HALOFILER: KLASSIFICERING, OSMOS, APPLIKATIONER, EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De halofila organismerna är en kategori av mikroorganismer, både prokaryoter och eukaryoter, som kan reproducera och leva i miljöer med höga koncentrationer av salt såsom havsvatten och hypersalina torra områden. Begreppet halofil kommer från de grekiska orden halos och filo, vilket betyder "älskare av salt."

Organismer som klassificeras inom denna kategori tillhör också den stora gruppen extrememofila organismer eftersom de sprider sig i extremt saltlösande livsmiljöer, där de flesta levande celler inte skulle kunna överleva.

Salinor, miljöer med extrem salthalt där extrema halofila celler sprider sig. Av H. Zell, från Wikimedia Commons.

I själva verket förlorar de allra flesta befintliga celler snabbt vatten när de utsätts för media som är rika på salt och det är denna uttorkning som i många fall snabbt leder till döden.

Halofila organismernas förmåga att kunna leva i dessa miljöer beror på att de kan balansera deras osmotiska tryck i förhållande till miljön och upprätthålla sin isosmotiska cytoplasma med den extracellulära miljön.

De har klassificerats baserat på koncentrationen av salt, där de kan leva i extrema, måttliga, svaga och halotoleranta halofiler.

Vissa halofila företrädare är den gröna algen Dunaliella salina, kräftdjur av släktet Artemia eller vattenloppa och svamparna Aspergillus penicillioides och Aspergillus terreu.

Klassificering

Inte alla halofila organismer kan sprida sig i ett brett spektrum av saltkoncentrationer. Tvärtom, de skiljer sig åt i vilken grad av salthalt de kan tolerera.

Denna toleransnivå, som varierar mellan mycket specifika koncentrationer av NaCl, har tjänat till att klassificera dem som extrema, måttliga, svaga och halotoleranta halofiler.

Gruppen av extrema halofiler inkluderar alla de organismer som kan befolka miljöer där NaCl-koncentrationerna överstiger 20%.

Dessa följs av måttliga halofiler som sprider sig vid NaCl-koncentrationer mellan 10 och 20%; och svaga halofiler, som gör det i lägre koncentrationer som varierar mellan 0,5 och 10%.

Slutligen är halotolerantema organismer som endast kan stödja låga koncentrationer av salt.

Osmos och salthalt

Det finns ett stort antal prokaryota halofiler som kan motstå höga koncentrationer av NaCl.

Denna förmåga att motstå salthaltiga förhållanden som varierar från låga, men högre än de som de flesta levande celler kan tolerera, till mycket extrema, har förvärvats tack vare utvecklingen av flera strategier.

Den huvudsakliga eller centrala strategin är att undvika konsekvenserna av en fysisk process som kallas osmos.

Detta fenomen hänför sig till rörelse av vatten genom ett halvpermeabelt membran, från en plats med en låg koncentration av lösta ämnen till en med en högre koncentration.

Därför, om det i den extracellulära miljön (miljö där en organisme utvecklas) finns koncentrationer av salt högre än de i dess cytosol, kommer den att förlora vatten till utsidan och det torkar till döds.

För att undvika denna förlust av vatten lagrar de höga koncentrationer av lösta ämnen (salter) i sin cytoplasma för att kompensera för effekterna av osmotiskt tryck.

Anpassningsstrategier för att hantera salthalt

Halofila bakterier. Av Maulucioni baserat på bilder från Commons, från Wikimedia Commons.

Några av strategierna som används av dessa organismer är: syntes av enzymer som kan bibehålla sin aktivitet vid höga koncentrationer av salt, lila membran som tillåter tillväxt genom fototrofi, sensorer som reglerar det fototaktiska svaret som rodopsin och gasblåsor som främjar deras tillväxt. flotation.

Dessutom bör det noteras att miljöerna där dessa organismer växer är ganska föränderliga, vilket skapar en risk för deras överlevnad. Därför utvecklar de andra strategier anpassade till dessa förhållanden.

En av de förändrade faktorerna är koncentrationen av lösta ämnen, som inte bara är viktiga i hypersalina medier, utan i alla miljöer där regn eller höga temperaturer kan orsaka uttorkning och följaktligen variationer i osmolaritet.

