z Himalájí (Nepál), který zůstává aktivní, dokud nedosáhne teploty -16 ° C.
Nalezen je také bezkřídlý komár Belgica Antarktida, dlouhý 2–6 mm, endemický k Antarktidě. To je jediný hmyz na kontinentu a také jediné výhradně suchozemské zvíře.
Obrázek 2. Apterický komár Belgica antarctica, endemický hmyz Antarktidy. Zdroj: Tasteofcrayons, z Wikimedia Commons
Zvířata obratlovců mohou být také psychrofily. Některé příklady zahrnují malé množství žab, želv a hadů, kteří používají zmrazení extracelulární vody (vody mimo buňky) jako strategii přežití k ochraně svých buněk v zimě.
Antarktická hlístice Panagrolaimus davidi může přežít zmrazení intracelulární vody a následně znovu růst a reprodukovat.
Také ryby čeledi Channichthyidae, které žijí ve studených vodách Antarktidy a jižní Jižní Ameriky, používají nemrznoucí proteiny k ochraně svých buněk před úplným zamrznutím.
Růstové teploty a psychrofilní organismy
Maximální růstová teplota (Tmax) organismu je nejvyšší, kterou může tolerovat. Zatímco optimální teplota (T opt) pro růst je ta, ve které organismus roste rychleji.
Všechny organismy, které přežívají a prosperují v prostředí s nízkou teplotou, se obecně považují za psychrofily. Jak však víme, pojem psychrofilní by se měl vztahovat pouze na ty organismy, jejichž Tmax je 20 ° C (tj. Nemohou přežít při vyšších teplotách).
Mikroorganismy byly izolovány z velmi chladných oblastí, které mohou růst v laboratorních podmínkách při teplotách nad 20 ° C, což naznačuje, že ačkoli jsou přizpůsobeny nízkým teplotám, neměly by být považovány za psychrofily. Tyto mikroorganismy se nazývají "mezotolerantní", to znamená, že tolerují střední teploty.
Methanococcoides burtonii
Sphingopyxis alaskensis
Sphingopyxis alaskensis je bakterie izolovaná z mořských vod severní polokoule, kde převládají teploty 4 - 10 ° C. Na druhé straně haloarchaeas, což jsou archaea, které obývají vody vysoce nasycené solí, rostou při teplotě -20 ° C.
Navzdory vysoké populaci v jejich přirozeném prostředí nemohl být žádný z těchto mikroorganismů kultivován v laboratoři při teplotě nižší než 4 ° C.
Na druhé straně má S. alaskensis Tmax 45 ° C a haloarchaea může růst při teplotách nad 30 ° C, takže je nelze považovat za psychrofilní. Jejich populace jsou však dobře přizpůsobené a jsou velmi hojné v extrémně chladných oblastech.
Z výše uvedeného můžeme předpokládat, že existují další omezující faktory prostředí, které ovlivňují přežití těchto organismů v jejich přirozeném prostředí, a teplota není faktorem s největší hmotností.
Biotechnologické aplikace
Enzymy psychrofilních organismů se vyznačují vysokou aktivitou při nízkých a středních teplotách. Kromě toho mají tyto enzymy špatnou tepelnou stabilitu.
Vzhledem k těmto vlastnostem jsou enzymy psychrofilních organismů velmi atraktivní pro použití v různých procesech v potravinářském průmyslu, medicíně, molekulární biologii, ve farmaceutickém průmyslu, mimo jiné.
Reference
- Cavicchioli, R. (2015). K pojetí psychrofilu. The ISME Journal, 10 (4), 793–795. doi: 10,1038 / ismej.2015.160
- Krembs, C. a Deming, JW (2008). Role exopolymerů v mikrobiální adaptaci na mořský led. In: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. a Gerday, C. reds) Psychrofily: od biologické rozmanitosti po biotechnologii. Springer-Verlag, Berlín, Německo, pp. 247-264.
- Kohshima, S. (1984). V himalájském ledovci byl nalezen nový hmyz tolerující chlad. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10,1038 / 310225a0
- Margesin, R. (editor). (2017). Psychrofily: od biologické rozmanitosti po biotechnologii. Druhé vydání. Springer Verlag, Heidelberg, Německo. str. 685.
- Miteva, V. (2008). Bakterie ve sněhu a ledu. In: Margesin, R. and Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: od Biodiversity to Biotechnology. Springer Verlag, Heidelberg, Německo, pp. 31-50.
- Price, PB (2000). Místo pro psychrofily v hlubokém antarktickém ledu. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických 97, 1247-1251.