Психофилни характеристики, видове и примери

на психрофили те са подтип на екстремофилни организми, характеризиращи се с ниски температури, обикновено между -20 ° C и 10 ° C, и като заемат постоянно студени местообитания. Тези организми обикновено са бактерии или археи, но има метазои, като например лишеи, водорасли, гъби, нематоди и дори насекоми и гръбначни животни..

Студената среда доминира в биосферата на Земята и е колонизирана от богати и разнообразни микроорганизми, които играят потенциално критична роля в глобалните биогеохимични цикли..

В допълнение към поддържането на ниски температури, психофилните организми също трябва да бъдат адаптирани към други екстремни условия, като високи налягания, високи концентрации на сол и високо ултравиолетово лъчение..

индекс

• 1 Характеристика на психофилните организми
  • 1.1 Местообитания
  • 1.2 Адаптации
• 2 Видове психофили и примери
  • 2.1 Едноклетъчни организми
  • 2.2 Многоклетъчни организми
  • 2.3 Температура на растеж и психофилни организми
  • 2.4 Methanococcoides burtonii и Methanogenium frigidum в езерото Ace
  • 2.5 Sphingopyxis alaskensis и haloarchaea
• 3 Биотехнологични приложения
• 4 Препратки

Характеристики на психофилните организми

местообитания

Основните местообитания на психофилните организми са:

-Морски полярни среди.

-Banquisa или морски лед.

-Земни полярни среди.

-Езера с голяма надморска височина и ширина.

-Подледникови езера.

-Студени алпийски райони.

-Повърхности на ледника.

-Полярните пустини.

-Дълбоко океан.

адаптации

Психофилите са защитени от замръзване чрез няколко адаптации. Една от тях е гъвкавостта на техните клетъчни мембрани, която те постигат чрез включване на високо съдържание на къси и ненаситени мастни киселини в структурите на техните липидни мембрани..

Ефектът от включването на тези мастни киселини е намаляването на точката на топене, като в същото време се увеличава неговата течливост и нейната устойчивост..

Друга важна адаптация на психофилите е синтеза на антифризни протеини. Тези протеини поддържат телесната вода в течно състояние и защитават ДНК, когато температурата падне под точката на замръзване на водата. Те също така предотвратяват образуването на лед или неговата рекристализация.

Видове психофили и примери

Едноклетъчни организми

Многообразието на едноклетъчни психофили е много голямо, сред тях можем да споменем членовете на повечето бактериални линии: Ацидобактерии, Актинобактерии, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 и Planctomycetes.

Освен това са открити протеобактерии и Verrucomicrobia в арктическия, антарктическия и алпийския криоконити. Те са открити и в Гренландия, Канада, Тибет и Хималаите.

Сред психофилните цианобактерии откриваме Leptolvngbva, Phormidium и Nostoc. Други общи жанрове са едноклетъчни Aphanothece, Chroococcus и Charnaesiphon, и нишковидните Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium и Plectonerna.

Плурицелуларни организми

Сред психофилните насекоми можем да назовем рода Diamesa на Хималаите (Непал), който остава активен до достигане на температура от -16 ° C.

Има и комар (без крила), Белгия Антарктика, 2-6 мм дължина, ендемична за Антарктика. Това е единственото насекомо на континента, а също и единственото животно изключително земно.

Гръбначните животни също могат да бъдат психофилни. Някои примери включват малък брой жаби, костенурки и змия, които използват замразяването на извънклетъчната вода (вода извън клетките) като стратегия за оцеляване, за да предпазят клетките си през зимата..

Антарктическата нематода Panagrolaimus davidi може да оцелее при замръзване на вътреклетъчната вода и впоследствие да се размножава обратно и да се възпроизвежда.

Също така рибите от семейство Channichthyidae, които живеят в студените води на Антарктика и Южна Южна Америка, използват протеини против замръзване, за да предпазят клетките си от пълно замразяване..

Температура на растеж и психофилни организми

Максималната температура (T_макс) на растежа на организма е най-високата, която това може да понесе. Докато оптималната температура (Т_{неучастие}) на растежа е този, в който организмът расте по-бързо.