För att hantera dessa förändringar har halofila mikroorganismer utvecklat två mekanismer som gör att de kan upprätthålla en hyperosmotisk cytoplasma. En av dem kallade "salt-in" och den andra "salt-out"

Salt-in-mekanism

Denna mekanism utförs av Archeas och Haloanaerobiales (strikta anaeroba måttliga halofila bakterier) och består i att höja de inre koncentrationerna av KCl i deras cytoplasma.

Emellertid har den höga koncentrationen av salt i cytoplasma lett till att de har gjort molekylära anpassningar för den normala funktionen av intracellulära enzymer.

Dessa anpassningar består i princip av syntesen av proteiner och enzymer som är rika på sura aminosyror och som är dåliga på hydrofoba aminosyror.

En begränsning för denna typ av strategi är att de organismer som genomför den har en dålig kapacitet att anpassa sig till plötsliga förändringar i osmolaritet, vilket begränsar deras tillväxt till miljöer med mycket höga saltkoncentrationer.

Salt-out mekanism

Denna mekanism används av både halofila och icke-halofila bakterier, förutom måttliga halofila metanogena archaea.

I detta utför den halofila mikroorganismen den osmotiska balansen med hjälp av små organiska molekyler som kan syntetiseras av den eller tas från mediet.

Dessa molekyler kan vara polyoler (såsom glycerol och arabinitol), sockerarter såsom sackaros, trehalos eller glukosylglycerol eller aminosyror och derivat av kvartära aminer, såsom glycin-betain.

Alla har en hög löslighet i vatten, har ingen laddning vid fysiologiskt pH och kan nå koncentrationsvärden som gör att dessa mikroorganismer kan bibehålla den osmotiska balansen med den yttre miljön utan att påverka funktionen av deras egna enzymer.

Dessutom har dessa molekyler förmågan att stabilisera proteiner mot värme, uttorkning eller frysning.

tillämpningar

Halofila mikroorganismer är mycket användbara för att erhålla molekyler för biotekniska ändamål.

Dessa bakterier uppvisar inga stora svårigheter att odlas på grund av de låga näringsbehovet i deras media. Deras tolerans mot höga saltkoncentrationer minimerar riskerna för kontaminering, vilket gör dem mer fördelaktiga alternativa organismer än E. coli.

Genom att kombinera sin produktionskapacitet med dess resistens mot extrema salthaltningsförhållanden är mikroorganismer av stort intresse som en källa till industriprodukter, både inom det farmaceutiska, kosmetiska och biotekniska området.

Några exempel:

enzymer

Många industriella processer utvecklas under extrema förhållanden, vilket erbjuder ett användningsområde för enzymer producerade av extremofila mikroorganismer, som kan verka vid extrema värden av temperatur, pH eller salthalt. Således har amylaser och proteaser, som används i molekylärbiologi, beskrivits.

polymerer

På liknande sätt är halofila bakterier tillverkare av polymerer med ytaktiva medel och emulgerande egenskaper av stor betydelse i oljeindustrin eftersom de bidrar till utvinning av råolja från undergrunden.

Kompatibla lösta ämnen

De lösta ämnena som dessa bakterier ackumulerar i sin cytoplasma har en hög stabiliserande och skyddande kraft för enzymer, nukleinsyror, membran och till och med hela celler, mot frysning, uttorkning, värmedenaturering och hög salthalt.

Allt detta har använts inom såväl enzymteknik som inom livsmedels- och kosmetikindustrin för att förlänga produkternas livslängd.

Bionedbrytning av avfall

Halofila bakterier kan nedbryta giftigt avfall såsom bekämpningsmedel, läkemedel, herbicider, tungmetaller och olje- och gasuttagsprocesser.

Foods

Inom matområdet deltar de i produktionen av sojasås.

referenser

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evolutionär divergens och salthaltmedierad selektion i halofil Archaea. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Anpassningsstrategier för halofila mikroorganismer och Debaryomyces hansenii (halofil jäst). Latin American Journal of Microbiology. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Bionergetiska aspekter av halofilism. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofila bakterier och deras biotekniska tillämpningar. 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 och osmoregulatory kompatibel lösta ämnen ackumulering av bakterier. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.