הלופילים: סיווג, אוסמוזה, יישומים, דוגמאות - ביולוגיה - 2025

אורגניזמים halophilic הם בקטגוריה של מיקרואורגניזמים, הם פרוקריוטים ואיקריוטים, מסוגל להתרבות ולחיות סביבות עם ריכוזים גבוהים של מלח כגון אזורים צחיחים מי ים hypersaline. המונח הלופיל בא מהמילים היווניות halos and filo שפירושו "חובב מלח".

אורגניזמים המסווגים בקטגוריה זו שייכים גם לקבוצה הגדולה של אורגניזמים קיצוניים מאחר והם מתפשטים בבתי גידול מלוחים במיוחד, בהם מרבית התאים החיים לא יוכלו לשרוד.

סליחות, סביבות של מליחות קיצונית שבהן התאים ההלופיליים הקיצוניים מתפשטים. מאת ה. זל, מתוך ויקימדיה.

למעשה, הרוב המכריע של התאים הקיימים מאבד מים במהירות כאשר הם נחשפים לתקשורת עשירה במלח וזה התייבשות זו שבמקרים רבים גורמת במהירות למוות.

היכולת של אורגניזמים חלופיים להיות מסוגלים לחיות בסביבות אלה נובעת מהעובדה שהם יכולים לאזן את הלחץ האוסמוטי שלהם ביחס לסביבה ולשמור על הציטופלזמה האיזוסמוטית שלהם עם הסביבה החוץ תאית.

הם סווגו על סמך ריכוז המלח, בהם הם יכולים לחיות בהלופילים קיצוניים, מתונים, חלשים והלולוטריים.

חלק מהנציגים ההלופיליים הם האצות הירוקות Dunaliella salina, הסרטנים של הסוג ארטמיה או פרעוש מים, והפטריות Aspergillus penicillioides ו- Aspergillus terreu.

מִיוּן

לא כל האורגניזמים ההלופיליים מסוגלים להתרבות במגוון רחב של ריכוזי מלח. נהפוך הוא, הם נבדלים זה מזה במידת המליחות שהם מסוגלים לסבול.

רמת סובלנות זו, המשתנה בין ריכוזים ספציפיים מאוד של NaCl, שימשה לסיווג אותם כהלופילים קיצוניים, מתונים, חלשים והלולוטריים.

קבוצת ההלופילים הקיצוניים כוללת את כל אותם אורגניזמים המסוגלים לאכלס סביבות בהן ריכוז NaCl עולה על 20%.

אחריהם מגיעים הלופילים מתונים המתפשטים בריכוזי NaCl בין 10 ל 20%; והלופילים חלשים שעושים זאת בריכוזים נמוכים יותר המשתנים בין 0.5 ל -10%.

לבסוף ההילו-סובלנים, הם אורגניזמים המסוגלים רק לתמוך בריכוזים נמוכים של מלח.

אוסמוזה ומליחות

יש מגוון רחב של הלופילים פרוקריוטיים המסוגלים להתנגד לריכוזים גבוהים של NaCl.

יכולת זו להתנגד לתנאי מליחות המשתנים בין נמוכים אך גבוהים מאלה שרוב התאים החיים מסוגלים לסבול, עד קיצוניים מאוד, נרכשה בזכות פיתוח אסטרטגיות מרובות.

האסטרטגיה העיקרית או המרכזית היא להימנע מהשלכות של תהליך פיזי המכונה אוסמוזה.

תופעה זו מתייחסת לתנועת מים דרך קרום חדיר למחצה, ממקום עם ריכוז נמוך של מומסים לאחד עם ריכוז גבוה יותר.

כתוצאה מכך, אם בסביבה החוץ תאי (סביבה בה מתפתח אורגניזם) ישנם ריכוזי מלח הגבוהים מאלה שבציטוזול שלו, הוא יאבד מים מבחוץ והוא יתייבש עד מוות.

בינתיים, כדי להימנע מאובדן מים זה, הם אוגרים ריכוזים גבוהים של מומסים (מלחים) בציטופלזמה שלהם על מנת לפצות על השפעות הלחץ האוסמוטי.

אסטרטגיות הסתגלות להתמודדות עם מליחות

חיידקים הלופיליים. מאת Maulucioni מבוסס על תמונות מ- Commons, מתוך Wikimedia Commons.

כמה מהאסטרטגיות בהן משתמשים אורגניזמים אלה הן: סינתזה של אנזימים המסוגלים לשמור על פעילותם בריכוזים גבוהים של מלח, ממברנות סגולות המאפשרות צמיחה באמצעות פוטוטרופיה, חיישנים המווסתים את התגובה הפוטוטקטית כמו רודופסין, וכליוני גז המקדמים את צמיחתם. ציפה.

בנוסף, יש לציין כי הסביבות בהן גדלים אורגניזמים אלו ניתנות לשינוי למדי, מה שמייצר סיכון להישרדותן. לכן הם מפתחים אסטרטגיות אחרות המותאמות לתנאים אלה.

אחד הגורמים המשתנים הוא ריכוז המומסים, שאינו חשוב רק בסביבות היפרסליות, אלא בכל סביבה בה גשמים או טמפרטורות גבוהות עלולים לגרום לייבוש וכתוצאה מכך וריאציות באוסמולריות.

