Psychofiele kenmerken, typen en voorbeelden

de psychrofielen ze zijn een subtype van extremofiele organismen gekenmerkt door lage temperaturen, meestal tussen -20 ° C en 10 ° C, en door permanent koude habitats te bezetten. Deze organismen zijn vaak bacteriën of archaea, maar er metazoan als korstmossen, algen, schimmels, nematoden en zelfs insecten en gewervelde dieren.

Koude milieus domineren de biosfeer van de aarde en worden gekoloniseerd door overvloedige en diverse micro-organismen die mogelijk een kritieke rol spelen in de wereldwijde biogeochemische cycli.

Naast het ondersteunen van lage temperaturen, moeten psychrofiele organismen ook worden aangepast aan andere extreme omstandigheden, zoals hoge drukken, hoge zoutconcentraties en hoge ultraviolette straling..

index

• 1 Kenmerken van psychrofiele organismen
  • 1.1 Habitats
  • 1.2 Aanpassingen
• 2 Soorten psychofielen en voorbeelden
  • 2.1 Eencellige organismen
  • 2.2 Pluricellulaire organismen
  • 2.3 Groeitemperaturen en psychofiele organismen
  • 2.4 Methanococcoides burtonii en Methanogenium frigidum in Lake Ace
  • 2.5 Sphingopyxis alaskensis en haloarchaea
• 3 Biotechnologische toepassingen
• 4 Referenties

Kenmerken van psychofiele organismen

habitats

De belangrijkste habitats van psychofiele organismen zijn:

-Mariene polaire omgevingen.

-Banquisa of zee-ijs.

-Terrestrische polaire omgevingen.

-Meren van grote hoogte en breedtegraad.

-Subglaciale meren.

-Koude Alpenregio's.

-Glacier oppervlakken.

-Polar woestijnen.

-Diepe oceaan.

aanpassingen

Psychrofielen worden beschermd tegen bevriezing door verschillende aanpassingen. Een daarvan is de flexibiliteit van hun celmembranen, die ze bereiken door een hoog gehalte aan korte en onverzadigde vetzuren in de structuren van hun lipidemembranen op te nemen..

Het effect van de opname van deze vetzuren is de afname van het smeltpunt, waardoor tegelijkertijd de vloeibaarheid en de weerstand toenemen.

Een andere belangrijke aanpassing van psychofielen is de synthese van antivries-eiwitten. Deze eiwitten houden het lichaamswater vloeibaar en beschermen het DNA wanneer temperaturen onder het vriespunt van water komen. Ze voorkomen ook de vorming van ijs of de herkristallisatie ervan.

Soorten psychofielen en voorbeelden

Eencellige organismen

De diversiteit van eencellige psychrofielen is zeer groot, tussen deze organen meeste bacteriële geslachten kunnen noemen: Acidobacterias, Actinobacterias, Bacteroidetes, Cloroflexi, cyanobacteriën, Firmicutes, gemmatimonadetes, OP10 en planctomycetales.

Bovendien zijn Proteobacteria en Verrucomicrobia gedetecteerd in de arctische, zuidpool- en alpiene cryoconieten. Ze zijn ook ontdekt in Groenland, Canada, Tibet en de Himalaya.

Onder de psychrofiele cyanobacteriën die we vinden Leptolvngbva, Phormidium en Nostoc. Andere veel voorkomende genres zijn eencellig Aphanothece, Chroococcus en Charnaesiphon, en het filamenteuze Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium en Plectonerna.

Pluricellulaire organismen

Onder psychofiele insecten kunnen we het geslacht noemen Diamesa van de Himalaya (Nepal), die actief blijft tot een temperatuur van -16 ° C.

Er is ook de dikke mug (zonder vleugels), België Antarctica, 2-6 mm lang, endemisch voor Antarctica. Dit is het enige insect op het continent en ook het enige dier dat uitsluitend terrestisch is.

Gewervelde dieren kunnen ook psychofiel zijn. Voorbeelden hiervan zijn een klein aantal kikkers, schildpadden en een slang die bevriezing van het extracellulair water (buiten cellen) gebruikt als een overlevingsstrategie om zijn cellen te beschermen tijdens de winter.

De Antarctische nematode Panagrolaimus davidi kan het bevriezen van intracellulair water overleven en vervolgens teruggroeien en zich voortplanten.

Ook de vis van de familie krokodilijsvissen die in de koude wateren van Antarctica en het zuiden van Zuid-Amerika wonen, gebruiken antivries eiwitten om je cellen te beschermen tegen volledige bevriezing.

Groeitemperaturen en psychofiele organismen

De maximale temperatuur (T_max) van de groei van een organisme is het hoogst dat dit kan verdragen. Terwijl de optimale temperatuur (T._opteren) van groei is er een waarin het organisme sneller groeit.

Over het algemeen wordt aangenomen dat alle organismen die overleven en zich ontwikkelen in lagetemperatuuromgevingen psychofiel zijn. Echter, zoals we weten, de term psychrophile het zou alleen moeten worden toegepast op die organismen waarvan T_max is 20 ° C (dat wil zeggen, ze kunnen niet overleven bij hogere temperaturen).

