Psychophile

Der Psychophile Sie sind ein Subtyp extremophiler Organismen, der durch die Unterstützung niedriger Temperatur. Diese Organismen sind normalerweise Bakterien oder Bögen; Es gibt jedoch Metazoaries wie Flechten, Algen, Pilze, Nematoden und sogar Insekten und Wirbeltiere.

Kaltumgebungen dominieren die Biosphäre der Erde und werden durch reichlich vorhandene und verschiedene Mikroorganismen besiedelt, die eine potenziell entscheidende Rolle in globalen biogeochemischen Zyklen spielen.

Lizenz Xanthoria elegans Ein gut bekanntes Psychrophil, das bei Temperaturen von -24 ° C photosynthetisieren kann. Foto aufgenommen in Alberta, Kanada. Quelle: Jason Hollinger, Wikimedia Commons

Neben der Unterstützung niedriger Temperaturen müssen psychophile Organismen auch an andere extreme Bedingungen angepasst werden, wie z.

Merkmale von psychophilen Organismen

Lebensräume

Die Hauptlebensräume psychrophiler Organismen sind:

-Marine polare Umgebungen.

-Bank oder Meereis.

-Terrestrische polare Umgebungen.

-Lagos von großer Höhe und Breite.

-Subglaziale Seen.

-Kalte alpine Regionen.

-Gletscheroberflächen.

-Polar -Wüsten.

-Tiefer Ozean.

Anpassungen

Psychophile sind vor mehreren Anpassungen vor dem Einfrieren geschützt. Einer von ihnen ist die Flexibilität ihrer Zellmembranen, die sie erreichen, einschließlich eines hohen Gehalts von kurzen und ungesättigten Fettsäuren in den Strukturen ihrer Lipidmembranen.

Die Wirkung des Einbaus dieser Fettsäuren ist die Abnahme des Schmelzpunkts und erhöht gleichzeitig ihre Fluidität und Resistenz.

Eine weitere wichtige Anpassung von Psychophilen besteht aus der Synthese von Frostschutzproteinen. Diese Proteine ​​halten das Körperwasser in einem flüssigen Zustand auf und schützen DNA, wenn die Temperaturen unter dem Einfrierpunkt des Wassers abfließen. Sie verhindern auch Eisbildung oder Rekristallisation.

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Arten von Psychrophilen und Beispielen

Einzeller

Die Vielfalt der einzelligen Psychophilen ist sehr groß. Unter diesen können wir Mitglieder der meisten bakteriellen Linien erwähnen: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroides, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonades, Op10 und Planthomycetes.

Darüber hinaus Proteobakterien und Verängomicrobie. Sie wurden auch in Grönland, Kanada, Tibet und dem Himalaya festgestellt.

Unter psychrophilen Cyanobakterien finden wir Leptolle, Phormidium und Nostoc. Andere häufige Genres sind einzellig Aphanothece, Chroococcus Und Charnaesiphon, und das Filament Schwingung, Mikrokolus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium Und Plektonerna.

Mehrzellige Organismen

Unter den psychrophilen Insekten können wir das Genre nennen Diamesa des Himalaya (Nepal), der bis zum Erreichen einer Temperatur von -16 ° C aktiv bleibt.

Es gibt auch den Mog Otter (ohne Flügel), Antarktis Belgien, 2-6 mm lang, endemisch in die Antarktis. Dies ist das einzige Insekt auf dem Kontinent und auch das einzige ausschließlich terrestrische Tier.

Wirbeltiere können auch psychrophil sein. Einige Beispiele sind eine kleine Anzahl von Fröschen, Schildkröten und eine Schlange, die das Einfrieren von extrazellulärem Wasser (Wasser außerhalb der Zellen) als Überlebensstrategie zum Schutz ihrer Zellen im Winter verwendet.

Der antarktische Nematode Davidi Panagroimus Kann das Einfrieren von intrazellulärem Wasser überleben und dann wieder wachsen und sich reproduzieren.

Auch die Fische der Familie Channichthyidae -die in den kalten Gewässern der Antarktis und des südlichen Südamerikas leben.

Wachstumstemperaturen und psychrophile Organismen

Die maximale Temperatur (t_Max) eines Organismuswachstums ist das höchste, was dies tolerieren kann. Während die optimale Temperatur (t_Opt) Wachstum ist eines, bei dem der Organismus schneller wächst.

