HALOFILE: KLASSIFISERING, OSMOSE, APPLIKASJONER, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

De halofile organismer er en kategori av mikroorganismer, både prokaryoter og eukaryoter, som er i stand til å reprodusere og leve i miljøer med høye konsentrasjoner av salt som sjøvann og hypersaline tørre områder. Begrepet halofil kommer fra de greske ordene halos og filo, som betyr "elsker av salt."

Organismer klassifisert i denne kategorien tilhører også den store gruppen ekstremofile organismer siden de spredes i ekstremt saltvannsmiljøer, der de fleste levende celler ikke kunne overleve.

Saliner, miljøer med ekstrem saltholdighet der ekstreme halofile celler spredes. Av H. Zell, fra Wikimedia Commons.

Faktisk mister de aller fleste eksisterende celler raskt vann når de blir utsatt for medier rik på salt, og det er denne dehydrering som i mange tilfeller raskt fører til død.

Halofile organismeres evne til å kunne leve i disse miljøene skyldes at de kan balansere sitt osmotiske trykk i forhold til miljøet og opprettholde sin isosmotiske cytoplasma med det ekstracellulære miljøet.

De har blitt klassifisert basert på konsentrasjonen av salt, der de kan leve i ekstreme, moderate, svake og halotolerante halofiler.

Noen representanter for halofile er den grønne algen Dunaliella salina, krepsdyr av slekten Artemia eller vannlopper, og soppene Aspergillus penicillioides og Aspergillus terreu.

Klassifisering

Ikke alle halofile organismer er i stand til å spre seg i et bredt spekter av saltkonsentrasjoner. Tvert imot, de skiller seg i grad av saltholdighet som de er i stand til å tolerere.

Dette toleransenivået, som varierer mellom veldig spesifikke konsentrasjoner av NaCl, har tjent til å klassifisere dem som ekstreme, moderate, svake og halotolerante halofiler.

Gruppen av ekstreme halofiler inkluderer alle organismer som er i stand til å befolke miljøer der NaCl-konsentrasjonen overstiger 20%.

Disse blir fulgt av moderate halofiler som prolifererer ved NaCl-konsentrasjoner mellom 10 og 20%; og svake halofiler, som gjør det i lavere konsentrasjoner som varierer mellom 0,5 og 10%.

Endelig er halotolerantene organismer som bare er i stand til å støtte lave konsentrasjoner av salt.

Osmose og saltholdighet

Det er et bredt utvalg av prokaryote halofiler som er i stand til å motstå høye konsentrasjoner av NaCl.

Denne evnen til å motstå saltholdighetsforhold som varierer fra lave, men høyere enn de som de fleste levende celler er i stand til å tolerere, til veldig ekstreme, er ervervet takket være utviklingen av flere strategier.

Den viktigste eller sentrale strategien er å unngå konsekvensene av en fysisk prosess kjent som osmose.

Dette fenomenet refererer til bevegelse av vann gjennom en halvgjennomtrengelig membran, fra et sted med en lav konsentrasjon av oppløste stoffer til en med en høyere konsentrasjon.

Følgelig, hvis det i det ekstracellulære miljøet (miljø der en organisme utvikler seg) er konsentrasjoner av salt som er høyere enn i cytosol, vil den miste vann utenpå og den vil dehydrere til døden.

I mellomtiden, for å unngå dette tapet av vann, lagrer de høye konsentrasjoner av oppløste stoffer (salter) i deres cytoplasma for å kompensere for effektene av osmotisk trykk.

Adaptive strategier for å takle saltholdighet

Halofile bakterier. Av Maulucioni basert på bilder fra Commons, fra Wikimedia Commons.

Noen av strategiene som brukes av disse organismer er: syntese av enzymer som er i stand til å opprettholde deres aktivitet ved høye saltkonsentrasjoner, lilla membraner som lar dem vokse ved fototrofi, sensorer som regulerer den fototaktiske responsen som rhodopsin og gassformige vesikler som fremmer deres vekst. flotasjon.

I tillegg skal det bemerkes at miljøene der disse organismer vokser er ganske foranderlige, noe som skaper en risiko for deres overlevelse. Derfor utvikler de andre strategier tilpasset disse forholdene.

En av de skiftende faktorene er konsentrasjonen av løsemidler, som ikke bare er viktig i hypersaline miljøer, men i ethvert miljø der regn eller høye temperaturer kan forårsake uttørking og følgelig variasjoner i osmolaritet.

