PSYKROFILER: EGENSKAPER, TYPER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De psykrofila är en subtyp av extremofiler som kännetecknas av låga motståndstemperaturer, vanligtvis mellan -20 ° C och 10 ° C, och som permanent upptar kalla livsmiljöer. Dessa organismer är vanligtvis bakterier eller archaea, men det finns metazoner som lavar, alger, svampar, nematoder och till och med insekter och ryggradsdjur.

Kalla miljöer dominerar jordens biosfär och koloniseras av rikliga och olika mikroorganismer som spelar potentiellt kritiska roller i globala biogeokemiska cykler.

Lichen Xanthoria elegans är en välkänd psykrofil som kan fotosyntesa vid temperaturer så låga som -24 ° C. Fotografi taget i Alberta, Kanada. Källa: Jason Hollinger via https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

Förutom att motstå låga temperaturer måste psykrofila organismer också anpassas till andra extrema förhållanden, såsom högt tryck, höga koncentrationer av salter och hög ultraviolett strålning.

Egenskaper hos psykrofila organismer

Livsmiljöer

De viktigaste livsmiljöerna för psykrofila organismer är:

-Polära marina miljöer.

-Bank eller havsis.

-Polära markmiljöer.

-Sjöer med hög höjd och latitud.

-Subglaciala sjöar.

-Kalla alpina regioner.

-Ytor av glaciärer.

-Polära öknar.

-Djup ocean.

anpassningar

Psykrofiler skyddas från frysning genom olika anpassningar. En av dem är flexibiliteten i deras cellmembran, som de uppnår genom att inkludera ett högt innehåll av korta och omättade fettsyror i strukturerna i deras lipidmembran.

Effekten av införlivandet av dessa fettsyror är minskningen av smältpunkten och ökar samtidigt dess fluiditet och dess resistens.

En annan viktig anpassning av psykrofiler är syntesen av frostskyddsproteiner. Dessa proteiner håller kroppsvatten i flytande tillstånd och skyddar DNA när temperaturen sjunker under vattenens fryspunkt. De förhindrar också att isbildning eller omkristallisation inträffar.

Typer av psykrofiler och exempel

Unicellulära organismer

Mångfalden i encelliga psykrofiler är mycket stor, bland dessa kan vi nämna medlemmar i de flesta bakterier: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 och Planctomycetes.

Vidare har Proteobacteria och Verrucomicrobia påvisats i Arktis, Antarktis och i alpina kryokoner. De har också upptäckts i Grönland, Kanada, Tibet och Himalaya.

Bland de psykrofila cyanobakterierna hittar vi Leptolvngbva, Phormidium och Nostoc. Andra vanliga släkter är den cellulära Afanothece, Chroococcus och Charnaesiphon, och den trådformade oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium och Plectonerna.

Flercelliga organismer

Bland de psykrofila insekterna kan vi namnge släkten Diamesa från Himalaya (Nepal), som förblir aktiv tills den når en temperatur på -16 ° C.

Det finns också den vinglösa mygga, Belgica Antarktis, 2–6 mm lång, endemisk till Antarktis. Detta är det enda insektet på kontinenten och också det enda exklusiva markdjuret.

Bild 2. Den apteriska myggen Belgica antarktis, ett endemiskt insekt av Antarktis. Källa: Tasteofcrayons, från Wikimedia Commons

Ryggradsdjur kan också vara psykrofiler. Några exempel inkluderar ett litet antal grodor, sköldpaddor och en orm som använder frysning av extracellulärt vatten (vatten utanför celler) som en överlevnadsstrategi för att skydda sina celler under vintern.

Den antarktiska nematoden Panagrolaimus davidi kan överleva frysning av intracellulärt vatten och därefter växa igen och reproducera.

Även fiskarna från familjen Channichthyidae - som lever i det kalla vattnet i Antarktis och södra Sydamerika - använder frostskyddsproteiner för att skydda sina celler mot fullständig frysning.

Tillväxttemperaturer och psykrofila organismer

Den maximala tillväxtstemperaturen ( _Tmax ) för en organisme är den högsta som den tål. Medan den optimala temperaturen (T- _opt ) för tillväxt är den där organismen växer snabbare.

Alla organismer som överlever och trivs i lågtemperaturmiljöer anses generellt vara psykrofiler. Men som vi vet bör termen psykrofil endast tillämpas på de organismer vars T _max är 20 ° C (det vill säga de kan inte överleva vid högre temperaturer).

Mikroorganismer har isolerats från mycket kalla områden, som kan växa under laboratorieförhållanden vid temperaturer över 20 ° C, vilket indikerar att även om de är anpassade till låga temperaturer bör de inte betraktas som psykrofiler. Dessa mikroorganismer kallas "mesotoleranta", det vill säga de tolererar medeltemperaturer.

Methanococcoides burtonii

Sphingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensis är en bakterie isolerad från det marina vattnet på norra halvklotet, där temperaturer mellan 4 och 10 ° C råder. Å andra sidan växer haloarchaeas, som är archaea som bebor vatten mycket mättade med salt, vid -20 ° C temperatur.

Trots att de har höga populationer i sina naturliga livsmiljöer, kunde ingen av dessa mikroorganismer odlas på laboratoriet vid mindre än 4 ° C.

I sin tur har S. alaskensis ett T _max på 45 ° C och haloarchaea kan växa vid temperaturer över 30 ° C, så att de inte kunde betraktas som psykrofila. Deras populationer är dock väl anpassade och är mycket rikliga i extremt kalla områden.

Från ovanstående kan vi anta att det finns andra begränsande miljöfaktorer som påverkar överlevnaden av dessa organismer i deras naturliga livsmiljöer, och temperaturen är inte den faktor som har den största vikten.

Bioteknologiska tillämpningar

Enzymerna i psykrofila organismer kännetecknas av hög aktivitet vid låga och måttliga temperaturer. Dessutom har dessa enzymer dålig termisk stabilitet.

På grund av dessa egenskaper är enzymerna från psykrofila organismer mycket attraktiva att tillämpas i olika processer inom livsmedelsindustrin, medicin, molekylärbiologi, bland annat inom läkemedelsindustrin.

referenser

1. Cavicchioli, R. (2015). Om begreppet psykrofil. ISME Journal, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. och Deming, JW (2008). Exopolymers roll i mikrobiell anpassning till havsis. I: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. och Gerday, C. reds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer-Verlag, Berlin, Tyskland, sid. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). En ny kalltolerant insekt som finns i en Himalaya glaciär. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (redaktör). (2017). Psykrofiler: från biologisk mångfald till bioteknik. Andra upplagan. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland. pp. 685.
5. Miteva, V. (2008). Bakterier i snö och is. I: Margesin, R. och Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer Verlag, Heidelberg, Tyskland, sid. 31-50.
6. Pris, PB (2000). En livsmiljö för psykrofiler i djup antarktisk is. Förfaranden från National Academy of Sciences of the United States of America 97, 1247-1251.