ACIDOPHILES: KJENNETEGN, EKSEMPLER PÅ MIKROORGANISMER, APPLIKASJONER - BIOLOGI - 2026

Acidofile organismer er en type mikroorganisme (prokaryotisk eller eukaryotisk) som er i stand til å reprodusere og leve i miljøer hvis pH-verdier er mindre enn 3. Faktisk kommer uttrykket acidophilus fra det greske og betyr "syreelsker".

Disse miljøene kan komme fra vulkanske aktiviteter med frigjøring av svovelholdige gasser eller en blanding av metalloksider fra jerngruver. I tillegg kan de være et produkt av aktiviteten eller metabolismen til organismene selv, noe som forsurer deres eget miljø for å overleve.

Det sure vannet i Rio Tinto fungerer som et habitat for et stort utvalg av syrefile mikroorganismer som gir den sin karakteristiske farge. Av Antonio de Mijas, Spania, fra Wikimedia Commons.

Organismer klassifisert i denne kategorien tilhører også den store gruppen ekstremofile organismer, siden de vokser i miljøer med pH er veldig sure. Der de fleste celler ikke klarer å overleve.

I tillegg er det viktig å fremheve at denne gruppen av organismer er av stor betydning fra økologisk og økonomisk synsvinkel.

Generelle egenskaper

Konkurranse, predasjon, gjensidighet og synergi

De fleste acidofile organismer vokser og lever i nærvær av oksygen. Imidlertid er det bevis på acidophilus som kan utvikle seg både i fravær og i nærvær av oksygen.

I tillegg etablerer disse organismer forskjellige typer interaksjoner med andre organismer som konkurranse, predasjon, gjensidighet og synergi. Et eksempel er blandede kulturer av acidophilus som gir en høyere vekst og effektivitet i oksidasjon av svovelmineraler enn de enkelte kulturer.

Halsbrann, et problem å løse

Acidophiles ser ut til å dele særegne strukturelle og funksjonelle egenskaper som lar dem nøytralisere surhet. Disse inkluderer svært ugjennomtrengelige cellemembraner, høy intern reguleringsevne og unike transportsystemer.

Fordi acidofiler lever i et miljø hvor konsentrasjonen av protoner er høy, har de utviklet pumpesystemer som er ansvarlige for å utvise protoner til utsiden. Denne strategien oppnår at det indre av bakteriene har en pH veldig nær nøytral.

Acidofile organismer har utviklet et system med protonpumper som lar dem pumpe protoner utover og holde intracellulær pH ​​nær nøytral. Av PhilMacD, fra Wikimedia Commons.

I miner med høyt innhold av svovelsyre er det imidlertid funnet mikroorganismer uten cellevegg, noe som indikerer at selv uten denne beskyttelsen blir de utsatt for høye konsentrasjoner av protoner.

På den annen side, på grunn av de ekstreme forholdene som disse typer mikroorganismer utsettes for, må de garantere at alle proteinene deres er funksjonelle og ikke denaturert.

For dette har de syntetiserte proteinene høy molekylvekt, slik at det er et større antall bindinger mellom aminosyrene som utgjør dem. På denne måten blir det vanskeligere for brudd på bindingene å oppstå og større stabilitet gis til proteinstrukturen.

Høy membran impermeabilitet

Når protonene har kommet inn i cytoplasmaet, trenger acidofile organismer å implementere metoder som lar dem lindre effekten av redusert indre pH.

For å opprettholde pH har acidofiler en impermeabel cellemembran som begrenser inntreden av protoner i cytoplasmaet. Dette skyldes det faktum at membranen til archaea acidophiles er sammensatt av andre typer lipider enn de som finnes i bakterier og eukaryote cellemembraner.

I archaea har fosfolipider et hydrofobt (isopenoid) område og et polært område som består av glyserolryggben og fosfatgruppen. Uansett skyldes forbindelsen en eterbinding, som genererer større motstand, spesielt ved høye temperaturer.

I tillegg har archaea i noen tilfeller ikke dobbeltlag, men snarere produktet av foreningen av to hydrofobe kjeder, de danner et monolag der det eneste molekylet i to polare grupper gir dem større motstand.