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Es wird allgemein angenommen, dass alle Organismen, die bei niedrigen Temperaturen überleben und sich entwickeln. Wie wir jedoch wissen, der Begriff Psychophil Es sollte nur auf jene Organismen angewendet werden, deren t_Max ist 20 ° C (dh sie können höhere Temperaturen nicht überleben).

Mikroorganismen aus sehr kalten Gebieten wurden isoliert, was bei Temperaturen von mehr als 20 ° C unter Laborbedingungen wachsen kann, was darauf hinweist. Diese Mikroorganismen werden als "Mesotoleranten" bezeichnet, dh sie tolerieren mittlere Temperaturen.

Methanococcoides Burtonii Und Methanogenium frigidum Im Lake Ace

Methanococcoides Burtonii Es handelt sich. In Laborstudien wurde jedoch festgestellt, dass sein t_Opt Wachstum beträgt 23 ° C und t_Max  Es ist 28 ° C, daher sollte es nicht als psychrophil angesehen werden.

Methanogenium frigidum Es ist auch eine Metanogena und Halophil_Opt  15 ° C und a t_Max 18 ° C, um es als Psychrophyl zu klassifizieren.

Es könnte angenommen werden, dass das Psychrophilen M. Kalte Es sollte besser an niedrige Temperaturen angepasst werden, die M. Burtonii. Jedoch, M. Burtonii wächst schneller als M. Kalte Bei Temperaturen von 1 bis 2 ° C am See Ass.

Diese Daten zeigen, dass es andere Umwelt (biotische und abiotische Faktoren) gibt, zusätzlich zur Temperatur das Bevölkerungswachstum dieser Mikroorganismen in ihrem natürlichen Lebensraum.

Das Überleben eines Organismus in einer bestimmten Umgebung hängt von der Kombination mehrerer Umweltfaktoren und nicht von nur einer Auswirkung von einem ab. Andererseits hat jeder Mikroorganismus spezifische Anforderungen (unterschiedlich von der Temperatur), die sich auch auf ihre Leistung auswirken.

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Im Fall von M. Burtonii Und M. Kalte, Es ist bekannt, dass jeder unterschiedliche Kohlenstoff- und Energiequellen verwendet: M. Burtonii Verwenden Sie während methylierter Substrate M. Kalte Verwenden Sie h₂: Co₂ Für sein Wachstum. Lake Ace ist mit Methan gesättigt, was das Wachstum von begünstigt M. Burtonii.

Spichopyxis Alasensis und Haloarchaea

Spichopyxis Alasensis Es handelt. Auf der anderen Seite, Haloarchaeas, die Bögen sind, die sehr gesättigte Salzgewässer bewohnen, wachsen bei -20 ° C Temperatur.

Trotz der Präsentation hoher Populationen in ihren natürlichen Lebensräumen wurde keines dieser Mikroorganismen im Labor bei weniger als 4 ° C kultiviert.

Gleichzeitig, S. Alasensis Es hat ein t_Max 45 ° C und Haloarchaea können bei Temperaturen von mehr als 30 ° C wachsen, sodass sie nicht als Psychrophile angesehen werden konnten. Ihre Bevölkerungsgruppen sind jedoch gut angepasst und in extrem kalten Bereichen sehr reichlich vorhanden.

Aus dem obigen Annehmen können wir annehmen, dass es andere einschränkende Umweltfaktoren gibt, die das Überleben dieser Organismen in ihren natürlichen Lebensräumen beeinflussen, und die Temperatur des größten Gewichts ist nicht die Temperatur.

Biotechnologische Anwendungen

Die Enzyme von psychophilen Organismen sind durch hohe Aktivität bei niedrigen und mittelschweren Temperaturen gekennzeichnet. Darüber hinaus haben diese Enzyme eine schlechte thermische Stabilität.

Aufgrund dieser Eigenschaften sind unter anderem die Enzyme psychrophiler Organismen sehr attraktiv, um in verschiedenen Prozessen der Lebensmittel, Medizin und molekularen Biologie angewendet zu werden.

Verweise

1. Über das Konzept eines Psychrophilen. Das ISME Journal, 10 (4), 793-795. Doi: 10.1038/ismej.2015.160
2. Psychrophile: Von der biologischen Vielfalt zur Biotechnologie. Zweite Ausgabe. Springer Verlag, Heidelberg, Deutschland. pp. 685.