HALOFILLER: SINIFLANDIRMA, OZMOZ, UYGULAMALAR, ÖRNEKLER - BIYOLOJI - 2025

Halofilik organizmalar böyle deniz suyu ve hypersaline kurak alanlar olarak tuz konsantrasyonu yüksek olan ortamlarda çoğalabilen ve canlı mikroorganizmaların bir kategori, hem prokaryot ve ökaryot vardır. Halofil terimi, "tuz aşığı" anlamına gelen Yunanca halos ve filo kelimelerinden gelir.

Bu kategoride sınıflandırılan organizmalar, aynı zamanda, yaşayan hücrelerin çoğunun hayatta kalamayacağı aşırı tuzluluk habitatlarında çoğaldıklarından, büyük Ekstremofilik organizmalar grubuna aittir.

Salinas, aşırı halofilik hücrelerin çoğaldığı aşırı tuzluluk ortamları. Wikimedia Commons'tan H. Zell tarafından.

Aslında, mevcut hücrelerin büyük çoğunluğu, tuz bakımından zengin ortama maruz kaldıklarında hızla su kaybederler ve çoğu durumda hızla ölüme yol açan bu dehidrasyondur.

Halofilik organizmaların bu ortamlarda yaşayabilme kabiliyetleri, ozmotik basınçlarını çevre ile ilişkili olarak dengeleyebilmeleri ve hücre dışı ortam ile izosmotik sitoplazmalarını sürdürebilmelerinden kaynaklanmaktadır.

Aşırı, orta, zayıf ve halotolerant halofillerde yaşayabilecekleri tuz konsantrasyonuna göre sınıflandırılmışlardır.

Bazı halofilik temsilciler, yeşil alg Dunaliella salina, Artemia cinsinin kabukluları veya su piresi ve Aspergillus penicillioides ve Aspergillus terreu mantarlarıdır.

sınıflandırma

Tüm halofilik organizmalar geniş bir tuz konsantrasyonları aralığında çoğalamaz. Aksine, tolere edebildikleri tuzluluk derecesi bakımından farklılık gösterirler.

Çok spesifik NaCl konsantrasyonları arasında değişen bu tolerans seviyesi, onları aşırı, orta, zayıf ve halotolerant halofiller olarak sınıflandırmaya hizmet etti.

Aşırı halofiller grubu, NaCl konsantrasyonlarının% 20'yi aştığı ortamları doldurabilen tüm organizmaları içerir.

Bunları% 10 ile% 20 arasındaki NaCl konsantrasyonlarında çoğalan orta derecede halofiller izler; ve% 0.5 ile% 10 arasında değişen daha düşük konsantrasyonlarda bunu yapan zayıf halofiller.

Son olarak, halotolerantlar, sadece düşük tuz konsantrasyonlarını destekleyebilen organizmalardır.

Ozmoz ve tuzluluk

Yüksek NaCl konsantrasyonlarına direnebilen çok çeşitli prokaryotik halofiller vardır.

Düşükten, ancak çoğu canlı hücrenin tolere edebileceğinden çok daha yüksek olan tuzluluk koşullarına direnme yeteneği, çoklu stratejilerin geliştirilmesi sayesinde kazanılmıştır.

Ana veya merkezi strateji, ozmoz olarak bilinen fiziksel bir sürecin sonuçlarından kaçınmaktır.

Bu fenomen, suyun yarı geçirgen bir membrandan, düşük çözünen konsantrasyonu olan bir yerden daha yüksek konsantrasyonlu bir yere hareketini ifade eder.

Sonuç olarak, hücre dışı ortamda (bir organizmanın geliştiği ortam), sitozolundakinden daha yüksek tuz konsantrasyonları varsa, dışarıya su kaybeder ve ölüme kadar susuz kalır.

Bu arada, bu su kaybını önlemek için, ozmotik basıncın etkilerini telafi etmek için sitoplazmalarında yüksek konsantrasyonlarda çözelti (tuz) depolarlar.

Tuzlulukla başa çıkmak için uyarlanabilir stratejiler

Halofilik bakteriler. Maulucioni tarafından Commons'tan, Wikimedia Commons'tan gelen görüntülere dayanmaktadır.

Bu organizmalar tarafından kullanılan stratejilerden bazıları şunlardır: aktivitelerini yüksek tuz konsantrasyonlarında koruyabilen enzimlerin sentezi, fototrofi yoluyla büyümeye izin veren mor zarlar, rodopsin gibi fototaktik tepkiyi düzenleyen sensörler ve büyümelerini destekleyen gaz keseleri. yüzdürme.

Ek olarak, bu organizmaların büyüdüğü ortamların oldukça değişken olduğu ve bunların hayatta kalmaları için bir risk yarattığı unutulmamalıdır. Bu nedenle, bu koşullara uyarlanmış başka stratejiler geliştirirler.

Değişen faktörlerden biri, yalnızca aşırı tuzlu ortamda değil, yağmurların veya yüksek sıcaklıkların kurumaya ve sonuç olarak ozmolaritede değişikliklere neden olabileceği her ortamda önemli olan çözünen maddelerin konsantrasyonudur.

