- การจัดหมวดหมู่
- ออสโมซิสและความเค็ม
- กลยุทธ์การปรับตัวเพื่อรับมือกับความเค็ม
- กลไกเกลือใน
- กลไกเกลือออก
- การประยุกต์ใช้งาน
- เอนไซม์
- ลีเมอร์
- ตัวละลายที่เข้ากันได้
- การย่อยสลายทางชีวภาพของเสีย
- ฟู้ดส์
- อ้างอิง
ชีวิตชอบเกลือเป็นหมวดหมู่ของเชื้อจุลินทรีย์ทั้ง prokaryotes และยูคาริโอสามารถที่จะทำซ้ำและอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นสูงของเกลือเช่นน้ำทะเลและ hypersaline พื้นที่แห้งแล้ง คำว่า halophile มาจากคำภาษากรีก halos และ filo ซึ่งแปลว่า "คนรักเกลือ"
สิ่งมีชีวิตที่จัดอยู่ในประเภทนี้ยังอยู่ในกลุ่มของสิ่งมีชีวิต Extremophilic กลุ่มใหญ่เนื่องจากพวกมันแพร่กระจายในที่อยู่อาศัยที่มีความเค็มมากซึ่งเซลล์ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จะไม่สามารถดำรงอยู่ได้
ซาลินาสภาพแวดล้อมที่มีความเค็มมากซึ่งเซลล์ฮาโลฟิลิกที่มีการแพร่กระจายมาก โดย H. Zell จาก Wikimedia Commons
ในความเป็นจริงเซลล์ที่มีอยู่ส่วนใหญ่สูญเสียน้ำอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับสื่อที่อุดมไปด้วยเกลือและการคายน้ำนี้ทำให้ในหลาย ๆ กรณีนำไปสู่ความตายอย่างรวดเร็ว
ความสามารถของสิ่งมีชีวิตประเภทฮาโลฟิลิกที่จะสามารถอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้เกิดจากความจริงที่ว่าพวกมันสามารถปรับสมดุลความดันออสโมติกของพวกมันให้สัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและรักษาไซโทพลาซึมแบบไอออสโมติกด้วยสภาพแวดล้อมนอกเซลล์
พวกเขาได้รับการจัดประเภทตามความเข้มข้นของเกลือซึ่งพวกมันสามารถอยู่ได้ในฮาโลไทล์ที่รุนแรงปานกลางอ่อนแอและมีกลิ่นหอม
ตัวแทนของ halophilic บางชนิด ได้แก่ สาหร่ายสีเขียว Dunaliella salina สัตว์ครัสเตเชียนของอาร์ทีเมียหรือหมัดน้ำและเชื้อรา Aspergillus penicillioides และ Aspergillus terreu
การจัดหมวดหมู่
ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตฮาโลฟิลิกทั้งหมดที่สามารถแพร่กระจายได้ในความเข้มข้นของเกลือที่หลากหลาย ในทางตรงกันข้ามพวกเขาแตกต่างกันในระดับความเค็มที่พวกเขาสามารถทนได้
ระดับความคลาดเคลื่อนนี้ซึ่งแตกต่างกันไประหว่างความเข้มข้นของ NaCl ที่เฉพาะเจาะจงมากได้ทำหน้าที่ในการจำแนกประเภทของสารเหล่านี้ว่าเป็นสารฮาโลไทล์ที่รุนแรงปานกลางอ่อนแอและมีความสว่างสูง
กลุ่มของฮาโลไทล์ที่รุนแรงรวมถึงสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่สามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของ NaCl เกิน 20%
ตามมาด้วยฮาโลไทล์ระดับปานกลางที่แพร่กระจายที่ความเข้มข้นของ NaCl ระหว่าง 10 ถึง 20% และฮาโลไทล์ที่อ่อนแอซึ่งทำเช่นนั้นที่ความเข้มข้นต่ำกว่าซึ่งแตกต่างกันระหว่าง 0.5 ถึง 10%
ในที่สุด halotolerantes เป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถรองรับเกลือที่มีความเข้มข้นต่ำเท่านั้น
ออสโมซิสและความเค็ม
มีโปรคาริโอตฮาโลฟีลหลากหลายชนิดที่สามารถต้านทาน NaCl ที่มีความเข้มข้นสูงได้
ความสามารถในการต้านทานสภาวะความเค็มที่แตกต่างกันไปตั้งแต่ระดับต่ำ แต่สูงกว่าเซลล์ที่มีชีวิตส่วนใหญ่สามารถทนได้จนถึงเซลล์ที่รุนแรงมากได้รับมาจากการพัฒนากลยุทธ์ต่างๆ
กลยุทธ์หลักหรือศูนย์กลางคือการหลีกเลี่ยงผลของกระบวนการทางกายภาพที่เรียกว่าออสโมซิส
