Войти
Психрофилы или криофилы (прил. Психрофилы или криофильные) - это экстремофильные организмы, которые способны расти и размножаться при низких температурах, в диапазоне от -20 ° C до +10 ° C. Они обитают в местах, где постоянно холодно, например, в полярных регионах и в морских глубинах. Их можно сравнить с термофилами, которые представляют собой организмы, которые процветают при необычно высоких температурах. Психрофил по-гречески означает «любящий холода».
Многие такие организмы являются бактериями или архей, но некоторые эукариоты, такие как лишайники, снежные водоросли., грибы и бескрылые мошки также относятся к психрофилам.
lichen Xanthoria elegans может продолжать фотосинтез при -24 ° C. Холодная среда, в которой обитают психрофилы, распространена на Земле повсеместно, поскольку большая часть поверхности нашей планеты испытывает температуры ниже 15 ° C. Они присутствуют в вечной мерзлоте, полярных льдах, ледниках, снежниках и глубоководных водах океана. Эти организмы также можно найти в очагах морского льда с высоким содержанием соли. Микробная активность была измерена в почвах, замерзших до температуры ниже -39 ° C. Помимо предельной температуры, психрофилы также должны адаптироваться к другим экстремальным условиям окружающей среды, которые могут возникнуть в результате их среды обитания. Эти ограничения включают высокое давление в морских глубинах и высокую концентрацию соли на некоторых морских льдах.
Психрофилы защищены от замерзания и расширения льда за счет иссушения, вызванного льдом. и стеклование (стеклование), пока они медленно остывают. Свободные живые клетки высыхают и остекловываются при температуре от −10 ° C до −26 ° C. Клетки многоклеточных организмов могут остекловываться при температуре ниже −50 ° C. Клетки могут продолжать иметь некоторую метаболическую активность во внеклеточной жидкости вплоть до этих температур, и они остаются жизнеспособными после восстановления до нормальных температур.
Они также должны преодолевать жесткость своей липидной клеточной мембраны, так как это важно для выживания и функциональности этих организмов. Для этого психрофилы адаптируют липидные мембранные структуры с высоким содержанием коротких, ненасыщенных жирных кислот. По сравнению с более насыщенными жирными кислотами, включение этого типа жирных кислот позволяет липидной клеточной мембране иметь более низкую температуру плавления, что увеличивает текучесть мембран. Кроме того, в мембране присутствуют каротиноиды, которые помогают регулировать ее текучесть.
Белки-антифризы также синтезируются для сохранения жидкости во внутреннем пространстве психрофилов и защиты их ДНК, когда температура опускается ниже точки замерзания воды. Таким образом, белок предотвращает образование льда или процесс перекристаллизации.
Предполагается, что ферменты этих организмов участвуют во взаимосвязи активности, стабильности и гибкости в качестве метода адаптации к холоду; гибкость их ферментной структуры будет увеличиваться, чтобы компенсировать эффект замораживания окружающей среды.
Некоторые криофилы, такие как грамотрицательные бактерии Vibrio и Aeromonas spp., могут переходить в жизнеспособные но некультивируемое (VBNC) состояние. Во время VBNC микроорганизм может дышать и использовать субстраты для обмена веществ, однако он не может воспроизводиться. Преимущество этого состояния в том, что оно очень обратимо. Обсуждается, является ли VBNC активной стратегией выживания или в конечном итоге клетки организма больше не смогут восстанавливаться. Однако есть доказательства, что это может быть очень эффективным - было показано, что грамположительные бактерии Actinobacteria жили около 500 000 лет в условиях вечной мерзлоты в Антарктиде, Канаде и Сибири.
Бескрылая мошка ( Chironomidae ) Belgica antarctica.Психрофилы включают бактерии, лишайники, грибы и насекомых.
К бактериям, способным переносить сильный холод, относятся Arthrobacter sp., Psychrobacter sp. и представители родов Halomonas, Pseudomonas, Hyphomonas и Sphingomonas. Другой пример - Chryseobacterium greenlandensis, психрофил, обнаруженный во льду возрастом 120 000 лет.
и Xanthoria elegans - это лишайники, которые, как было зарегистрировано, фотосинтезируют при температурах до -24 ° C, и они могут расти примерно до -10 ° C. Некоторые многоклеточные эукариоты также могут быть метаболически активными при минусовых температурах, например, некоторые хвойные деревья; представители семейства Chironomidae все еще активны при -16 ° C.
Penicillium - это род грибов, обитающих в самых разных средах, включая экстремальные холода.
