ACIDOFILY: VLASTNOSTI, PRÍKLADY MIKROORGANIZMOV, APLIKÁCIE - BIOLÓGIE - 2024

Acidofilné organizmy sú typom mikroorganizmov (prokaryotický alebo eukaryotický), ktorý sa dokáže množiť a žije v prostrediach, ktorých hodnoty pH sú nižšie ako 3. V skutočnosti pojem acidophilus pochádza z gréčtiny a znamená „milovník kyseliny“.

Tieto prostredia môžu pochádzať z vulkanických aktivít s uvoľňovaním sírových plynov alebo zo zmesi oxidov kovov z železných baní. Okrem toho môžu byť produktom aktivity alebo metabolizmu samotných organizmov, ktoré okysľujú svoje vlastné prostredie, aby prežili.

Kyslé vody Rio Tinto slúžia ako biotop pre veľké množstvo kyslých mikroorganizmov, ktoré mu dodávajú charakteristickú farbu. Autor: Antonio de Mijas, Španielsko, z Wikimedia Commons.

Organizmy zaradené do tejto kategórie tiež patria do veľkej skupiny extremofilných organizmov, pretože rastú v prostrediach, ktorých pH je veľmi kyslé. Tam, kde väčšina buniek nedokáže prežiť.

Ďalej je dôležité zdôrazniť, že táto skupina organizmov má z ekologického a ekonomického hľadiska veľký význam.

Všeobecné charakteristiky

Konkurencia, predátorstvo, vzájomnosť a synergia

Väčšina acidofilných organizmov rastie a žije v prítomnosti kyslíka. Existujú však dôkazy o acidofilite, ktoré sa môžu vyvíjať tak v neprítomnosti, ako aj v prítomnosti kyslíka.

Tieto organizmy naviac vytvárajú rôzne typy interakcií s inými organizmami, ako sú konkurencia, predácia, vzájomný vzťah a synergia. Príkladom sú zmiešané kultúry acidofilu, ktoré vykazujú vyšší rast a účinnosť pri oxidácii minerálov síry ako jednotlivé kultúry.

Pálenie záhy, problém na vyriešenie

Zdá sa, že acidofily majú charakteristické štrukturálne a funkčné vlastnosti, ktoré im umožňujú neutralizovať kyslosť. Patria sem vysoko nepriepustné bunkové membrány, vysoká vnútorná regulačná kapacita a jedinečné dopravné systémy.

Vzhľadom na to, že acidofily žijú v prostredí s vysokou koncentráciou protónov, vyvinuli systémy čerpadiel zodpovedných za vytlačenie protónov von. Touto stratégiou sa dosiahne to, že vnútro baktérií má pH veľmi blízko neutrálnym hodnotám.

Acidofilné organizmy vyvinuli systém protónových púmp, ktorý im umožňuje pumpovať protóny smerom von a udržiavať intracelulárne pH blízko neutrálnych. Autor: PhilMacD, z Wikimedia Commons.

Avšak v baniach s vysokým obsahom kyseliny sírovej sa našli mikroorganizmy bez bunkovej steny, čo naznačuje, že aj bez tejto ochrany sú vystavené vysokým koncentráciám protónov.

Na druhej strane, kvôli extrémnym podmienkam, ktorým sú tieto typy mikroorganizmov vystavené, musia zaručiť, že všetky ich proteíny sú funkčné a nie denaturované.

Syntetizované proteíny majú preto vysokú molekulovú hmotnosť, takže medzi aminokyselinami, ktoré ich tvoria, existuje väčší počet väzieb. Týmto spôsobom sa stáva prelomenie väzieb ťažšie a proteínovej štruktúre sa získa väčšia stabilita.

Vysoká nepriepustnosť membrány

Keď protóny vstúpia do cytoplazmy, acidofilné organizmy musia implementovať metódy, ktoré im umožnia zmierniť účinky zníženého vnútorného pH.

Na udržanie pH majú acidofily nepriepustnú bunkovú membránu, ktorá obmedzuje vstup protónov do cytoplazmy. Je to spôsobené skutočnosťou, že membrána archaea acidofilov je zložená z iných typov lipidov, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú v baktériách a eukaryotických bunkových membránach.

V archaea majú fosfolipidy hydrofóbnu (izopenoidnú) oblasť a polárnu oblasť tvorenú glycerolovým základným reťazcom a fosfátovou skupinou. V každom prípade je spojenie spôsobené éterovou väzbou, ktorá vytvára väčšiu odolnosť, najmä pri vysokých teplotách.

Okrem toho v niektorých prípadoch archaea nemá dvojvrstvy, ale skôr produkt spojenia dvoch hydrofóbnych reťazcov, vytvárajú monovrstvu, kde jediná molekula dvoch polárnych skupín im dáva väčšiu odolnosť.

