АЦИДОФИЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИМЕРИ ЗА МИКРООРГАНИЗМИ, ПРИЛОЖЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Ацидофилните организми са вид микроорганизъм (прокариотичен или еукариотичен), способен да се възпроизвежда и живее в среда, чиито стойности на рН са по-ниски от 3. Всъщност терминът ацидофилус идва от гръцки и означава „любител на киселината“.

Тези среди могат да произхождат от вулканични дейности с отделяне на серни газове или смес от метални оксиди от железни мини. В допълнение, те могат да бъдат продукт на активността или метаболизма на самите организми, които подкисляват собствената им среда, за да оцелеят.

Киселите води на Рио Тинто служат за местообитание на голямо разнообразие от киселиннофилни микроорганизми, които му придават характерния цвят. От Антонио де Михас, Испания, от Wikimedia Commons.

Организмите, класифицирани в тази категория, също принадлежат към голямата група екстремофилни организми, тъй като те растат в среда, чието рН е много кисело. Там, където повечето клетки не са в състояние да оцелеят.

Освен това е важно да се подчертае, че тази група организми са от голямо значение от екологична и икономическа гледна точка.

Основни характеристики

Конкуренция, хищничество, взаимност и синергия

Повечето ацидофилни организми растат и живеят в присъствието на кислород. Има обаче данни за ацидофилус, който може да се развие както при липса, така и при наличие на кислород.

Освен това тези организми установяват различни видове взаимодействия с други организми като конкуренция, хищничество, взаимност и синергия. Пример са смесените култури от ацидофилус, които имат по-висок растеж и ефективност при окисляване на серни минерали в сравнение с отделните култури.

Киселини, проблем за решаване

Изглежда, че ацидофилите споделят отличителни структурни и функционални характеристики, които им позволяват да неутрализират киселинността. Те включват силно непроницаеми клетъчни мембрани, висок вътрешен регулаторен капацитет и уникални транспортни системи.

Тъй като ацидофилите живеят в среда, където концентрацията на протони е висока, те са разработили помпени системи, отговорни за изхвърлянето на протоните навън. Тази стратегия постига, че вътрешността на бактерията има рН много близко до неутрално.

Ацидофилните организми са разработили система от протонови помпи, която им позволява да изпомпват протони навън и поддържат вътреклетъчното pH близо до неутрално. От PhilMacD, от Wikimedia Commons.

Въпреки това, в мини с високо съдържание на сярна киселина са открити микроорганизми без клетъчна стена, което показва, че дори и без тази защита те са подложени на високи концентрации на протони.

От друга страна, поради екстремните условия, на които са подложени тези видове микроорганизми, те трябва да гарантират, че всичките им протеини са функционални и не се денатурират.

За това синтезираните протеини са с високо молекулно тегло, така че има по-голям брой връзки между аминокиселините, които ги съставят. По този начин става по-трудно разрушаването на връзките и се осигурява по-голяма стабилност на протеиновата структура.

Висока непроницаемост на мембраната

След като протоните навлизат в цитоплазмата, ацидофилните организми трябва да прилагат методи, които им позволяват да облекчат ефектите на понижено вътрешно pH.

За да подпомогнат поддържането на pH, ацидофилите имат непромокаема клетъчна мембрана, която ограничава влизането на протони в цитоплазмата. Това е така, защото мембраната на археа ацидофилите е съставена от други видове липиди, отколкото тези, които се намират в бактериите и еукариотните клетъчни мембрани.

В археите фосфолипидите имат хидрофобна (изопеноидна) област и полярна област, съставена от глицероловата основа и фосфатната група. Във всеки случай съединението се дължи на етерна връзка, която генерира по-голяма устойчивост, особено при високи температури.

Освен това в някои случаи археите нямат двуслойни, а по-скоро продукт на обединението на две хидрофобни вериги, те образуват монослой, където единствената молекула от две полярни групи им осигурява по-голяма устойчивост.