Среди них Психрофильные насекомые Grylloblattidae или ледяные ползунки, обитающие на вершинах гор, имеют оптимальную температуру в пределах 1–4 ° C. Бескрылая мошка (Chironomidae) Belgica antarctica может переносить соль, замораживание и сильный ультрафиолет, и у нее самый маленький из известных насекомых геном. Небольшой геном, состоящий из 99 миллионов пар оснований, считается адаптивным к экстремальным условиям.
Психротрофные насекомые могут выживают при низких температурах с помощью нескольких общих механизмов (в отличие от условно-патогенных и чувствительных к холоду насекомых): (1) устойчивость к холоду, (2) избегание замораживания и (3) устойчивость к замораживанию. Устойчивые к холоду насекомые гибнут от отрицательных температур после длительного воздействия умеренных или умеренных отрицательных температур. Избегающие замораживания насекомые могут выжить в течение продолжительных периодов времени при температурах ниже точки замерзания в переохлажденном состоянии, но погибают при их точке переохлаждения. Устойчивые к замораживанию насекомые могут пережить образование кристаллов льда внутри своего тела при минусовых температурах. Утверждается, что морозостойкость у насекомых является непрерывной, при этом некоторые виды насекомых проявляют частичную (например, Tipula paludosa, Hemideina thoracica), умеренную (например, Cryptocercus punctulatus) и сильную морозостойкость (например, Eurosta solidaginis и Syrphus ribesii), и другие виды насекомых, демонстрирующие морозостойкость с низкой точкой переохлаждения (например, Pytho deplanatus).
Психротрофные микробы способны расти при температурах ниже 7 ° C (44,6 ° F), но лучше развиваются при более высоких температурах. Психротрофные бактерии и грибки могут расти при температуре охлаждения и могут быть причиной порчи продуктов. Они позволяют оценить срок годности продукта, но их также можно найти в почвах, в поверхностных и глубоководных водах, в антарктических экосистемах и в продуктах питания.
Психротрофные бактерии вызывают особую озабоченность у молочная промышленность. Большинство погибает от пастеризации ; однако они могут присутствовать в молоке в виде постпастеризационных загрязнителей из-за неадекватных санитарных норм. По данным отдела пищевых наук Корнельского университета, психротрофы - это бактерии, способные расти при температурах не выше 7 ° C (44,6 ° F). При отрицательных температурах рост психротрофных бактерий становится незначительным или практически прекращается.
Все три субъединицы фермента RecBCD необходимы для физиологической активности фермента в Антарктике Pseudomonas syringae, а именно для восстановления повреждения ДНК и поддерживая рост при низкой температуре. Ферменты RecBCD могут обмениваться между психрофильными P. syringae и мезофильными E. coli, если они снабжены всем белковым комплексом одного и того же вида. Однако белки RecBC (RecBCPs и RecBCEc) двух бактерий не эквивалентны; RecBCEc является опытным в рекомбинации и репарации ДНК и поддерживает рост P. syringae при низкой температуре, в то время как RecBCPs недостаточно для этих функций. Наконец, как геликазная, так и нуклеазная активность RecBCDP важны для репарации ДНК и роста P. syringae при низкой температуре, но активность RecB-нуклеазы не важна in vivo.
В 1940 году ЗоБелл и Конн заявили, что никогда не встречали «настоящих психрофилов» или организмов, которые лучше всего растут при относительно низких температурах. В 1958 году Дж. Л. Ингрэхэм поддержал это, заключив, что существует очень мало или, возможно, совсем нет бактерий, которые соответствуют определениям психрофилов в учебниках. Ричард Ю. Морита подчеркивает это, используя термин психротроф для описания организмов, не соответствующих определению психрофилов. Путаница между терминами психротрофы и психрофилы возникла из-за того, что исследователи не знали о термолабильности психрофильных организмов при лабораторных температурах. Из-за этого ранние исследователи не определили кардинальные температуры для своих изолятов.
Сходство между этими двумя заключается в том, что они оба способны расти при нуле, но оптимальные и верхние температурные пределы для роста ниже для психрофилы по сравнению с психротрофами. Психрофилы также чаще изолированы от постоянно холодных мест обитания, чем психротрофы. Хотя психрофильные ферменты по-прежнему используются недостаточно, потому что стоимость производства и обработки при низких температурах выше, чем для коммерческих ферментов, которые используются в настоящее время, внимание и возрождение исследовательского интереса к психрофилам и психротрофам будут способствовать улучшению окружающая среда и желание сберегать энергию.
