ХАЛОФИЛИ: КЛАСИФИКАЦИЈА, ОСМОЗА, ПРИМЕНЕ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

У халопхилиц организми су категорија микроорганизама, обе прокариоти и еукариота, способан да репродукује и живе у окружењима са високим концентрацијама соли попут морске и хиперсалине безводних подручја. Израз халофили потиче од грчке речи халос и фило, што значи "љубитељ соли".

Организми разврстани у ову категорију такође припадају великој групи екстремофилних организама, јер се размножавају у изузетно сланим стаништима, где већина живих ћелија не би могла да опстане.

Салинас, окружење екстремне сланости где екстремне халофилне ћелије размножавају се. Аутор: Х. Зелл, из Викимедиа Цоммонс.

У ствари, велика већина постојећих ћелија брзо губи воду када је изложена медијуму богатом соли и управо та дехидрација у многим случајевима брзо доводи до смрти.

Способност халофилних организама да могу да живе у овим срединама је последица чињенице да могу уравнотежити свој осмотски притисак у односу на животну средину и одржавати своју изосмотску цитоплазму са ванћелијском околином.

Класификовани су на основу концентрације соли у којој могу да живе у екстремним, умереним, слабим и халотолерантним халофилима.

Неки халофилни представници су зелена алга Дуналиелла салина, рак из рода Артемиа или водена бува, и гљивице Аспергиллус пенициллиоидес и Аспергиллус терреу.

Класификација

Нису сви халофилни организми способни да се размножавају у широком распону концентрација соли. Напротив, разликују се у степену сланости који су у стању да толеришу.

Овај ниво толеранције, који варира између врло специфичних концентрација НаЦл, послужио је да их класификује као екстремне, умерене, слабе и халотолерантне халофиле.

Група екстремних халофила обухвата све оне организме који су способни да настањују околину у којима концентрација НаЦл прелази 20%.

Након њих следе умерени халофили који се размножавају у концентрацији НаЦл између 10 и 20%; и слаби халофили, који то раде у нижим концентрацијама које варирају између 0,5 и 10%.

Коначно, халотолеранти су организми који могу само да подрже ниске концентрације соли.

Осмоза и сланост

Постоји широк спектар прокариотских халофила који су способни да одоле високим концентрацијама НаЦл.

Ова способност да се одупре условима сланости која варирају од ниских, али виших од оних које је способна да толерише већина живих ћелија, до врло екстремних, стечена је захваљујући развоју више стратегија.

Главна или централна стратегија је избегавање последица физичког процеса познатог као осмоза.

Овај феномен се односи на кретање воде кроз полупропусну мембрану, од места са ниском концентрацијом раствора до оне са већом концентрацијом.

Самим тим, ако у ванћелијском окружењу (окружењу у коме се организам развија) ​​постоје концентрације соли веће од оне у његовом цитосолу, она ће изгубити воду споља и дехидрираће до смрти.

У међувремену, да би избегли губитак воде, у цитоплазми похрањују високе концентрације раствора (соли) да би надокнадили ефекте осмотског притиска.

Прилагодљиве стратегије за борбу са сланошћу

Халофилне бактерије. Аутор Маулуциони на основу слика из Цоммонса, са Викимедиа Цоммонс.

Неке од стратегија које ови организми користе су: синтеза ензима који су способни да одржавају своју активност у високим концентрацијама соли, љубичасте мембране које им дозвољавају раст фототрофијом, сензори који регулишу фототактички одговор као што је родопсин, и гасовити везикули који промовишу њихов раст. плутање.

Поред тога, треба напоменути да су окружења у којима ти организми расту прилично променљива, што ствара ризик за њихов опстанак. Због тога они развијају друге стратегије прилагођене овим условима.

Један од фактора који се мења је концентрација раствора која није важна само у хиперсалинским срединама, већ у било ком окружењу где киша или високе температуре могу изазвати исушивање и последично промене осмоларности.

Да би се носили са овим променама, халофилни микроорганизми су развили два механизма који им омогућавају да одржавају хиперосмотску цитоплазму. Један од њих назван "сољу", а други "сољење"

Укључивање механизма

Овај механизам спроводе Арцхеас и Халоанаеробиалес (строга анаеробна умерена халофилна бактерија) и састоји се у повећању унутрашњих концентрација КЦл у својој цитоплазми.