Като цяло се счита, че всички организми, които оцеляват и се развиват в нискотемпературни среди, са психофилни. Въпреки това, както знаем, терминът псикрофил то трябва да се прилага само за онези организми, чиито Т._макс е 20 ° C (т.е. не могат да оцелеят при по-високи температури).

Микроорганизмите са изолирани от много студени зони, които могат да растат в лабораторни условия при температури над 20 ° C, което показва, че макар и да са адаптирани към ниски температури, те не трябва да се считат за психофилни. Тези микроорганизми се наричат ​​"мезотолеранти", т.е. толерират средните температури.

Methanococcoides burtonii и Methanogenium frigidum в Ейс Лейк

Methanococcoides burtonii е екстремофилна и метаногенна дъга, изолирана от езерото Аце в Антарктика, където температурата варира между 1 и 2 ° С. Въпреки това, в лабораторни изследвания е установено, че неговата Т_{неучастие} на растеж е 23 ° С и Т_макс  е 28 ° C, така че не трябва да се счита за психично.

Methanogenium frigidum то също е метаногенна и халофилна археа (която толерира сол в средата), изолирана от самото езеро и която в лабораторията представя Т_{неучастие}  15 ° С и Т_макс 18 ° C, като е възможно да се класифицира като psicrófilo.

Можеше да се помисли за психофила M. frigidum тя трябва да бъде по-добре адаптирана към ниските температури M. burtonii. обаче, M. burtonii расте по-бързо от M. frigidum при температура от 1 до 2 ° C в езерото Ace.

Тези данни показват, че има и други фактори на околната среда (биотични и абиотични), в допълнение към температурата, които влияят върху растежа на популацията на тези микроорганизми в естествената им среда..

Оцеляването на организма в дадена среда зависи от комбинацията от множество фактори на околната среда, а не от ефекта само на един. От друга страна, всеки микроорганизъм има специфични изисквания (различни от температурата), които също засягат неговото изпълнение.

В случай на M. burtonii и M. frigidum, известно е, че всеки използва различни въглеродни и енергийни източници: M. burtonii използва метилирани субстрати докато M. frigidum използвайте H₂: CO₂ за вашия растеж. Езерото Асе е наситено с метан, което благоприятства растежа на M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis и халоархеи

Sphingopyxis alaskensis е бактерия, изолирана от морските води на северното полукълбо, където преобладават температури от 4 - 10 ° C. От друга страна, халоархеите, които са археи, обитаващи води, наситени със сол, растат при -20 ° С..

Въпреки високите популации в естествените им местообитания, нито един от тези микроорганизми не може да се култивира в лабораторията на по-малко от 4 ° C.

поред, S. alaskensis има T_макс 45 ° С и халоархеите могат да растат при температури над 30 ° С, така че те не могат да се считат за психофилни. Въпреки това, техните популации са добре адаптирани и са много изобилни в изключително студени райони.

От горното можем да предположим, че има и други ограничаващи фактори на околната среда, които влияят на оцеляването на тези организми в техните естествени местообитания, а температурата не е най-важният фактор.

Биотехнологични приложения

Ензимите на психофилните организми се характеризират с висока активност при ниски и умерени температури. В допълнение, тези ензими имат лоша термична стабилност.

За тези характеристики, ензимите на психофилните организми са много привлекателни за прилагане в различни процеси в хранително-вкусовата промишленост, медицината, молекулярната биология, във фармацевтичната промишленост и др..

препратки

1. Cavicchioli, R. (2015). За понятието за психофил. The ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. и Deming, J.W. (2008). Ролята на екзополимерите в микробната адаптация към морския лед. В: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. и Gerday, C. reds) Психофили: от биоразнообразието до биотехнологията. Springer-Verlag, Берлин, Германия. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Ново студено-толерантно насекомо, намерено в хималайски ледник. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (редактор). (2017). Психофили: от биоразнообразие до биотехнология. Второ издание. Springer Verlag, Хайделберг, Германия. стр. 685.
5. Miteva, V. (2008). Бактерии в сняг и лед. В: Margesin, R. и Schirmer, F. (eds) Психофили: от биоразнообразието до биотехнологията. Springer Verlag, Heidelberg, Germany, pp. 31-50.
6. Price, P. B. (2000). Местообитание за психофили в дълбок антарктически лед. Известия на Националната академия на науките на Съединените американски щати 97, 1247-1251.