Psicofili

IL Psicofili Sono un sottotipo di organismi estremofili che è caratterizzato da supportare basse temperature, di solito tra -20 ° C e 10 ° C e occupando habitat permanentemente freddo. Questi organismi sono generalmente batteri o archi; Tuttavia, ci sono metazoari come licheni, alghe, funghi, nematodi e persino insetti e animali vertebrati.

Gli ambienti freddi dominano la biosfera della terra e sono colonizzati da abbondanti e vari microrganismi che svolgono un ruolo potenzialmente critico nei cicli biogeochimici globali.

Licen Xanthoria elegans Un ben noto psicrofilo che può fotosintesi a temperature a partire da -24 ° C. Fotografia scattata in Alberta, Canada. Fonte: Jason Hollinger, Wikimedia Commons

Oltre a sostenere basse temperature, gli organismi psicofili devono anche essere adattati ad altre condizioni estreme, come elevate pressioni, sali elevati di sali e radiazioni ultraviolette elevate.

Caratteristiche degli organismi psicofili

Habitat

I principali habitat degli organismi psicrofili sono:

-Ambienti polari marini.

-Panca o ghiaccio marino.

-Ambienti polari terrestri.

-Lagos di grande altitudine e latitudine.

-Laghi subglaciali.

-Regioni alpine fredde.

-Superfici del ghiacciaio.

-Deserti polari.

-Oceano profondo.

Adattamenti

Gli psicofili sono protetti dal congelamento da diversi adattamenti. Uno di questi è la flessibilità delle loro membrane cellulari, che ottengono tra cui un alto contenuto di acidi grassi corti e insaturi nelle strutture delle loro membrane lipidiche.

L'effetto dell'incorporazione di questi acidi grassi è la diminuzione del punto di fusione, aumentando la loro fluidità e resistenza.

Un altro importante adattamento degli psicofili consiste nella sintesi di proteine ​​antigelo. Queste proteine ​​mantengono l'acqua corporea in uno stato liquido e proteggono il DNA quando le temperature scendono sotto il punto di congelamento dell'acqua. Impediscono anche la formazione o la ricristallizzazione del ghiaccio.

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Tipi di psicrofili ed esempi

Organismi unicellulari

La diversità degli psicofili unicellulari è molto grande, tra questi possiamo menzionare i membri della maggior parte dei lignaggi batterici: Acidobatteri, Actinobacteria, Bacteroides, Chloroflexi, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetetes, OP10 e plantomieceti.

Inoltre, proteobatteri e verruchomicrobia. Sono stati rilevati anche in Groenlandia, Canada, Tibet e Himalaya.

Tra i cianobatteri psicrofili che troviamo Leptolle, Phormidium e Nostoc. Altri generi comuni sono unicellulari Aphanothece, Chroococcus E Charnaesifon, e il filamentoso Oscillatorio, Microcoleo, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalio E Plectonerna.

Organismi multicellulari

Tra gli insetti psicrofili possiamo nominare il genere Diamesa dell'Himalaya (Nepal), che rimane attivo fino a raggiungere una temperatura di -16 ° C.

C'è anche la lontra Mog (senza ali), Antartide Belgio, 2-6 mm di lunghezza, endemico in Antartide. Questo è l'unico insetto nel continente e anche l'unico animale esclusivamente terrestre.

Gli animali vertebrati possono anche essere psicrofili. Alcuni esempi includono un piccolo numero di rane, tartarughe e un serpente che utilizza il congelamento dell'acqua extracellulare (acqua al di fuori delle cellule) come strategia di sopravvivenza per proteggere le loro cellule durante l'inverno.

Il nematodo antartico Davidi Panagroimus può sopravvivere al congelamento dell'acqua intracellulare e poi crescere e riprodursi.

Anche il pesce della famiglia Channichthyidae, che vivono nelle acque fredde dell'Antartide e del Sud America, ausare le proteine ​​antigelo per proteggere le loro cellule dal completo congelamento.

Temperature di crescita e organismi psicrofili

La temperatura massima (t_Max) di una crescita organistica è la più alta che questo può tollerare. Mentre la temperatura ottimale (t_Optare) La crescita è quella in cui l'organismo cresce più velocemente.

