HALOFILE: CLASIFICARE, OSMOZĂ, APLICAȚII, EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Organismele halofile sunt o categorie de microorganisme, atât procariote, cât și eucariote, capabile să se reproducă și să trăiască în medii cu concentrații mari de sare, cum ar fi apa de mare și zonele aride hipersaline. Termenul halofil provine din cuvintele grecești halos și filo, care înseamnă „iubitor de sare”.

Organismele clasificate în această categorie aparțin, de asemenea, grupului mare de organisme extreme, deoarece acestea proliferează în habitate cu salinitate extremă, unde majoritatea celulelor vii nu ar putea supraviețui.

Salinele, medii de salinitate extremă în care proliferează celulele halofile extreme. De H. Zell, de la Wikimedia Commons.

De fapt, marea majoritate a celulelor existente pierde rapid apa atunci când este expusă mediilor bogate în sare și tocmai această deshidratare duce în multe cazuri la moarte.

Capacitatea organismelor halofile de a putea trăi în aceste medii se datorează faptului că își pot echilibra presiunea osmotică în raport cu mediul și își pot menține citoplasma izosmotică cu mediul extracelular.

Au fost clasificate în funcție de concentrația de sare, în care pot trăi în halofile extreme, moderate, slabe și halotolerante.

Unii reprezentanți halofili sunt algele verzi Dunaliella salina, crustaceele din genul Artemia sau puricii de apă, și ciupercile Aspergillus penicillioides și Aspergillus terreu.

Clasificare

Nu toate organismele halofile sunt capabile să prolifereze într-o gamă largă de concentrații de sare. Dimpotrivă, acestea diferă în gradul de salinitate pe care sunt capabili să-l tolereze.

Acest nivel de toleranță, care variază între concentrații foarte specifice de NaCl, a servit pentru clasificarea lor ca halofile extreme, moderate, slabe și halotolerante.

Grupul de halofili extreme include toate acele organisme capabile să populeze medii în care concentrațiile de NaCl depășesc 20%.

Acestea sunt urmate de halofile moderate care proliferează la concentrații de NaCl între 10 și 20%; și halofili slabi, care fac acest lucru la concentrații mai mici, care variază între 0,5 și 10%.

În cele din urmă, halotolerantes, sunt organisme care sunt capabile să suporte doar concentrații scăzute de sare.

Osmoză și salinitate

Există o mare varietate de halofili procarioti capabili să reziste la concentrații mari de NaCl.

Această abilitate de a rezista condițiilor de salinitate care variază de la scăzut, dar mai mare decât cele pe care majoritatea celulelor vii sunt capabile să le tolereze, până la cele extrem de extreme, a fost dobândită datorită dezvoltării mai multor strategii.

Strategia principală sau centrală este evitarea consecințelor unui proces fizic cunoscut sub numele de osmoză.

Acest fenomen se referă la mișcarea apei printr-o membrană semi-permeabilă, dintr-un loc cu o concentrație scăzută de soluții până la una cu o concentrație mai mare.

În consecință, dacă în mediul extracelular (mediu în care se dezvoltă un organism) există concentrații de sare mai mari decât cele din citosolul său, acesta va pierde apă la exterior și se va deshidrata până la moarte.

Între timp, pentru a evita această pierdere de apă, acestea păstrează concentrații mari de solutii (săruri) în citoplasmă pentru a compensa efectele presiunii osmotice.

Strategii adaptive pentru a face față salinității

Bacterii halofile. De Maulucioni bazat pe imagini din Commons, de pe Wikimedia Commons.

Unele dintre strategiile utilizate de aceste organisme sunt: ​​sinteza enzimelor capabile să-și mențină activitatea la concentrații mari de sare, membrane mov care permit creșterea prin fototrofie, senzori care reglează răspunsul fototactic precum rodopsina și vezicule de gaz care promovează creșterea lor. plutire.

În plus, trebuie menționat că mediile în care cresc aceste organisme sunt destul de schimbătoare, ceea ce creează un risc pentru supraviețuirea lor. Prin urmare, dezvoltă alte strategii adaptate acestor condiții.

Unul dintre factorii în schimbare este concentrația de solutii, care nu este importantă numai în mediile hipersaline, dar în orice mediu în care ploile sau temperaturile ridicate pot provoca desicarea și, prin urmare, variații ale osmolarității.