Micro-organismen werden geïsoleerd uit zeer koude gebieden, die kunnen groeien onder laboratoriumomstandigheden bij temperaturen boven 20 ° C, wat aangeeft dat, hoewel ze zijn aangepast aan de lage temperaturen niet worden psychrofiel beschouwd. Deze micro-organismen worden "mesotolerantes" genoemd, dat wil zeggen dat ze gemiddelde temperaturen verdragen.

Mettonococcoides burtonii en Methanogenium frigidum in Ace Lake

Mettonococcoides burtonii is een extremofiele en methanogene boog geïsoleerd uit het Ace-meer op Antarctica, waar de temperatuur tussen 1 en 2 ° C ligt. In laboratoriumstudies werd echter vastgesteld dat zijn T_opteren van groei is 23 ° C en de T_max  is 28 ° C, dus het moet niet als psychofiel worden beschouwd.

Methanogenium frigidum het is ook een methanogene en halofiele archaea (die zout in het midden tolereert), geïsoleerd van het Aasmeer zelf en dat in het laboratorium een ​​T presenteert_opteren  van 15 ° C en een T_max van 18 ° C, waardoor het mogelijk is om het te classificeren als psicrófilo.

De psychofiel kan worden overwogen M. frigidum het zou beter aangepast moeten zijn aan de lage temperaturen M. burtonii. echter, M. burtonii groeit sneller dan M. frigidum bij temperaturen van 1 tot 2 ° C in Lake Ace.

Deze gegevens geven aan dat er naast temperatuur andere omgevingsfactoren (biotisch en abiotisch) zijn die de populatiegroei van deze micro-organismen in hun natuurlijke habitat beïnvloeden..

Het voortbestaan ​​van een organisme in een bepaalde omgeving hangt af van de combinatie van meerdere omgevingsfactoren en niet van het effect van slechts één. Aan de andere kant heeft elk micro-organisme specifieke vereisten (verschillend van temperatuur), die ook de prestaties beïnvloeden.

In het geval van M. burtonii en M. frigidum, het is bekend dat iedereen verschillende koolstof- en energiebronnen gebruikt: M. burtonii maakt gebruik van gemethyleerde substraten terwijl M. frigidum gebruik H₂: CO₂ voor je groei. Lake Ace is verzadigd met methaan, wat de groei van bevordert M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis en haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis is een bacterie geïsoleerd uit de mariene wateren van het noordelijk halfrond, waar temperaturen van 4 - 10 ° C de overhand hebben. Aan de andere kant groeien haloarchaeas, archaea die in water baden verzadigd met zout, bij -20 ° C..

Ondanks dat ze een hoge populatie in hun natuurlijke habitat hebben, kon geen van deze micro-organismen worden gekweekt in het laboratorium bij minder dan 4 ° C.

Op zijn beurt, S. alaskensis heeft een T_max 45 ° C en haloarchaea kunnen groeien bij temperaturen boven 30 ° C, dus ze kunnen niet als psychofiel worden beschouwd. Hun populaties zijn echter goed aangepast en zijn zeer overvloedig in extreem koude gebieden.

Uit het bovenstaande kunnen we aannemen dat er andere beperkende omgevingsfactoren zijn die het voortbestaan ​​van deze organismen in hun natuurlijke habitats beïnvloeden, en temperatuur is niet de belangrijkste factor.

Biotechnologische toepassingen

Enzymen van psychrofiele organismen worden gekenmerkt door hoge activiteit bij lage en gematigde temperaturen. Bovendien hebben deze enzymen een slechte thermische stabiliteit.

Voor deze kenmerken, de enzymen van psychrofiele organismen zijn zeer aantrekkelijk voor toepassing in verschillende processen van de voedingsindustrie, geneeskunde, moleculaire biologie, in de farmaceutische industrie, onder anderen.

referenties

1. Cavicchioli, R. (2015). Over het concept van een psychofiel. Het ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
2. Krembs, C. en Deming, J.W. (2008). De rol van exopolymeren bij microbiële aanpassing aan zee-ijs. In: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. en Gerday, C. reds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer-Verlag, Berlijn, Duitsland, pp. 247-264.
3. Kohshima, S. (1984). Een nieuw koudetolerant insect gevonden in een Himalaya-gletsjer. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
4. Margesin, R. (editor). (2017). Psychrofielen: van Biodiversiteit tot Biotechnologie. Tweede editie. Springer Verlag, Heidelberg, Duitsland. pp. 685.
5. Miteva, V. (2008). Bacteriën in sneeuw en ijs. In: Margesin, R. en Schirmer, F. (eds) Psychrofielen: van Biodiversiteit tot Biotechnologie. Springer Verlag, Heidelberg, Duitsland, pp. 31-50.
6. Price, P. B. (2000). Een habitat voor psychofielen in diep Antarctisch ijs. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika 97, 1247-1251.