Psykofila egenskaper, typer och exempel



den psykrotrof de är en subtyp av extremofila organismer som kännetecknas av låga temperaturer, vanligtvis mellan -20 ° C och 10 ° C och genom upptagande av permanent kalla livsmiljöer. Dessa organismer är vanligtvis bakterier eller archaea, men det finns metazoaner som lavar, alger, svampar, nematoder och till och med insekter och ryggradsdjur..

Kallmiljöer dominerar jordens biosfär och koloniseras av rikliga och olika mikroorganismer som spelar en potentiellt viktig roll i globala biogeokemiska cykler.

Förutom att stödja låga temperaturer måste även psykofila organismer anpassas till andra extrema förhållanden, såsom höga tryck, höga saltkoncentrationer och hög ultraviolett strålning..

index

  • 1 Egenskaper hos psykofila organismer
    • 1.1 livsmiljöer
    • 1.2 Anpassningar
  • 2 Typer av psykofiler och exempel
    • 2.1 Encelliga organismer
    • 2.2 Pluricellulära organismer
    • 2.3 Tillväxtstemperaturer och psykofila organismer
    • 2.4 Methanococcoides burtonii och Methanogenium frigidum i sjön Ace
    • 2,5 Sphingopyxis alaskensis och haloarchaea
  • 3 Biotekniska tillämpningar
  • 4 referenser

Karakteristik av psykofila organismer

habitat

De viktigaste livsmiljöerna hos psykofila organismer är:

-Marin polära miljöer.

-Banquisa eller havsis.

-Terrestrial polära miljöer.

-Sjöar med hög höjd och latitud.

-Subglacial sjöar.

-Kalla alpina regioner.

-Glaciärytor.

-Polära öknar.

-Djuphav.

anpassningar

Psykrofiler skyddas från frysning genom olika anpassningar. En av dem är flexibiliteten hos deras cellmembran, vilka de uppnår genom att inkludera ett högt innehåll av korta och omättade fettsyror i strukturerna av deras lipidmembran.

Effekten av införlivandet av dessa fettsyror är minskningen av smältpunkten, ökar samtidigt sin fluiditet och dess motståndskraft.

En annan viktig anpassning av psykrofiler är syntesen av frostskyddsproteiner. Dessa proteiner håller kroppsvatten i flytande tillstånd och skyddar DNA när temperaturer faller under fryspunkten för vatten. De förhindrar också isbildning eller dess omkristallisering.

Typer av psykofiler och exempel

Unicellulära organismer

Mångfalden av encelliga psykrotrof är mycket stor, mellan dessa medlemmar kan citera de flesta bakteriella härstamningar: Acidobacterias, Actinobacterias, Bacteroidetes, Cloroflexi, cyanobakterier Firmicutes, gemmatimonadetes, OP10 och planctomycetes.

Dessutom har Proteobacteria och Verrucomicrobia detekterats i arktiska, antarktiska och alpina kryokoniter. De har också upptäckts i Grönland, Kanada, Tibet och Himalaya.

Bland de psykofila cyanobakterierna finner vi Leptolvngbva, Phormidium och Nostoc. Andra vanliga genrer är unicellulära Aphanothece, Chroococcus och Charnaesiphon, och filamentösa Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium och Plectonerna.

Pluricellulära organismer

Bland psykofila insekter kan vi namnge släktet diamesa av Himalaya (Nepal), som förblir aktiv tills den når en temperatur på -16 ° C.

Det finns också apterous mygga (utan vingar), Belgien Antarktis, 2-6 mm lång, endemisk mot Antarktis. Detta är den enda insekten på kontinenten och också det enda djuret som är uteslutande markbundet.

Ryggradsdjur kan också vara psykrofila. Exempel innefattar ett litet antal grodor, sköldpaddor och en orm som använder frysning av den extracellulära vatten (utanför celler) som en överlevnadsstrategi för att skydda dess celler under vintern.

Antarctic nematoden Panagrolaimus davidi kan överleva frysning av intracellulärt vatten och därefter växa tillbaka och reproducera.

Även fisk av familjen isfiskar som lever i det kalla vattnet i Antarktis och södra Sydamerika, använder antifrysproteiner för att skydda dina celler mot fullständig frysning.

Tillväxt temperaturer och psykofila organismer

Den maximala temperaturen (Tmax) av tillväxt av en organism är det högsta som detta kan tolerera. Medan den optimala temperaturen (Topt) av tillväxt är en där organismen växer snabbare.