Међутим, висока концентрација соли у цитоплазми довела их је до молекулских адаптација за нормално функционисање интрацелуларних ензима.

Ове адаптације се у основи састоје од синтезе протеина и ензима богатих киселим аминокиселинама и сиромашних хидрофобним аминокиселинама.

Ограничење ове врсте стратегије је да они организми који је спроводе имају слаб капацитет за прилагођавање наглим променама осмоларности, ограничавајући њихов раст на окружења са веома високим концентрацијама физиолошког раствора.

Механизам за испадање

Овај механизам користе и халофилне и нехалофилне бактерије, поред умерених халофилних метаногених аркија.

При томе халофилни микроорганизам врши осмотску равнотежу користећи мале органске молекуле које може да синтетише или узме из медијума.

Ови молекули могу бити полиоли (као што су глицерол и арабинитол), шећери као што су сахароза, трехалоза или глукозил-глицерол или аминокиселине и деривати кватернарних амина као што је глицин-бетаин.

Сви они имају високу растворљивост у води, немају набоја при физиолошком пХ и могу достићи вредности концентрације које омогућују тим микроорганизмима да одржавају осмотску равнотежу са спољним окружењем, а да не утичу на функционисање сопствених ензима.

Поред тога, ови молекули имају способност стабилизације протеина против топлоте, исушивања или смрзавања.

Апликације

Халофилни микроорганизми су веома корисни за добијање молекула у биотехнолошке сврхе.

Ове бактерије не представљају велике потешкоће које се могу гајити због ниских нутритивних потреба у њиховим медијумима. Њихова толеранција према високим концентрацијама соли умањује ризик од контаминације, што их чини повољнијим алтернативним организмима од Е. цоли.

Поред тога, комбинујући производни капацитет и отпорност на екстремне услове сланости, микроорганизми су од великог интереса за извор индустријских производа, како у фармацеутском, козметичком, тако и у биотехнолошком пољу.

Неки примери:

Ензими

Многи се индустријски процеси развијају у екстремним условима, што нуди поље примене ензима које производе екстремофилни микроорганизми, који су способни да делују на екстремним вредностима температуре, пХ или сланости. Тако су описане амилазе и протеазе, које се користе у молекуларној биологији.

Полимери

Слично томе, халофилне бактерије су произвођачи полимера са површински активним и емулгирајућим својствима од великог значаја у нафтној индустрији, јер доприносе екстракцији сирове нафте из подземља.

Компатибилни раствори

Раствори које ове бактерије накупљају у својој цитоплазми имају високу стабилизујућу и заштитну моћ ензима, нуклеинских киселина, мембрана и чак целих ћелија, против замрзавања, исушивања, топлотне денатурације и високе сланости.

Све ово се користи у ензимској технологији, као и у прехрамбеној и козметичкој индустрији за продужење века производа.

Биоразградња отпада

Халофилне бактерије су способне да разграде токсични отпад као што су пестициди, лекови, хербициди, тешки метали и процеси екстракције нафте и гаса.

Фоодс

У области хране учествују у производњи соја соса.

Референце

1. Деннис ПП, Схиммин ЛЦ. Еволуцијска дивергенција и селективност посредована сланошћу у халофилним Археама. Мицробиол Мол Биол Рев. 1997; 61: 90-104.
2. Гонзалез-Хернандез ЈЦ, Пена А. Стратегије прилагођавања халофилних микроорганизама и Дебариомицес хансении (халофилни квас). Латиноамерички часопис за микробиологију. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Орен А. Бионергетски аспекти халофилизма. Мицробиол Мол Биол Рев. 1999; 63: 334-48.
4. Рамирез Н, Сандовал АХ, Серрано ЈА. Халофилне бактерије и њихове биотехнолошке примјене. Рев Соц Вен Мицробиол. 2004; 24: 1-2.
5. Воод ЈМ, Бремер Е, Цсонка ЛН, Крамер Р, Поолман Б, Ван дер Хеиде Т, Смитх ЛТ. Осмосензионирајуће и осморегулаторно компатибилне раствараче накупљају у бактеријама. Цомп Биоцхем Пхисиол. 2001; 130: 437-460.