Psychofielen

De Psychofielen Ze zijn een subtype van extremofiele organismen die worden gekenmerkt door het ondersteunen van lage temperaturen, meestal tussen -20 ° C en 10 ° C, en door permanent koude habitats te bezetten. Deze organismen zijn meestal bacteriën of bogen; Er zijn echter metazoaries zoals korstmossen, algen, schimmels, nematoden en zelfs insecten en gewervelde dieren.

Koude omgevingen domineren de biosfeer van de aarde en worden gekoloniseerd door overvloedige en verschillende micro -organismen die een potentieel cruciale rol spelen in de wereldwijde biogeochemische cycli.

Licen Xanthoria elegans een goed bekende psychrofiel die fotosynthet kan zijn bij temperaturen zo laag als -24 ° C. Foto genomen in Alberta, Canada. Bron: Jason Hollinger, Wikimedia Commons

Naast het ondersteunen van lage temperaturen, moeten psychofiele organismen ook worden aangepast aan andere extreme omstandigheden, zoals hoge drukken, hoge zouten van zouten en hoge ultraviolette straling.

Kenmerken van psychofiele organismen

Habitats

De belangrijkste habitats van psychrofiele organismen zijn:

-Polaire mariene omgevingen.

-Bench of zeeijs.

-Terrestrische poolomgevingen.

-Lagos van grote hoogte en breedtegraad.

-Subglaciale meren.

-Koude alpengebieden.

-Gletsjeroppervlakken.

-Polaire woestijnen.

-Diepe oceaan.

Aanpassingen

Psychofielen worden beschermd tegen bevriezen door verschillende aanpassingen. Een van hen is de flexibiliteit van hun celmembranen, die ze bereiken, inclusief een hoog gehalte aan korte en onverzadigde vetzuren in de structuren van hun lipidemembranen.

Het effect van de opname van deze vetzuren is de afname van het smeltpunt, terwijl hun vloeibaarheid en weerstand wordt verhoogd.

Een andere belangrijke aanpassing van psychofielen bestaat uit de synthese van antivrieseiwitten. Deze eiwitten houden lichaamswater in vloeibare toestand en beschermen DNA wanneer de temperaturen dalen onder het bevriezingspunt van het water. Ze voorkomen ook ijsvorming of herkristallisatie.

Kan u van dienst zijn: didinium

Soorten psychrofielen en voorbeelden

Eencellige organismen

De diversiteit van eencellige psychofielen is erg groot, onder deze kunnen we leden van de meeste bacteriële lijnen noemen: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroides, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetetes, OP10 en Planthomycetes.

Bovendien, proteobacteriën en verruchomicrobia. Ze zijn ook gedetecteerd in Groenland, Canada, Tibet en de Himalaya.

Onder psychrofiele cyanobacteriën vinden we Leptolle, Phormidium en nostoc. Andere veel voorkomende genres zijn eencellig Aphanothece, Chroococcus En Charnaesiphon, en de gloeidraad Oscillerend, Microkoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium En Plectonera.

Meercellige organismen

Onder de psychrofiele insecten kunnen we het genre noemen Diamesa van de Himalaya (Nepal), die actief blijft tot het bereiken van een temperatuur van -16 ° C.

Er is ook de mogelijke mogelijkheid (zonder vleugels), Antarctica België, 2-6 mm lang, endemisch voor Antarctica. Dit is het enige insect op het continent en ook het enige exclusief terrestrische dier.

Gewervelde dieren kunnen ook psychrofiel zijn. Enkele voorbeelden zijn een klein aantal kikkers, schildpadden en een slang die het bevriezen van extracellulair water (water buiten de cellen) gebruikt als een overlevingsstrategie om hun cellen in de winter te beschermen.

De Antarctische nematode Davidi Panagroimus kan het bevriezen van intracellulair water overleven en dan weer groeien en zich voortplanten.

Ook de vissen van de familie Channichthyidae -die in het koude water van Antarctica en Zuid -Zuid -Amerika leven -gebruik antivries -eiwitten om hun cellen te beschermen tegen complete bevriezing.

Groeitemperaturen en psychrofiele organismen

De maximale temperatuur (t_Maximaal) van een groei van een organisme is het hoogste dat dit kan verdragen. Terwijl de optimale temperatuur (t_Opteren) Groei is er een waarin het organisme sneller groeit.