От друга страна, въпреки факта, че фосфолипидите, които съставляват мембраните на бактериите и еукариотите, запазват същата структура (хидрофобна и полярна област), връзките са от естерен тип и образуват липиден двуслоен слой.

Значение на

Ацидофилните организми имат потенциално значение за еволюцията, тъй като ниското рН и богатите на метали условия, в които те растат, може да са били подобни на подводните вулканични условия в ранна земя.

По този начин ацидофилните организми биха могли да представляват първични реликви, от които се е развил по-сложен живот.

Освен това, тъй като метаболитните процеси биха могли да възникнат на повърхността на сулфидните минерали, вероятно ДНК структурирането на тези организми би могло да се осъществи при киселинно pH.

Регулация в ацидофилни организми

Регулацията на pH е от съществено значение за всички организми, поради тази причина ацидофилите трябва да имат вътреклетъчно pH, близко до неутрално.

Въпреки това, ацидофилните организми са в състояние да понасят градиенти на рН с няколко порядъка в сравнение с организмите, които растат само при pH, близки до неутрални. Пример за това е Thermoplasma acidophilum, който е в състояние да живее при pH 1,4, като същевременно поддържа вътрешното си pH на 6,4.

Интересното при ацидофилните организми е, че те се възползват от този градиент на pH, за да произвеждат енергия чрез протонната движеща сила.

Примери за ацидофилни микроорганизми

Ацидофилните организми са разпространени предимно в бактерии и археи и допринасят за многобройните биогеохимични цикли, които включват железния и серен цикъл.

Сред първите имаме Ferroplasma acidarmanus, който е арха, способна да расте в среда с pH, близко до нула. Други прокариоти са Picrophilus oshimae и Picrophilus torridus, които също са термофилни и растат в японските вулканични кратери.

Имаме и някои ацидофилни еукариоти като Cyanidyum caldariuym, който е в състояние да живее с pH, близко до нула, поддържайки вътрешността на клетката на почти неутрално ниво.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. и Trichosporon cerebriae, са три еукариота от гъбичното царство. Други също толкова интересни са Picrophilus oshimae и Picrophilus torridus.

Приложения

излужване

Важна роля на ацидофилните микроорганизми включва тяхното биотехнологично приложение, по-специално в извличането на метали от минерали, което значително намалява замърсителите, които се генерират чрез традиционните химични методи (излугване).

Този процес е особено полезен при добив на мед, където например Thobacillus sulfolobus може да действа като катализатор и да ускори скоростта на окисляване на медния сулфат, който се образува по време на окисляването, като спомага за разтварянето на метала.

Хранително-вкусовата промишленост

Ацидофилните организми имат ензими от индустриален интерес, като са източник на киселинно-устойчиви ензими с приложения като лубриканти.

Освен това в хранително-вкусовата промишленост производството на амилази и глюкоамилази се използва за преработка на нишесте, хлебопекарната, преработката на плодови сокове.

В допълнение, те се използват широко в производството на протеази и целулази, които се използват като компоненти за хранене на животни и при производството на фармацевтични продукти.

Препратки

1. Baker-Austin C, Dopson M. Живот в киселина: pH хомеостаза в ацидофили. Тенденции Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Екстремен ацидофил, окисляващ желязо, важен за отводняването на киселинни мини. Science. 2000; 287: 1796-1799.
3. Хорикоши К. Алкалифили: Някои приложения на техните продукти за биотехнологии. Прегледи за микробиология и молекулярна биология. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Възможната роля на повърхностния заряд в мембранната организация в ацидофил, индийски. Списание за биохимия и биофизика. деветнадесет деветдесет и шест; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Тетраетер-свързани мембранни монослоеве в Ferroplasma spp: ключ към оцеляването в киселината. Екстремофили. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokaryotic Diversity: Archea. В: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). Брок Микробиология на микроорганизмите. Десет издание. Ed. Pearson-Prentice Hall, Мадрид, стр. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Живот при изключително ниско pH. Nature. деветнадесет деветдесет и пет; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Сделки с биохимично общество. 2004; 32: 193-198.