ปรากฏการณ์นี้หมายถึงการเคลื่อนที่ของน้ำผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านจากสถานที่ที่มีตัวถูกละลายความเข้มข้นต่ำไปยังที่ที่มีความเข้มข้นสูงกว่า
ดังนั้นหากอยู่ในสภาพแวดล้อมนอกเซลล์ (สภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตพัฒนา) มีความเข้มข้นของเกลือสูงกว่าที่อยู่ในไซโทซอลก็จะสูญเสียน้ำออกสู่ภายนอกและจะขาดน้ำจนตาย
ในขณะเดียวกันเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียน้ำนี้พวกมันจะเก็บตัวถูกละลาย (เกลือ) ที่มีความเข้มข้นสูงไว้ในไซโตพลาสซึมเพื่อชดเชยผลกระทบของความดันออสโมติก
กลยุทธ์การปรับตัวเพื่อรับมือกับความเค็ม
แบคทีเรีย Halophilic โดย Maulucioni อ้างอิงจากภาพจาก Commons จาก Wikimedia Commons
กลยุทธ์บางอย่างที่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ใช้ ได้แก่ การสังเคราะห์เอนไซม์ที่สามารถรักษากิจกรรมของมันได้ที่ความเข้มข้นสูงของเกลือเยื่อสีม่วงที่อนุญาตให้เจริญเติบโตผ่านโฟโตโทรฟีเซ็นเซอร์ที่ควบคุมการตอบสนองต่อแสงเช่นโรดอปซินและถุงก๊าซที่ส่งเสริมการเจริญเติบโต ลอยตัว
นอกจากนี้ควรสังเกตว่าสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้เติบโตนั้นค่อนข้างเปลี่ยนแปลงได้ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการอยู่รอดของพวกมัน ดังนั้นพวกเขาจึงพัฒนากลยุทธ์อื่น ๆ ที่ปรับให้เข้ากับเงื่อนไขเหล่านี้
ปัจจัยที่เปลี่ยนแปลงอย่างหนึ่งคือความเข้มข้นของตัวถูกละลายซึ่งไม่เพียง แต่มีความสำคัญในสภาพแวดล้อมที่มีระดับไฮเพอร์ซาลีนเท่านั้น แต่ในสภาพแวดล้อมใด ๆ ที่ฝนตกหรืออุณหภูมิสูงอาจทำให้เกิดการผึ่งให้แห้งและส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของค่าออสโมลาริตี
เพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จุลินทรีย์กลุ่มฮาโลฟิลิกได้พัฒนากลไกสองอย่างที่ช่วยให้พวกมันสามารถรักษาไซโทพลาซึมที่มีไฮโปสโมติก หนึ่งในนั้นเรียกว่า "salt-in" และอีกอัน "salt-out"
กลไกเกลือใน
กลไกนี้ดำเนินการโดย Archeas และ Haloanaerobiales (แบคทีเรียฮาโลฟิลิกระดับปานกลางที่ไม่ใช้ออกซิเจนที่เข้มงวด) และประกอบด้วยการเพิ่มความเข้มข้นภายในของ KCl ในไซโตพลาสซึม
อย่างไรก็ตามความเข้มข้นสูงของเกลือในไซโทพลาสซึมทำให้พวกมันทำการปรับตัวระดับโมเลกุลเพื่อการทำงานปกติของเอนไซม์ภายในเซลล์
การปรับตัวเหล่านี้โดยพื้นฐานแล้วประกอบด้วยการสังเคราะห์โปรตีนและเอนไซม์ที่อุดมไปด้วยกรดอะมิโนที่เป็นกรดและกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำ
ข้อ จำกัด สำหรับกลยุทธ์ประเภทนี้คือสิ่งมีชีวิตที่ดำเนินการดังกล่าวมีความสามารถที่ไม่ดีในการปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงออสโมลาริตีอย่างกะทันหันซึ่ง จำกัด การเติบโตของพวกมันให้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของน้ำเกลือสูงมาก
กลไกเกลือออก
กลไกนี้ใช้โดยแบคทีเรียทั้งชนิดฮาโลฟิลิกและไม่ฮาโลฟิลิกนอกเหนือจากอาร์เคียเมทาโนเจนิกที่มีฮาโลฟิลิกในระดับปานกลาง
ด้วยเหตุนี้จุลินทรีย์ฮาโลฟิลิกจะทำการปรับสมดุลออสโมติกโดยใช้โมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กที่สามารถสังเคราะห์โดยมันหรือนำมาจากตัวกลาง
โมเลกุลเหล่านี้อาจเป็นโพลีออล (เช่นกลีเซอรอลและอะราบินิทอล) น้ำตาลเช่นซูโครสทรีฮาโลสหรือกลูโคซิล - กลีเซอรอลหรือกรดอะมิโนและอนุพันธ์ของควอเทอร์นารีเอมีนเช่นไกลซีน - เบทาอีน