Kan u van dienst zijn: Aspergillus fumigatus

Algemeen wordt aangenomen dat alle organismen die overleven en zich ontwikkelen bij lage temperaturen psychofiel zijn. Zoals we weten, de term echter Psychofiel Het moet alleen worden toegepast op die organismen waarvan T_Maximaal is 20 ° C (dat wil zeggen dat ze geen hogere temperaturen kunnen overleven).

Micro -organismen uit zeer koude gebieden zijn geïsoleerd, die kunnen groeien in laboratoriumomstandigheden bij temperaturen van meer dan 20 ° C, wat aangeeft dat hoewel ze zijn aangepast aan lage temperaturen, ze niet als psychrofielen moeten worden beschouwd. Deze micro -organismen worden "mesotoleranten" genoemd, dat wil zeggen dat ze gemiddelde temperaturen verdragen.

Methanococcoides Burtonii En Methanogenium frigidum In Lake Ace

Methanococcoides Burtonii Het is een extremofiele en metanogene bogen geïsoleerd uit het aasmeer in Antarctica, waar de temperatuur varieert tussen 1 en 2 ° C. In laboratoriumstudies werd echter gevonden dat het T_Opteren Groei is 23 ° C en T_Maximaal  Het is 28 ° C, dus het moet niet als psychrofiel worden beschouwd.

Methanogenium frigidum Het is ook een metanogena en halofil_Opteren  15 ° C en a t_Maximaal 18 ° C, mogelijk om het te classificeren als een psychrofyl.

Het kan worden overwogen dat de psychrofiel M. Frigidum Het zou beter moeten worden aangepast aan lage temperaturen M. Burtonii. Echter, M. Burtonii groeit sneller dan M. Frigidum Bij temperaturen van 1 tot 2 ° C bij Lake Ace.

Deze gegevens geven aan dat er andere omgevings- (biotische en abiotische factoren) zijn, naast temperatuur, die de populatiegroei van deze micro -organismen in hun natuurlijke habitat beïnvloeden.

Het overleven van een organisme in een bepaalde omgeving hangt af van de combinatie van meerdere omgevingsfactoren en niet van het effect van slechts één. Aan de andere kant heeft elk micro -organisme specifieke vereisten (verschillend van temperatuur), die ook hun prestaties beïnvloeden.

Kan u van dienst zijn: lactobacillus bulgaricus

In het geval van M. Burtonii En M. Frigidum, Het is bekend dat iedereen verschillende koolstof- en energiebronnen gebruikt: M. Burtonii Gebruik gemethyleerde substraten, terwijl M. Frigidum Gebruik h₂:CO₂ Voor zijn groei. Lake Ace is verzadigd met methaan, dat de groei van M. Burtonii.

Spichopyxis alaskensis en haloarchaea

Spichopyxis alaskensis Het is een geïsoleerde bacterie van mariene wateren van het noordelijk halfrond, waar 4 - 10 ° C temperaturen prevaleren. Aan de andere kant groeien haloarchaeas, die bogen die zeer verzadigde zoutwateren bewonen, bij -20 ° C temperatuur.

Ondanks het presenteren van hoge populaties in hun natuurlijke habitats, is geen van deze micro -organismen in het laboratorium gekweekt bij minder dan 4 ° C.

Tegelijkertijd, S. Alaskensis Het heeft een t_Maximaal 45 ° C en haloarchaea kunnen groeien bij temperaturen van meer dan 30 ° C, zodat ze niet als psychrofielen konden worden beschouwd. Hun populaties zijn echter goed aangepast en zijn zeer overvloedig in extreem koude gebieden.

Uit het bovenstaande kunnen we aannemen dat er andere beperkende omgevingsfactoren zijn die de overleving van deze organismen in hun natuurlijke habitats beïnvloeden, en de temperatuur van het grootste gewicht is niet de temperatuur.

Biotechnologische toepassingen

De enzymen van psychofiele organismen worden gekenmerkt door hoge activiteit bij lage en matige temperaturen. Bovendien hebben deze enzymen een slechte thermische stabiliteit.

Vanwege deze kenmerken zijn de enzymen van psychrofiele organismen zeer aantrekkelijk om te worden toegepast in verschillende voedselprocessen, geneeskunde, moleculaire biologie, onder andere in de farmaceutische industrie.

Referenties

1. Over het concept van een psychrofiel. The Isme Journal, 10 (4), 793-795. Doi: 10.1038/ismej.2015.160
2. Psychrofielen: van biodiversiteit tot biotechnologie. Tweede druk. Springer Verlag, Heidelberg, Duitsland. PP. 685.