ACIDOFILER: EGENSKAPER, EXEMPEL PÅ MIKROORGANISMER, APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

Acidofila organismer är en typ av mikroorganism (prokaryot eller eukaryot) som kan reproducera och leva i miljöer med pH-värden mindre än 3. I själva verket kommer termen acidophilus från det grekiska och betyder "syravän".

Dessa miljöer kan komma från vulkanisk verksamhet med frisläppande av svavelhaltiga gaser eller en blandning av metalloxider från järngruvor. Dessutom kan de vara en produkt av aktiviteten eller metabolismen hos organismerna själva, vilket försurar sin egen miljö för att överleva.

Rio Tintos sura vatten fungerar som ett livsmiljö för en stor mängd syrafiliska mikroorganismer som ger den sin karakteristiska färg. Av Antonio de Mijas, Spanien, från Wikimedia Commons.

Organismer som klassificeras inom denna kategori tillhör också den stora gruppen extremmofila organismer, eftersom de växer i miljöer vars pH är mycket surt. Där de flesta celler inte kan överleva.

Dessutom är det viktigt att lyfta fram att denna grupp organismer är av stor betydelse ur ekologisk och ekonomisk synvinkel.

Generella egenskaper

Konkurrens, predation, ömsesidighet och synergi

De flesta acidofila organismer växer och lever i närvaro av syre. Det finns emellertid bevis på acidophilus som kan utvecklas både i frånvaro och i närvaro av syre.

Dessutom etablerar dessa organismer olika typer av interaktioner med andra organismer som konkurrens, predation, ömsesidighet och synergi. Ett exempel är de blandade kulturerna av acidophilus som uppvisar en högre tillväxt och effektivitet i oxidationen av svavelmineraler än de enskilda kulturerna.

Halsbränna, ett problem att lösa

Acidofiler verkar ha distinkta strukturella och funktionella egenskaper som gör att de kan neutralisera surhetsgraden. Dessa inkluderar mycket ogenomträngliga cellmembran, hög intern regleringskapacitet och unika transportsystem.

Eftersom acidofiler lever i en miljö där koncentrationen av protoner är hög, har de utvecklat pumpsystem som ansvarar för att utvisa protoner till utsidan. Denna strategi uppnår att det inre av bakterierna har ett pH mycket nära neutralt.

Acidofila organismer har utvecklat ett system av protonpumpar som gör att de kan pumpa protoner utåt och hålla det intracellulära pH nära neutralt. Av PhilMacD, från Wikimedia Commons.

I gruvor med ett högt svavelsyrainnehåll har mikroorganismer utan en cellvägg emellertid hittats, vilket indikerar att även utan detta skydd utsätts de för höga koncentrationer av protoner.

Å andra sidan, på grund av de extrema förhållanden som dessa typer av mikroorganismer utsätts för, måste de garantera att alla deras proteiner är funktionella och inte denaturerade.

För detta har de syntetiserade proteinerna hög molekylvikt, så att det finns ett större antal bindningar mellan aminosyrorna som utgör dem. På detta sätt blir det svårare för brytningen av bindningarna att uppstå och större stabilitet ges till proteinstrukturen.

Hög membranogenomtränglighet

När protonerna har kommit in i cytoplasma, måste acidofila organismer implementera metoder som gör att de kan lindra effekterna av ett reducerat internt pH.

För att upprätthålla pH har acidofiler ett ogenomträngligt cellmembran som begränsar inträde av protoner i cytoplasma. Detta beror på att membranet hos archaea acidophiles består av andra typer av lipider än de som finns i bakterier och eukaryota cellmembran.

I archaea har fosfolipider ett hydrofobt (isopenoid) område och ett polärt område som består av glycerolskelettet och fosfatgruppen. I vilket fall som helst beror föreningen på en eterbindning, som genererar större motstånd, särskilt vid höga temperaturer.

Dessutom har archaea i vissa fall inte tvåskikt, utan snarare produkten av föreningen av två hydrofoba kedjor, de bildar ett monolager där den enda molekylen i två polära grupper ger dem större motstånd.