Pentru a face față acestor schimbări, microorganismele halofile au dezvoltat două mecanisme care le permit să mențină un citoplasm hipermosmotic. Unul dintre ei se numește „sare-in” și celălalt „sare-ies”

Mecanism de sare

Acest mecanism este realizat de Archeas și Haloanaerobiales (bacterii halofile anaerobe strict moderate) și constă în creșterea concentrațiilor interne de KCl din citoplasma lor.

Cu toate acestea, concentrația mare de sare din citoplasmă i-a determinat să realizeze adaptări moleculare pentru funcționarea normală a enzimelor intracelulare.

Aceste adaptări constau, practic, în sinteza proteinelor și enzimelor bogate în aminoacizi acizi și săraci în aminoacizi hidrofobi.

O limitare a acestui tip de strategie este aceea că acele organisme care o desfășoară au o capacitate slabă de a se adapta la schimbările bruște ale osmolarității, limitând creșterea acestora la medii cu concentrații saline foarte mari.

Mecanism de eliminare a sării

Acest mecanism este utilizat atât de bacteriile halofile cât și de cele non-halofile, pe lângă arhaea metanogenă halofilă moderată.

În acest sens, microorganismul halofil realizează echilibrul osmotic folosind mici molecule organice care pot fi sintetizate de acesta sau preluate din mediu.

Aceste molecule pot fi polioli (cum ar fi glicerol și arabinitol), zaharuri precum zaharoză, trehaloză sau glucozil-glicerol sau aminoacizi și derivați ai aminelor cuaternare precum glicina-betaina.

Toate acestea au o solubilitate ridicată în apă, nu au nicio încărcare la pH-ul fiziologic și pot atinge valori de concentrare care permit acestor microorganisme să mențină echilibrul osmotic cu mediul extern, fără a afecta funcționarea propriilor enzime.

În plus, aceste molecule au capacitatea de a stabiliza proteinele împotriva căldurii, desicării sau înghețului.

Aplicații

Microorganismele halofile sunt foarte utile pentru obținerea moleculelor în scopuri biotehnologice.

Aceste bacterii nu prezintă dificultăți majore de cultivat din cauza cerințelor nutritive scăzute din mediile lor. Toleranța lor la concentrații saline ridicate minimizează riscurile de contaminare, ceea ce le face mai avantajoase organisme alternative decât E. coli.

În plus, prin combinarea capacității sale de producție cu rezistența sa la condiții extreme de salinitate, microorganismele sunt de mare interes ca sursă de produse industriale, atât în ​​domeniul farmaceutic, cosmetic, cât și în domeniul biotehnologic.

Cateva exemple:

enzimele

Multe procese industriale sunt dezvoltate în condiții extreme, ceea ce oferă un câmp de aplicare pentru enzime produse de microorganisme extremofile, capabile să acționeze la valori extreme de temperatură, pH sau salinitate. Astfel, au fost descrise amilaze și proteaze, utilizate în biologia moleculară.

polimeri

În mod similar, bacteriile halofile sunt producători de polimeri cu proprietăți tensioactive și emulsionante de mare importanță în industria petrolului, deoarece contribuie la extragerea petrolului brut din subsol.

Solutii compatibile

Solutele pe care le acumulează aceste bacterii în citoplasmă au o putere de stabilizare și de protecție ridicată a enzimelor, acizilor nucleici, a membranelor și chiar a celulelor întregi, împotriva înghețului, desicării, denaturării căldurii și a salinității ridicate.

Toate acestea au fost utilizate în tehnologia enzimelor, precum și în industria alimentară și cosmetică pentru a prelungi durata de viață a produselor.

Biodegradarea deșeurilor

Bacteriile halofile sunt capabile să descompună reziduuri toxice, cum ar fi pesticide, produse farmaceutice, erbicide, metale grele și procese de extracție a petrolului și gazelor.

Alimente

În domeniul alimentelor participă la producerea sosului de soia.

Referințe

1. Dennis PP, Shimmin LC. Divergență evolutivă și selecție mediată de salinitate în Archaea halofilă. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Strategii de adaptare a microorganismelor halofile și Debaryomyces hansenii (drojdie halofilă). Revista latino-americană de microbiologie. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Aspecte bionergetice ale halofilismului. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Bacterii halofile și aplicațiile lor biotehnologice. 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. Acumularea de solutii compatibile cu osmosensing si osmoregulatoare de bacterii. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.