PSYCHROFILY: CHARAKTERISTIKA, TYPY A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Psychrofilní sú podtyp extremophiles vyznačujú nízkou odolávať teplotám, zvyčajne medzi -20 ° C a 10 ° C, a trvalo zaberajú studené stanovište. Tieto organizmy sú zvyčajne baktérie alebo archaea, existujú však metazoány, ako sú lišajníky, riasy, huby, nematódy a dokonca aj hmyz a stavovce.

Chladné prostredie ovláda biosféru Zeme a je kolonizované bohatými a rozmanitými mikroorganizmami, ktoré hrajú potenciálne kritickú úlohu v globálnych biogeochemických cykloch.

Lichen Xanthoria elegans je známy psychrofil, ktorý dokáže fotosyntetizovať pri teplotách až -24 ° C. Fotografia urobená v kanadskom Alberte. Zdroj: Jason Hollinger prostredníctvom https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

Okrem odolnosti voči nízkym teplotám sa musia psychrofilné organizmy prispôsobiť aj iným extrémnym podmienkam, ako sú vysoké tlaky, vysoké koncentrácie solí a vysoké ultrafialové žiarenie.

Charakteristika psychrofilných organizmov

stanovíšť

Hlavné biotopy psychofilných organizmov sú:

-Polárne morské prostredie.

-Bank alebo morský ľad.

-Polárne pozemské prostredie.

- Jazerá vysokej nadmorskej výšky a šírky.

- Podhorské jazerá.

- Chladné vysokohorské regióny.

- Povrchy ľadovcov.

-Polárne púšte.

- Hlboký oceán.

prípravky

Psychrofily sú chránené pred zamrznutím rôznymi úpravami. Jednou z nich je flexibilita ich bunkových membrán, ktorú dosahujú zahrnutím vysokého obsahu krátkych a nenasýtených mastných kyselín do štruktúr svojich lipidových membrán.

Účinkom inkorporácie týchto mastných kyselín je zníženie teploty topenia a súčasne zvýšenie tekutosti a odolnosti.

Ďalšou dôležitou adaptáciou psychrofilov je syntéza nemrznúcich proteínov. Tieto proteíny udržiavajú telesnú vodu v tekutom stave a chránia DNA, keď teploty klesnú pod bod mrazu vody. Zabraňujú tiež tvorbe ľadu alebo rekryštalizácii.

Druhy psychrofilov a príklady

Jednobunkové organizmy

Rozmanitosť jednobunkových psychrofilov je veľmi veľká, medzi nimi môžeme uviesť členov väčšiny bakteriálnych línií: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 a Planctomycetes.

Okrem toho sa v arktických, antarktických a alpínskych kryokoniónoch našli proteobaktérie a verrukomikrobie. Boli odhalení aj v Grónsku, Kanade, Tibete a Himalájach.

Medzi psychrofilnými cyanobaktériami nájdeme Leptolvngbva, Phormidium a Nostoc. Ďalšími bežnými rodmi sú jednobunkový apanotéka, Chrookok a Charnaesiphon a vláknitá oscilátor, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium a Plectonerna.

Viacbunkové organizmy

Medzi psychrofilný hmyz môžeme zaradiť rod Diamesa z Himalájí (Nepál), ktorý zostáva aktívny, kým nedosiahne teplotu -16 ° C.

Nachádza sa tiež komár bez krídla, Belgica Antarktída, dlhá 2–6 mm, endemická k Antarktíde. Je to jediný hmyz na kontinente a tiež jediné výhradne suchozemské zviera.

Obrázok 2. Apterický komár Belgica antarctica, endemický hmyz Antarktídy. Zdroj: Tasteofcrayons, z Wikimedia Commons

Zvieratá na stavovcoch môžu byť tiež psychrofily. Niektoré príklady zahŕňajú malý počet žabiek, korytnačiek a hadík, ktorí používajú extracelulárne zamrznutie vody (voda mimo buniek) ako stratégiu prežitia na ochranu svojich buniek počas zimy.