Til tross for at fosfolipidene som utgjør membranene til bakterier og eukaryoter, beholder den samme strukturen (et hydrofobt og et polært område), er bindingene estertype og danner et lipid-dobbeltlag.

Viktigheten av

Acidofile organismer er av potensiell betydning i evolusjonen fordi de lave pH-ene og de metallrike forholdene de vokser i, kan ha vært lik de undersjøiske vulkanske forholdene på tidlig jord.

Dermed kunne acidofile organismer representere urbefolkningsrester som mer komplekst liv utviklet seg fra.

Fordi de metabolske prosessene kunne ha oppstått på overflaten av sulfidmineralene, kunne DNA-struktureringen av disse organismene dessuten ha funnet sted ved sur pH.

Regulering i acidofile organismer

Regulering av pH er essensiell for alle organismer, av denne grunn trenger acidofiler å ha en intracellulær pH ​​nær nøytral.

Acidofile organismer er imidlertid i stand til å tolerere pH-gradienter av flere størrelsesordener, sammenlignet med organismer som bare vokser ved pH-er nær nøytral. Et eksempel er Thermoplasma acidophilum som er i stand til å leve ved pH 1,4 mens den indre pH holder 6,4.

Det interessante med acidofile organismer er at de drar nytte av denne pH-gradienten for å produsere energi gjennom en protonmotivkraft.

Eksempler på acidofile mikroorganismer

Acidofile organismer er hovedsakelig distribuert i bakterier og archaea og bidrar til en rekke biogeokjemiske sykluser, som inkluderer jern- og svovelsyklusene.

Blant de første har vi Ferroplasma acidarmanus, som er en archa som kan vokse i miljøer med en pH nær null. Andre prokaryoter er Picrophilus oshimae og Picrophilus torridus, som også er termofile og vokser i japanske vulkankrater.

Vi har også noen acidofile eukaryoter som Cyanidyum caldariuym, som er i stand til å leve ved en pH nær null, og holder det indre av cellen på et nesten nøytralt nivå.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. og Trichosporon cerebriae, er tre eukaryoter fra Fungi Kingdom. Andre like interessante er Picrophilus oshimae og Picrophilus torridus.

applikasjoner

utvasking

En viktig rolle av acidofile mikroorganismer involverer deres bioteknologiske anvendelse, spesielt i utvinning av metaller fra mineraler, noe som reduserer forurensningene som genereres ved tradisjonelle kjemiske metoder (utvasking) betraktelig.

Denne prosessen er spesielt nyttig i kobberbrytning, hvor for eksempel Thobacillus sulfolobus kan fungere som en katalysator og akselerere oksydasjonshastigheten av kobbersulfat som dannes under oksydasjon, og hjelper solubiliseringen av metallet.

Mat industri

Acidofile organismer har enzymer av industriell interesse, og er en kilde til syrestabile enzymer med anvendelser som smøremidler.

I næringsmiddelindustrien brukes i tillegg produksjonen av amylaser og glucoamylaser for bearbeiding av stivelse, bakeri, behandling av fruktjuicer.

I tillegg er de mye brukt i produksjon av proteaser og cellulaser som brukes som dyrefôrkomponenter og til fremstilling av farmasøytiske produkter.

referanser

1. Baker-Austin C, Dopson M. Liv i syre: pH-homeostase i acidofile. Trender Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. En Arqueal jernoksiderende ekstrem acidophile viktig i syre mine drenering. Vitenskap. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Noen anvendelser av produktene deres for bioteknologi. Om mikrobiologi og molekylærbiologi. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Den mulige rollen til overflateladning i membranorganisasjonen i en acidophile, indisk. Journal of Biochemistry and Biophysics. nitten nittiseks; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraeterbundne membranmonolag i Ferroplasma spp: en nøkkel til overlevelse i syre. Extremophiles. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokaryotic Diversity: Archea. I: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). Brock mikrobiologi av mikroorganismer. Ti utgave. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, s. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Liv ved ekstremt lav pH. Natur. nitten nitti fem; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Biokjemiske samfunnstransaksjoner. 2004; 32: 193-198.