дома нескучно
Как весело и с пользой пережить самоизоляцию

Кто такие экстремофилы и как их можно использовать?

9 November 2019
Экстремофилы. https://images.app.goo.gl/8tsSVuJyW6D6Cf6p9
Экстремофилы. https://images.app.goo.gl/8tsSVuJyW6D6Cf6p9

Экстремофильные микроорганизмы процветают в суровых условиях, где другие организмы не могут даже выжить. Экстремофилы широко распространены и представляют собой функционально разнообразную группу организмов, которая включает термофилов, психрофилов, ацидофилов, алкалофилов, галофилов, барофилов, металофилов и радиофилов.

У экстремофилов есть потенциал для производства биомолекул высокой релевантности для белых, серых и красных биотехнологических секторов.

Эти микроорганизмы продуцируют экстремофильные ферменты (экстремозимы) и защитные органические биомолекулы (экстремолиты), которые передают свойства, необходимые для выживания в экстремальных условиях окружающей среды.

Экология и классификация экстремофилов

Экстремофилы – это организмы, которые приспособились к процветанию в экологических нишах, непригодных для жизни для других, например, глубоководные гидротермальные источники, горячие источники, сульфатные поля, содовые озера, внутренние соленые системы, солнечные солевые установки, горячие и холодные пустыни, окружающая среда, сильно загрязненная ядерными отходами или тяжелыми металлами, а также литиевая или горная среда.

Горячие источники. https://pixabay.com/ru/photos/%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D1%8F-%D0%B3%D0%B5%D0%B9%D0%B7%D0%B5%D1%80-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-921769/
Горячие источники. https://pixabay.com/ru/photos/%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D1%8F-%D0%B3%D0%B5%D0%B9%D0%B7%D0%B5%D1%80-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-921769/

Психрофилы – это экстремофилы, которые приспособлены к сильному холоду, а галофилы описывают тех, которые процветают в присутствии высоких концентраций соли. Каждый тип микроорганизмов использует различные стратегии выживания, чтобы добиться успеха в 4 своих условиях

Психрофильные прокариоты широко распространены среди бактерий и археев и могут быть обнаружены в родах Aletromonas, Halobacterium, Shewanella, Psychrobacter, Pseudoalteromonas, Arthrobacter, Colwellia, Gelidibacter, Marinobacter, Psychroflexus, Pseudomonas, Methanolobus и др.

В дополнение к адаптации для кислой среды, ацидофилы также обычно адаптированы к средам с высокими температурами, высокой соленостью или концентрациями тяжелых металлов, потому что эти условия часто встречаются, например, в зонах кислотного дренажа.

В то же время алкалофилы процветают в щелочных средах, таких как почвы на основе гипса или озера с содой, и часто являются галофилами. К ним относятся бактерии различных родов, в том числе Bacillus, Halomonas и Pseudomonas, а также археи из родов Halalkalicoccus, Halobiforma, Halorubrum, Natrialba, Natronococcus и Natronorubrum.

В глубоководных подземных средах находятся пьезофилы (барофилы) – группа экстремофилов, которые продуцируют совместимые растворители и полиненасыщенные жирнех кислоты и образуют мультимерные и антиоксидантные белки, которые позволяют им выживать при чрезвычайно высоких гидростатических давлениях.

Большинство пьезофилов являются психрофильными грамотрицательными бактериальными видами, которые принадлежат к родам Shewanella, Psychromonas, Photobacterium, Colwellia, Thioprofundum и Moritella, но некоторые из них являются археями и встречаются среди родов Thermococcus, Sulfolobus и Pyrococcs.

Археи рода Thermococcus.
https://yandex.ru/images/search?from=tabbar&text=%D0%B0%D1%80%D1%85%D0%B5%D0%B8&pos=0&img_url=https%3A%2F%2Fwww.mpg.de%2F12305543%2Fteaser-1538123011.jpg&rpt=simage
Археи рода Thermococcus.
https://yandex.ru/images/search?from=tabbar&text=%D0%B0%D1%80%D1%85%D0%B5%D0%B8&pos=0&img_url=https%3A%2F%2Fwww.mpg.de%2F12305543%2Fteaser-1538123011.jpg&rpt=simage

Адаптация к высоким концентрациям тяжелых металлов (в остальном необходимых в качестве микроэлементов) позволяет металлофилам процветать на участках, загрязненных металлами.

Металлофилы также являются ацидофилами и включают в себя как бактерии из родов Acidithiobaccoillus, Leptospirillum, Alicyclobacillus, Acidiphilium, Acidiphilium, Acidimicrobium, Ferrimicrobium и Sulfobaccoillus и археи из рода Acroplasma, Acidiplasma, Sulfolobus.

В средах с высоким окислительным стрессом и радиацией (УФ, гамма и рентгеновское излучение) радиофилы процветают благодаря своей способности к восстановлению обширных повреждений ДНК.

Радиофилы обнаружены среди различных микробных групп и видов, включая бактерии родов Deinococcus, Bacillus, Rubrobacter и Kineococcus; семейство Geodermatophilaceae и цианобактерии, включая роды Nostoc и Chroococcidiopsis.

Потенциальное применение экстремофильных бактерий и архей

Биокатализаторы – это целые микробные клетки или ферменты, которые могут быть использованы в биохимических реакциях 3-х современных биотехнологий.

Интерес к биокатализаторам в последнее время возрос с ростом и развитием биотехнологий как стратегии достижения экономики, основанной на биоиспользовании:

1. Белая (или промышленная) биотехнология направлена на решение экологических и экономических проблем, связанных с ростом спроса на энергию и топливо и последующими ценами на нефтепродукты. Она использует биокатализаторы для преобразования возобновляемых ресурсов, таких как отходы и побочные продукты, в химические вещества, биополимеры, биоматериалы и биотопливо.

2. Серые (или экологические) биотехнологии применяют биокатализаторы для биорекультивации загрязненных участков.

3. А красные (или медицинские и фармацевтические) биотехнологии используют микроорганизмы для производства фармацевтических препаратов.

Заключение

Таким образом, в последнее время расширяется поиск новых источников выделения, экспериментальных процедур и аналитических методов для выявления надежных биокатализаторов.

В частности, экстремофилам уделяется все больше внимания, некоторые из них были получены в чистой культуре, их геномы проанализированы, а их ферменты охарактеризованы либо академическими, либо промышленными лабораториями.