Antarktická nematóda Panagrolaimus davidi môže prežiť zmrazenie intracelulárnej vody a následne znova dorásť a rozmnožovať sa.

Ryby z čeľade Channichthyidae, ktoré žijú v studených vodách Antarktídy a južnej Južnej Ameriky, používajú protimrazové bielkoviny na ochranu svojich buniek pred úplným zamrznutím.

Rastové teploty a psychrofilné organizmy

Maximálna teplota rastu ( _Tmax ) organizmu je najvyššia, ktorú dokáže tolerovať. Zatiaľ čo optimálna teplota (T _opt ) pre rast je teplota, pri ktorej organizmus rastie rýchlejšie.

Všetky organizmy, ktoré prežívajú a prosperujú v prostredí s nízkou teplotou, sa všeobecne považujú za psychrofily. Ako však vieme, výraz psychrofil by sa mal uplatňovať iba na tie organizmy, ktorých _Tmax je 20 ° C (to znamená, že nemôžu prežiť pri vyšších teplotách).

Mikroorganizmy boli izolované z veľmi chladných oblastí, ktoré môžu rásť v laboratórnych podmienkach pri teplotách nad 20 ° C, čo naznačuje, že hoci sú prispôsobené nízkym teplotám, nemali by sa považovať za psychrofily. Tieto mikroorganizmy sa nazývajú "mezotolerantné", to znamená, že tolerujú stredné teploty.

Metanocococoides burtonii

Sphingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensis je baktéria izolovaná z morských vôd severnej pologule, kde prevažujú teploty 4 - 10 ° C. Na druhej strane, haloarchaeas, ktoré sú archaea, ktoré obývajú vody vysoko nasýtené soľou, rastú pri teplote -20 ° C.

Napriek vysokej populácii v ich prirodzených biotopoch sa žiadny z týchto mikroorganizmov nemohol v laboratóriu pestovať pri teplote nižšej ako 4 ° C.

Na druhej strane má S. alaskensis _Tmax 45 ° C a haloarchaea môže rásť pri teplotách nad 30 ° C, takže ich nemožno považovať za psychrofilných. Ich populácia je však dobre prispôsobená a je veľmi hojná v mimoriadne chladných oblastiach.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že existujú ďalšie obmedzujúce environmentálne faktory, ktoré ovplyvňujú prežitie týchto organizmov v ich prirodzených biotopoch, a teplota nie je faktorom s najväčšou hmotnosťou.

Biotechnologické aplikácie

Enzýmy psychrofilných organizmov sa vyznačujú vysokou aktivitou pri nízkych a stredných teplotách. Okrem toho majú tieto enzýmy zlú tepelnú stabilitu.

Vďaka týmto vlastnostiam sú enzýmy psychrofilných organizmov veľmi atraktívne na použitie okrem iného v rôznych procesoch v potravinárskom priemysle, medicíne, molekulárnej biológii, vo farmaceutickom priemysle.

Referencie

1. Cavicchioli, R. (2015). K pojmu psychrofil. The ISME Journal, 10 (4), 793 - 795. doi: 10,1038 / izmej.2015.160
2. Krembs, C. a Deming, JW (2008). Úloha exopolymérov v mikrobiálnej adaptácii na morský ľad. In: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. a Gerday, C. reds) Psychrofily: od biodiverzity po biotechnológiu. Springer-Verlag, Berlín, Nemecko, s. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). V himalájskom ľadovci nájdený nový hmyz tolerujúci chlad. Náture, 310 (5974), 225-227. doi: 10,1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (editor). (2017). Psychrofily: od biodiverzity po biotechnológiu. Druhé vydanie. Springer Verlag, Heidelberg, Nemecko. pp. 685.
5. Miteva, V. (2008). Baktérie v snehu a ľade. In: Margesin, R. a Schirmer, F. (eds) Psychrofily: od biodiverzity po biotechnológiu. Springer Verlag, Heidelberg, Nemecko, s. 31-50.
6. Price, PB (2000). Miesto pre psychrofilov v hlbokom antarktickom ľade. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických 97, 1247-1251.