Войти
Алкалифилы - это класс экстремофильных микробов, способных выжить в щелочная (pH примерно 8,5–11) среды, оптимально растущие при pH 10. Эти бактерии можно далее разделить на облигатные алкалифилы (те, которым для выживания требуется высокий pH), факультативные алкалифилы (те, но также растут в нормальных условиях) и галоалкалифилов (те, которые требуют высокого содержания соли для выживания).
Типичная культура бацилл. Многие алкалифилы обладают морфологией бацилл. Рост микробов в щелочных условиях представляет несколько осложнений для нормальной биохимической активности и размножения, так как высокий pH вреден для нормальных клеточных процессов. Например, щелочность может привести к денатурации ДНК, нестабильности плазматической мембраны и инактивации цитозольных ферментов, а также к другим неблагоприятным физиологическим изменениям. Таким образом, чтобы адекватно обойти эти препятствия, алкалифилы должны либо обладать специфическим клеточным механизмом, который лучше всего работает в щелочном диапазоне, либо у них должны быть методы подкисления цитозоля по отношению к внеклеточной среде. Чтобы определить, какие из вышеперечисленных возможностей использует алкалифил, эксперименты показали, что алкалифильные ферменты обладают относительно нормальным оптимумом pH. Определение того, что эти ферменты наиболее эффективно функционируют вблизи физиологически нейтральных диапазонов pH (около 7,5-8,5), было одним из основных шагов в выяснении того, как алкалифилы выживают в интенсивно щелочной среде. Поскольку цитозольный pH должен оставаться почти нейтральным, алкалифилы должны иметь один или несколько механизмов подкисления цитозоля в присутствии сильно щелочной среды.
Алкалифилы поддерживают подкисление цитозоля как пассивными, так и активными способами. При пассивном подкислении было предложено, чтобы клеточные стенки содержали кислые полимеры, состоящие из остатков, таких как галактуроновая кислота, глюконовая кислота, глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота и фосфорная кислота. Вместе эти остатки образуют кислотную матрицу, которая помогает защитить плазматическую мембрану от щелочных условий, предотвращая проникновение ионов гидроксида и позволяя поглощать натрия и ионы гидроксония. Кроме того, пептидогликан в алкалифильном B. subtilis, как было обнаружено, содержит более высокие уровни гексозаминов и аминокислот по сравнению с его нейтрофильным аналогом. Когда алкалифилы теряют эти кислотные остатки в виде индуцированных мутаций, было показано, что их способность расти в щелочных условиях сильно затруднена. Однако общепринято считать, что пассивных методов подкисления цитозоля недостаточно для поддержания внутреннего уровня pH на 2–2,3 ниже уровня внешнего pH; также должны быть активные формы подкисления. Наиболее характерным методом активного подкисления является форма Na + / H + антипортеров. В этой модели ионы H + сначала экструдируются через цепь переноса электронов в дышащих клетках и до некоторой степени через АТФазу в ферментативных клетках. Эта экструзия протонов устанавливает протонный градиент, который приводит в движение электрогенные антипортеры, которые вытесняют внутриклеточный Na + из клетки в обмен на большее количество ионов H +, что приводит к чистому накоплению внутренних протонов. Это накопление протонов приводит к снижению цитозольного pH. Экструдированный Na + можно использовать для симпортов растворенных веществ, которые необходимы для клеточных процессов. Было отмечено, что Na + / H + -антипорт необходим для алкалифильного роста, тогда как нейтрофильные бактерии могут утилизировать либо K + / H + -антипортеры, либо Na + / H + -антипортеры. Если антипортеры Na + / H + блокируются мутацией или другим способом, бактерии становятся нейтрофильными. Натрий, необходимый для этой антипортовой системы, является причиной того, что некоторые алкалифилы могут расти только в соленой среде.
В дополнение к методу экструзии протонов, описанному выше, считается, что общий метод клеточного дыхания у облигатных алкалифилов отличается от нейтрофилов. Как правило, производство АТФ осуществляется путем установления протонного градиента (большая концентрация H + вне мембраны) и трансмембранного электрического потенциала (с положительным зарядом вне мембраны). Однако, поскольку алкалифилы имеют обратный градиент pH, кажется, что производство АТФ, которое основано на сильной движущей силе протонов, будет сильно снижено. Однако верно обратное. Было высказано предположение, что, хотя градиент pH был изменен, трансмембранный электрический потенциал значительно увеличился. Это увеличение заряда вызывает производство большего количества АТФ каждым перемещенным протоном, когда он управляется АТФазой. Исследования в этой области продолжаются.
Алкалифилы обещают несколько интересных применений для биотехнологии и будущих исследований. Алкалифильные методы регулирования pH и производства АТФ представляют интерес в научном сообществе. Однако, возможно, наибольший интерес для алкалифилов представляют их ферменты : щелочные протеазы ; ферменты, разлагающие крахмал; целлюлазы ; липазы ; ксиланазы; пектиназы; хитиназы и их метаболиты, включая: 2-фениламин; каротиноиды ; сидерофоры ; производные холевой кислоты и органические кислоты. Есть надежда, что дальнейшие исследования алкалифильных ферментов позволят ученым собирать алкалифильные ферменты для использования в основных условиях. Исследования, направленные на обнаружение антибиотиков, вырабатываемых алкалифилами, показали некоторый успех, но их сдерживает тот факт, что некоторые продукты, произведенные при высоком pH, нестабильны и непригодны для использования в физиологическом диапазоне pH.
Примеры алкалифилов включают, Natronomonas pharaonis и.