כדי להתמודד עם שינויים אלה פיתחו מיקרואורגניזמים הלופיליים שני מנגנונים המאפשרים להם לשמור על ציטופלזמה היפרו-סמוטית. אחד מהם קרא "מלח פנימה" והשני "מלח החוצה"

מנגנון הכנסה

מנגנון זה מתבצע על ידי Archeas ו- Haloanaerobiales (חיידקים הלופיליים מתונים אנאירוביים קפדניים) והוא מורכב בהעלאת הריכוזים הפנימיים של KCl בציטופלזמה שלהם.

עם זאת, הריכוז הגבוה של המלח בציטופלזמה הביא אותם לבצע התאמות מולקולריות לתפקוד תקין של אנזימים תוך תאיים.

עיבודים אלה מורכבים בעיקר מסינתזה של חלבונים ואנזימים העשירים בחומצות אמינו חומציות ועניים בחומצות אמינו הידרופוביות.

מגבלה לסוג זה של אסטרטגיה היא כי לאורגניזמים שמבצעים אותה יש יכולת גרועה להסתגל לשינויים פתאומיים באוסמולריות, ומגבילים את צמיחתם לסביבות עם ריכוז מלוחים גבוה מאוד.

מנגנון סילוק אאוט

מנגנון זה משמש גם על ידי חיידקים הלופיליים וגם שאינם הלופיליים, בנוסף לארכיאאה מתנוגנית הלופילית בינונית.

בכך, המיקרואורגניזם ההלופילי מבצע את האיזון האוסמוטי באמצעות מולקולות אורגניות קטנות שניתן לסנתז על ידיו או לקחת מהמדיום.

מולקולות אלה יכולות להיות פוליאולים (כמו גליצרול וערביניטול), סוכרים כמו סוכרוז, טרחלוז או גלוקוזיל-גליצרול או חומצות אמינו ונגזרות של אמינים מרובעים כמו גליצין-בטאין.

לכולם יש מסיסות גבוהה במים, אין להם מטען ב- pH פיזיולוגי ויכולים להגיע לערכי ריכוז המאפשרים למיקרואורגניזמים אלה לשמור על האיזון האוסמוטי עם הסביבה החיצונית מבלי להשפיע על תפקודם של האנזימים שלהם.

בנוסף, למולקולות אלה יש יכולת לייצב חלבונים כנגד חום, ייבוש או הקפאה.

יישומים

מיקרואורגניזמים הלופיליים מועילים מאוד להשגת מולקולות למטרות ביוטכנולוגיות.

חיידקים אלה אינם מציגים קשיים גדולים שיש לטפח בגלל הדרישות התזונתיות הנמוכות בתקשורת שלהם. הסובלנות שלהם לריכוזי מלח גבוהים ממזערת את הסיכונים לזיהום, מה שהופך אותם לאורגניזמים חלופיים מועילים יותר מאשר E. coli.

בנוסף, על ידי שילוב כושר הייצור שלו ועמידותו בתנאי מליחות קיצוניים, מיקרואורגניזמים הם בעלי עניין רב כמקור למוצרים תעשייתיים, הן בתחום התרופות, הקוסמטיות והביוטכנולוגיות.

כמה דוגמאות:

אנזימים

תהליכים תעשייתיים רבים מפותחים בתנאים קיצוניים, המציעים תחום של יישום לאנזימים המיוצרים על ידי מיקרואורגניזמים קיצוניים, המסוגלים לפעול בערכים קיצוניים של טמפרטורה, pH או מליחות. לפיכך תוארו עמילזות ופרוטאזות, המשמשות בביולוגיה מולקולרית.

פולימרים

באופן דומה, חיידקים הלופיליים הם יצרנים של פולימרים עם פעילי שטח ותכונות מתחלפות בעלי חשיבות רבה בתעשיית הנפט מכיוון שהם תורמים למיצוי נפט גולמי מהתת-קרקע.

מומסים תואמים

למומסים שחיידקים אלה מצטברים בציטופלסמה שלהם יש כוח מייצב ומגן גבוה של אנזימים, חומצות גרעין, ממברנות ואפילו תאים שלמים, נגד הקפאה, ייבוש, denaturation בחום ומליחות גבוהה.

כל זה שימש בטכנולוגיית האנזים כמו גם בתעשיית המזון והקוסמטיקה כדי להאריך את חיי המוצרים.

פסולת ביולוגית

חיידקים הלופיליים מסוגלים להשפיל פסולת רעילה כמו חומרי הדברה, תרופות, קוטלי עשבים, מתכות כבדות ותהליכי מיצוי נפט וגז.

אוכלים

בתחום האוכל הם משתתפים בייצור רוטב סויה.

הפניות

1. דניס PP, Shimmin LC. סטייה אבולוציונית ובחירה בתיווך מליחות בארכיאאה הלופילית. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. אסטרטגיות הסתגלות של מיקרואורגניזמים הלופיליים ו- Debaryomyces hansenii (שמרים הלופיליים). כתב העת האמריקני הלטיני למיקרוביולוגיה. 2002; 44 (3): 137-156.
3. אורן א 'ביונרגטי היבטים של הלופיליזם. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. חיידקים הלופיליים ויישומיהם הביוטכנולוגיים. גב 'סוק וון מיקרוביול. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. אוסמוסנסינג והצטברות חומצות אוסמורגולציה תואמות על ידי חיידקים. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.