Bu değişikliklerle başa çıkmak için, halofilik mikroorganizmalar, hiperosmotik bir sitoplazmayı sürdürmelerine izin veren iki mekanizma geliştirdiler. Bunlardan biri "salt-in", diğeri "salt-out" olarak adlandırıldı

Tuz koyma mekanizması

Bu mekanizma, Archeas ve Haloanaerobiales (katı anaerobik orta halofilik bakteri) tarafından gerçekleştirilir ve sitoplazmalarındaki KCl'nin iç konsantrasyonlarının yükseltilmesinden oluşur.

Bununla birlikte, sitoplazmadaki yüksek tuz konsantrasyonu, hücre içi enzimlerin normal işleyişi için moleküler adaptasyonlar yapmalarına yol açmıştır.

Bu adaptasyonlar temelde asidik amino asitler bakımından zengin ve hidrofobik amino asitler bakımından fakir proteinlerin ve enzimlerin sentezinden oluşur.

Bu tür bir strateji için bir sınırlama, onu gerçekleştiren organizmaların ozmolaritedeki ani değişikliklere uyum sağlama kapasitelerinin zayıf olması ve büyümelerini çok yüksek tuz konsantrasyonlarına sahip ortamlarla sınırlandırmasıdır.

Tuz boşaltma mekanizması

Bu mekanizma, orta dereceli halofilik metanojenik arkaya ek olarak hem halofilik hem de halofilik olmayan bakteriler tarafından kullanılır.

Bunda halofilik mikroorganizma, kendisi tarafından sentezlenebilen veya ortamdan alınabilen küçük organik moleküller kullanarak ozmotik dengeyi gerçekleştirir.

Bu moleküller polioller (gliserol ve arabinitol gibi), sükroz, trehaloz veya glukozil-gliserol gibi şekerler veya amino asitler ve glisin-betain gibi kuaterner aminlerin türevleri olabilir.

Hepsi suda yüksek çözünürlüğe sahiptir, fizyolojik pH'da hiçbir yükü yoktur ve bu mikroorganizmaların kendi enzimlerinin işleyişini etkilemeden dış ortam ile ozmotik dengesini korumalarına imkan veren konsantrasyon değerlerine ulaşabilirler.

Ek olarak, bu moleküller proteinleri ısıya, kurumaya veya donmaya karşı stabilize etme kabiliyetine sahiptir.

Uygulamalar

Halofilik mikroorganizmalar, biyoteknolojik amaçlarla moleküller elde etmek için çok faydalıdır.

Bu bakteriler, besiyerindeki düşük besin gereksinimleri nedeniyle yetiştirilmesinde büyük zorluklar oluşturmaz. Yüksek tuz konsantrasyonlarına toleransları, kontaminasyon risklerini en aza indirir ve bu da onları E. coli'den daha avantajlı alternatif organizmalar haline getirir.

Ayrıca üretim kapasitesi ile aşırı tuzluluk koşullarına karşı dayanıklılığını birleştirerek, mikroorganizmalar hem farmasötik, hem kozmetik hem de biyoteknolojik alanlarda endüstriyel ürün kaynağı olarak büyük ilgi görmektedir.

Bazı örnekler:

Enzimler

Ekstremofilik mikroorganizmalar tarafından üretilen enzimler için bir uygulama alanı sunan, aşırı sıcaklık, pH veya tuzluluk değerlerinde hareket edebilen aşırı koşullar altında birçok endüstriyel işlem geliştirilmiştir. Böylece moleküler biyolojide kullanılan amilazlar ve proteazlar tarif edilmiştir.

Polimerler

Benzer şekilde, halofilik bakteriler, ham petrolün alt topraktan çıkarılmasına katkıda bulundukları için petrol endüstrisinde büyük önem taşıyan yüzey aktif ve emülsifiye edici özelliklere sahip polimer üreticileridir.

Uyumlu çözümler

Bu bakterilerin sitoplazmalarında biriktirdikleri çözünen maddeler, donmaya, kurumaya, ısı denatürasyonuna ve yüksek tuzluluğa karşı enzimlerin, nükleik asitlerin, zarların ve hatta tüm hücrelerin yüksek stabilize ve koruyucu gücüne sahiptir.

Tüm bunlar, ürünlerin ömrünü uzatmak için enzim teknolojisinin yanı sıra gıda ve kozmetik endüstrisinde de kullanılmıştır.

Atık biyolojik bozunma

Halofilik bakteriler, pestisitler, farmasötikler, herbisitler, ağır metaller ve petrol ve gaz çıkarma işlemleri gibi toksik kalıntıları parçalayabilir.

Gıdalar

Gıda alanında soya sosu üretimine katılırlar.

Referanslar

1. Dennis PP, Shimmin LC. Halofilik Archaea'da evrimsel ıraksama ve tuzluluk aracılı seleksiyon. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Halofilik mikroorganizmaların adaptasyon stratejileri ve Debaryomyces hansenii (halofilik maya). Latin American Journal of Microbiology. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Halofilizmin biyonerjetik yönleri. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Halofilik bakteriler ve biyoteknolojik uygulamaları. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Ahşap JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Ozmosensing ve osmoregülatör uyumlu çözünen maddeler bakteriler tarafından biriktirilir. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.