For å takle disse endringene har halofile mikroorganismer utviklet to mekanismer som lar dem opprettholde en hyperosmotisk cytoplasma. Den ene av dem kalte "salt-in" og den andre "salt-out"

Innsettingsmekanisme

Denne mekanismen utføres av Archeas og Haloanaerobiales (strenge anaerobe moderate halofile bakterier) og består i å heve de indre konsentrasjonene av KCl i deres cytoplasma.

Imidlertid har den høye saltkonsentrasjonen i cytoplasmaet ført til at de har gjort molekylære tilpasninger for normal funksjon av intracellulære enzymer.

Disse tilpasningene består i utgangspunktet av syntesen av proteiner og enzymer som er rike på sure aminosyrer og som er dårlige i hydrofobe aminosyrer.

En begrensning for denne typen strategier er at de organismer som utfører den har en dårlig kapasitet til å tilpasse seg plutselige endringer i osmolaritet, og begrenser deres vekst til miljøer med svært høye saltkonsentrasjoner.

Salt-out mekanisme

Denne mekanismen brukes av både halofile og ikke-halofile bakterier, i tillegg til moderat halofil metanogen archaea.

I dette utfører den halofile mikroorganismen den osmotiske balansen ved å bruke små organiske molekyler som kan syntetiseres av den eller tas fra mediet.

Disse molekylene kan være polyoler (slik som glyserol og arabinitol), sukkerarter som sukrose, trehalose eller glukosylglyserol eller aminosyrer og derivater av kvartære aminer som glycin-betain.

Alle av dem har høy løselighet i vann, har ingen ladning ved fysiologisk pH og kan nå konsentrasjonsverdier som gjør at disse mikroorganismer kan opprettholde den osmotiske balansen med det ytre miljø uten å påvirke funksjonen til deres egne enzymer.

I tillegg har disse molekylene evnen til å stabilisere proteiner mot varme, uttørking eller frysing.

applikasjoner

Halofile mikroorganismer er veldig nyttige for å oppnå molekyler til bioteknologiske formål.

Disse bakteriene har ikke store vanskeligheter med å dyrkes på grunn av de lave ernæringskravene i media. Deres toleranse for høye saltkonsentrasjoner minimerer risikoen for forurensning, noe som gjør dem mer fordelaktige alternative organismer enn E. coli.

Ved å kombinere sin produksjonskapasitet med sin motstand mot ekstreme saltholdighetsforhold er mikroorganismer av stor interesse som kilde til industriprodukter, både på det farmasøytiske, kosmetiske og bioteknologiske felt.

Noen eksempler:

enzymer

Mange industrielle prosesser er utviklet under ekstreme forhold, som tilbyr et anvendelsesområde for enzymer produsert av ekstremofile mikroorganismer, og som kan virke ved ekstreme verdier av temperatur, pH eller saltholdighet. Dermed er amylaser og proteaser, brukt i molekylærbiologi, blitt beskrevet.

Polymers

Tilsvarende er halofile bakterier produsenter av polymerer med overflateaktivt middel og emulgerende egenskaper av stor betydning i oljeindustrien fordi de bidrar til utvinning av råolje fra undergrunnen.

Kompatible løsemidler

De løststoffer som disse bakteriene akkumulerer i deres cytoplasma har en høy stabiliserende og beskyttende kraft av enzymer, nukleinsyrer, membraner og til og med hele celler, mot frysing, uttørking, varme denaturering og høy saltholdighet.

Alt dette har blitt brukt i enzymteknologi så vel som i mat- og kosmetikkindustrien for å forlenge levetiden til produktene.

Bionedbrytning av avfall

Halofile bakterier er i stand til å nedbryte giftige avfall som plantevernmidler, farmasøytiske midler, ugressmidler, tungmetaller og olje- og gassekstraksjonsprosesser.

Foods

Innen matvarer deltar de i produksjonen av soyasaus.

referanser

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evolusjonær divergens og saltholdighetsformidlet seleksjon i halofile Archaea. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Tilpasningsstrategier for halofile mikroorganismer og Debaryomyces hansenii (halofil gjær). Latin American Journal of Microbiology. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Bionergetiske aspekter ved halofilisme. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofile bakterier og deres bioteknologiske anvendelser. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Osmosensing og osmoregulatory kompatible oppløste stoffer med bakterier. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.