Det anses allmänt att alla organismer som överlever och utvecklas i lågtemperaturmiljöer är psykrofila. Men som vi vet är termen psykrotrof Det bör endast tillämpas på de organismer vars Tmax är 20 ° C (det vill säga de kan inte överleva vid högre temperaturer).

Mikroorganismer har isolerats från mycket kalla områden, som kan växa i laboratorieförhållanden vid temperaturer över 20 ° C, vilket visar att även om de är anpassade till de låga temperaturer, inte bör betraktas psykrofilt. Dessa mikroorganismer kallas "mesotolerantes", det vill säga tolererar de genomsnittliga temperaturer.

Methanococcoides burtonii och Methanogenium frigidum i Ace Lake

Methanococcoides burtonii är en extremofil och metanogen båge isolerad från Ace Lake i Antarktis, där temperaturen ligger mellan 1 och 2 ° C. I laboratoriestudier fann man dock att hans Topt av tillväxt är 23 ° C och Tmax  är 28 ° C, så det bör inte betraktas som psykofilt.

Methanogenium frigidum det är också en metanogen och halofil arkea (som tolererar salt i mitten), isolerad från själva Ace-sjön och som i laboratoriet presenterar en Topt  av 15 ° C och en Tmax av 18 ° C, vilket är möjligt att klassificera det som psicrófilo.

Psychrofilen kunde övervägas M. frigidum Det borde vara bättre anpassat till de låga temperaturerna som M. burtonii. emellertid, M. burtonii växer snabbare än M. frigidum vid temperaturer av 1 till 2 ° C i sjön Ace.

Dessa data indikerar att det finns andra miljöfaktorer (biotiska och abiotiska), förutom temperaturen, som påverkar befolkningstillväxten hos dessa mikroorganismer i deras naturliga livsmiljö..

En organisms överlevnad i en given miljö beror på kombinationen av flera miljöfaktorer och inte på effekten av bara en. Å andra sidan har varje mikroorganism särskilda krav (skiljer sig från temperatur), vilket också påverkar dess prestanda.

I fallet med M. burtonii och M. frigidum, det är känt att var och en använder olika kol- och energikällor: M. burtonii använder metylerade substrat under M. frigidum använd H2: CO2 för din tillväxt. Lake Ace är mättad med metan, vilket gynnar tillväxten av M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis och haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis är en bakterie isolerad från havsvattnet på norra halvklotet, där temperaturer på 4 - 10 ° C råder. Å andra sidan växer haloarchaeas, som är archaea med vatten som är mättade med salt, vid -20 ° C..

Trots att de har höga populationer i sina naturliga livsmiljöer, kunde ingen av dessa mikroorganismer odlas i laboratoriet vid mindre än 4 ° C.

i sin tur, S. alaskensis har en Tmax 45 ° C och haloarchaea kan växa vid temperaturer över 30 ° C, så att de inte kunde anses vara psykofila. Men deras befolkningar är väl anpassade och är mycket rikliga i extremt kalla områden.

Från ovanstående kan vi anta att det finns andra begränsande miljöfaktorer som påverkar överlevnaden av dessa organismer i deras naturliga livsmiljöer och temperaturen är inte den viktigaste faktorn.

Biotekniska tillämpningar

Enzymer av psykofila organismer präglas av hög aktivitet vid låga och måttliga temperaturer. Dessutom har dessa enzymer dålig termisk stabilitet.

För dessa egenskaper, enzymer av psykrofila organismer är mycket attraktiva för användning i olika processer inom livsmedelsindustrin, medicin, molekylärbiologi, inom läkemedelsindustrin, bland annat.

referenser

  1. Cavicchioli, R. (2015). På begreppet psykofil. ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10,1038 / ismej.2015.160
  2. Krembs, C. och Deming, J.W. (2008). Exopolymers roll i mikrobiell anpassning till havsis. I: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. och Gerday, C. reds) Psykrofiler: från biologisk mångfald till bioteknik. Springer-Verlag, Berlin, Tyskland, s. 247-264.
  3. Kohshima, S. (1984). En ny, kalltolerant insekt som finns i en Himalayan-glaciär. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10,1038 / 310225a0
  4. Margesin, R. (redaktör). (2017). Psykrofiler: från biologisk mångfald till bioteknik. Andra upplagan. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland. pp. 685.
  5. Miteva, V. (2008). Bakterier i snö och is. I: Margesin, R. och Schirmer, F. (eds) Psykrofiler: från biologisk mångfald till bioteknik. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland, s. 31-50.
  6. Price, P. B. (2000). En habitat för psykofiler i djup Antarktisis. Förhandlingar av National Academy of Sciences of America 97, 1247-1251.