Å andra sidan, trots att fosfolipiderna som utgör membranen av bakterier och eukaryoter bibehåller samma struktur (ett hydrofobt och ett polärt område), är bindningarna esterstyp och bildar en lipid-dubbelskikt.

Vikten av

Acidofila organismer är av potentiell betydelse i utvecklingen eftersom det låga pH-värdet och de metallrika förhållandena som de växer i har kunnat likna de undervattens vulkaniska förhållandena i tidig jord.

Således kan acidofila organismer representera primordiala reliker från vilka mer komplicerat liv utvecklades.

Eftersom de metabola processerna kunde ha sitt ursprung på sulfidmineralsytan kan dessutom DNA-struktureringen av dessa organismer ha ägt rum vid surt pH.

Reglering i acidofila organismer

Reglering av pH är väsentligt för alla organismer, därför måste acidofiler ha ett intracellulärt pH nära neutralt.

Acidofila organismer kan emellertid tolerera pH-gradienter av flera storleksordningar jämfört med organismer som bara växer vid pH-värden nära neutrala. Ett exempel är Thermoplasma acidophilum som kan leva vid pH 1,4 medan det inre pH-värdet hålls på 6,4.

Det intressanta med acidofila organismer är att de utnyttjar denna pH-gradient för att producera energi genom en protonmotivkraft.

Exempel på acidofila mikroorganismer

Acidofila organismer är främst fördelade i bakterier och archaea och bidrar till många biogeokemiska cykler, som inkluderar järn- och svavelcyklerna.

Bland de första har vi Ferroplasma acidarmanus, som är en archa som kan växa i miljöer med ett pH nära noll. Andra prokaryoter är Picrophilus oshimae och Picrophilus torridus, som också är termofila och växer i japanska vulkaniska kratrar.

Vi har också några acidofila eukaryoter som Cyanidyum caldariuym, som kan leva vid ett pH nära noll, vilket håller cellens inre på nästan neutral nivå.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. och Trichosporon cerebriae, är tre eukaryoter från Fungi Kingdom. Andra lika intressanta är Picrophilus oshimae och Picrophilus torridus.

tillämpningar

urlakning

En viktig roll av acidofiliska mikroorganismer involverar deras bioteknologiska tillämpning, speciellt i extraktion av metaller från mineraler, vilket avsevärt minskar föroreningar som genereras genom traditionella kemiska metoder (lakning).

Denna process är särskilt användbar vid kopparbrytning, där till exempel Thobacillus sulfolobus kan fungera som en katalysator och påskynda oxidationshastigheten för kopparsulfat som bildas under oxidation, vilket hjälper till att solubilisera metallen.

Livsmedelsindustrin

Acidofila organismer har enzymer av industriellt intresse och utgör en källa till syrastabila enzymer med applikationer som smörjmedel.

I livsmedelsindustrin används dessutom produktion av amylaser och glucoamylaser för bearbetning av stärkelse, bageriet, bearbetningen av fruktjuicer.

Dessutom används de ofta för produktion av proteaser och cellulaser som används som djurfoderkomponenter och vid tillverkning av farmaceutiska produkter.

referenser

1. Baker-Austin C, Dopson M. Liv i syra: pH-homeostas i acidofiler. Trender Microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. En Arqueal järnoxiderande extrem Acidophile viktigt i syra min dränering. Vetenskap. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Vissa tillämpningar av deras produkter för bioteknik. Mikrobiologi och molekylärbiologi. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Ytladdningens möjliga roll i membranorganisationen i en acidofil, indian. Journal of Biochemistry and Biophysics. nitton nittiosex; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraeterbundna membranmonolag i Ferroplasma spp: en nyckel till överlevnad i syra. Extremofiler. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Prokaryotic Diversity: Archea. I: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). Brock Microbiology of Microorganisms. Tio upplagan. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, s. 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Liv vid extremt lågt pH. Natur. nittonhundranittiofem; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Transaktioner med biokemiskt samhälle. 2004; 32: 193-198.