Na druhej strane, napriek tomu, že fosfolipidy, ktoré tvoria membrány baktérií a eukaryoty, si zachovávajú rovnakú štruktúru (hydrofóbna a polárna oblasť), väzby sú typu esteru a tvoria lipidovú dvojvrstvu.

Dôležitosť

Acidofilné organizmy majú v evolúcii potenciálny význam, pretože podmienky s nízkym pH a bohatými na kovy, v ktorých rastú, sa mohli podobať podmorským vulkanickým podmienkam na začiatku Zeme.

Kysléofilné organizmy by tak mohli predstavovať prvotné pozostatky, z ktorých sa vyvinul zložitejší život.

Okrem toho, pretože metabolické procesy mohli vznikať na povrchu sulfidových minerálov, mohla sa štruktúra DNA týchto organizmov uskutočniť pri kyslom pH.

Regulácia v acidofilných organizmoch

Regulácia pH je nevyhnutná pre všetky organizmy, z tohto dôvodu musia mať acidofilné látky intracelulárne pH takmer neutrálne.

Avšak acidofilné organizmy sú schopné tolerovať gradienty pH niekoľko rádov v porovnaní s organizmami, ktoré rastú iba pri pH blízkom neutrálnej hodnote. Príkladom je Thermoplasma acidophilum, ktorý je schopný žiť pri pH 1,4 pri udržiavaní svojho vnútorného pH na hodnote 6,4.

Zaujímavé na acidofilných organizmoch je to, že využívajú tento gradient pH na výrobu energie prostredníctvom protónovej hnacej sily.

Príklady acidofilných mikroorganizmov

Acidofilné organizmy sú prevažne distribuované v baktériách a archaeach a prispievajú k početným biogeochemickým cyklom, medzi ktoré patria cykly železa a síry.

Medzi prvé máme Ferroplasma acidarmanus, čo je archa schopná rásť v prostrediach s pH blízko nuly. Ďalšími prokaryotmi sú Picrophilus oshimae a Picrophilus torridus, ktoré sú tiež termofilné a rastú v japonských sopečných kráteroch.

Máme tiež niektoré acidofilné eukaryoty, ako je napríklad Cyanidyum caldariuym, ktorý je schopný žiť pri pH blízkom nule, čo udržuje vnútro bunky na takmer neutrálnej úrovni.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. a Trichosporon cerebriae, sú tri eukaryoty z Fungi Kingdom. Iné rovnako zaujímavé sú Picrophilus oshimae a Picrophilus torridus.

aplikácia

vyplavovanie

Dôležitú úlohu acidofilných mikroorganizmov spočíva v ich biotechnologickom použití, najmä pri extrakcii kovov z minerálov, ktoré značne redukujú znečisťujúce látky, ktoré vznikajú tradičnými chemickými metódami (vylúhovanie).

Tento proces je zvlášť užitočný pri ťažbe medi, kde napríklad Thobacillus sulfolobus môže pôsobiť ako katalyzátor a urýchľovať rýchlosť oxidácie síranu meďnatého, ktorý sa tvorí počas oxidácie, čo pomáha pri solubilizácii kovu.

Potravinársky priemysel

Acidofilné organizmy majú enzýmy priemyselného významu, ktoré sú zdrojom enzýmov stabilných v kyselinách s aplikáciami ako mazivá.

Okrem toho sa v potravinárskom priemysle výroba amyláz a glukoamyláz používa na spracovanie škrobu, pekárstvo, spracovanie ovocných štiav.

Okrem toho sa široko používajú pri výrobe proteáz a celuláz, ktoré sa používajú ako zložky krmiva pre zvieratá a pri výrobe farmaceutických výrobkov.

Referencie

1. Baker-Austin C, Dopson M. Život v kyseline: homeostáza pH v acidofiloch. Trendy Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring ™, Banfield JF. Extrémne kysličník oxidujúci železo, dôležitý pri odtoku z kyslých baní. Science. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Niektoré aplikácie ich výrobkov pre biotechnológiu. Recenzie mikrobiológie a molekulárnej biológie. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Možná úloha povrchového náboja v organizácii membrán v acidofilnom, indickom. Žurnál biochémie a biofyziky. devätnásť deväťdesiat šesť; 33: 398 - 402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraéterom spojené membránové monovrstvy v Ferroplasma spp: kľúč k prežitiu v kyseline. Extremophiles. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokaryotická diverzita: Archea. In: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). Brock Mikrobiológia mikroorganizmov. Desať vydanie. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, str. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Život pri extrémne nízkom pH. Nature. devätnásť deväťdesiat päť; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Transakcie biochemickej spoločnosti. 2004; 32: 193-198.