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È generalmente considerato che tutti gli organismi che sopravvivono e si sviluppano a basse temperature siano psicofili. Tuttavia, come sappiamo, il termine Psicofilo Dovrebbe essere applicato solo a quegli organismi il cui t_Max è 20 ° C (cioè non possono sopravvivere a temperature più elevate).

Sono stati isolati microrganismi provenienti da aree molto fredde, il che può crescere in condizioni di laboratorio a temperature superiori a 20 ° C, il che indica che sebbene siano adattati a basse temperature, non dovrebbero essere considerati psicrofili. Questi microrganismi sono chiamati "mesotoleranti", cioè tollerano le temperature medie.

Methanococcoides burtonii E Methanogenium frigidum Nel lago asso

Methanococcoides burtonii È un archivi estremofili e metanogeni isolati dal lago Ace in Antartico, dove la temperatura varia tra 1 e 2 ° C. Tuttavia, negli studi di laboratorio si è scoperto che la sua t_Optare La crescita è di 23 ° C e T_Max  È 28 ° C, quindi non dovrebbe essere considerato psicrofilo.

Methanogenium frigidum È anche un metanogena e halophil_Optare  15 ° C e A T_Max 18 ° C, essendo possibile classificarlo come psicrofila.

Si potrebbe prendere in considerazione che lo psicrofilo M. Frigido Dovrebbe essere meglio adattato a basse temperature che M. Burtonii. Tuttavia, M. Burtonii cresce più velocemente di M. Frigido A temperature da 1 a 2 ° C a Lake Ace.

Questi dati indicano che ci sono altri ambientali (fattori biotici e abiotici), oltre alla temperatura, che influenzano la crescita della popolazione di questi microrganismi nel loro habitat naturale.

La sopravvivenza di un organismo in un determinato ambiente dipende dalla combinazione di più fattori ambientali e non dall'effetto di uno solo. D'altra parte, ogni microrganismo ha requisiti specifici (diversi dalla temperatura), che influenzano anche le loro prestazioni.

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In caso di M. Burtonii E M. Frigido, È noto che ognuno utilizza diverse fonti di carbonio ed energia: M. Burtonii Usa substrati metilati, mentre M. Frigido Usa h₂: Co₂ Per la sua crescita. Il lago asso è saturo di metano, che favorisce la crescita di M. Burtonii.

Spichopyxis alaskensis e Haloarchaea

Spichopyxis alaskensis È un batterio isolato di acque marine dell'emisfero settentrionale, dove prevaleno le temperature di 4 - 10 ° C. D'altra parte, le aloarchaea, che sono archi che abitano le acque sale molto sature, crescono a -20 ° C di temperatura.

Nonostante presentasse alte popolazioni nei loro habitat naturali, nessuno di questi microrganismi è stato coltivato in laboratorio a meno di 4 ° C.

Allo stesso tempo, S. Alaskensis Ha una T_Max 45 ° C e Haloarchaea possono crescere a temperature superiori a 30 ° C, quindi non potevano essere considerati psicrofili. Tuttavia, le loro popolazioni sono ben adattate e sono molto abbondanti in aree estremamente fredde.

Da quanto sopra possiamo supporre che ci siano altri fattori ambientali limitanti che influenzano la sopravvivenza di questi organismi nei loro habitat naturali e la temperatura del peso maggiore non è la temperatura.

Applicazioni biotecnologiche

Gli enzimi degli organismi psicofili sono caratterizzati da alta attività a temperature basse e moderate. Inoltre, questi enzimi hanno una scarsa stabilità termica.

A causa di queste caratteristiche, gli enzimi degli organismi psicrofili sono molto attraenti da applicare in vari processi di cibo, medicina, biologia molecolare, nell'industria farmaceutica, tra gli altri.

Riferimenti

1. Sul concetto di psicrofilo. The Isme Journal, 10 (4), 793-795. Doi: 10.1038/ismej.2015.160
2. Psicrofili: dalla biodiversità alla biotecnologia. Seconda edizione. Springer Verlag, Heidelberg, Germania. pp. 685.