พวกมันทั้งหมดมีความสามารถในการละลายน้ำได้สูงไม่มีประจุที่ pH ทางสรีรวิทยาและสามารถเข้าถึงค่าความเข้มข้นที่ทำให้จุลินทรีย์เหล่านี้สามารถรักษาสมดุลออสโมติกกับสิ่งแวดล้อมภายนอกได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของเอนไซม์ของตัวเอง
นอกจากนี้โมเลกุลเหล่านี้มีความสามารถในการทำให้โปรตีนคงตัวจากความร้อนการผึ่งให้แห้งหรือการแช่แข็ง
การประยุกต์ใช้งาน
จุลินทรีย์ฮาโลฟิลิกมีประโยชน์มากในการได้รับโมเลกุลเพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ
แบคทีเรียเหล่านี้ไม่มีปัญหาสำคัญในการเพาะปลูกเนื่องจากความต้องการทางโภชนาการต่ำในอาหารเลี้ยงเชื้อ ความทนทานต่อความเข้มข้นของน้ำเกลือสูงช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนซึ่งทำให้สิ่งมีชีวิตทางเลือกที่ได้เปรียบมากกว่าเชื้อ E. coli
นอกจากนี้ด้วยการรวมกำลังการผลิตเข้ากับความต้านทานต่อสภาวะที่มีความเค็มมากจุลินทรีย์จึงเป็นที่สนใจอย่างมากในฐานะที่มาของผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมทั้งในด้านเภสัชกรรมเครื่องสำอางและเทคโนโลยีชีวภาพ
ตัวอย่างบางส่วน:
เอนไซม์
กระบวนการทางอุตสาหกรรมจำนวนมากได้รับการพัฒนาภายใต้สภาวะที่รุนแรงซึ่งมีขอบเขตการใช้งานสำหรับเอนไซม์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ Extremophilic ซึ่งสามารถทำหน้าที่ในอุณหภูมิค่า pH หรือความเค็มที่สูงมาก ดังนั้นจึงมีการอธิบายอะไมเลสและโปรตีเอสที่ใช้ในอณูชีววิทยา
ลีเมอร์
ในทำนองเดียวกันแบคทีเรียฮาโลฟิลิกเป็นผู้ผลิตโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติลดแรงตึงผิวและอิมัลซิไฟเออร์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมน้ำมันเนื่องจากมีส่วนช่วยในการสกัดน้ำมันดิบจากดินใต้ผิวดิน
ตัวละลายที่เข้ากันได้
ตัวถูกละลายที่แบคทีเรียเหล่านี้สะสมในไซโทพลาสซึมมีฤทธิ์ในการรักษาเสถียรภาพและการป้องกันสูงของเอนไซม์กรดนิวคลีอิกเยื่อหุ้มเซลล์และแม้แต่เซลล์ทั้งเซลล์ต่อต้านการแช่แข็งการผึ่งให้แห้งการเปลี่ยนสภาพความร้อนและความเค็มสูง
ทั้งหมดนี้ถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีเอนไซม์เช่นเดียวกับในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องสำอางเพื่อยืดอายุของผลิตภัณฑ์
การย่อยสลายทางชีวภาพของเสีย
แบคทีเรียฮาโลฟิลิกสามารถย่อยสลายของเสียที่เป็นพิษเช่นยาฆ่าแมลงยาสารเคมีกำจัดวัชพืชโลหะหนักและกระบวนการสกัดน้ำมันและก๊าซ
ฟู้ดส์
ในด้านอาหารพวกเขามีส่วนร่วมในการผลิตซีอิ๊ว
อ้างอิง
- เดนนิส PP, Shimmin LC. ความแตกต่างของวิวัฒนาการและการคัดเลือกโดยอาศัยความเค็มใน Halophilic Archaea Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
- González-Hernández JC, Peña A. กลยุทธ์การปรับตัวของจุลินทรีย์ฮาโลฟิลิกและ Debaryomyces hansenii (ยีสต์ฮาโลฟิลิก) วารสารจุลชีววิทยาละตินอเมริกา. ปี 2002 44 (3): 137-156.
- Oren A. ลักษณะทางชีวภาพของ halophilism Microbiol Mol Biol Rev.1999; 63: 334-48
- รามิเรซ N, Sandoval AH, Serrano JA แบคทีเรียฮาโลฟิลิกและการใช้งานทางเทคโนโลยีชีวภาพ Rev Soc Ven Microbiol 2004; 24: 1-2.
- ไม้ JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT Osmosensing และ osmoregulatory ตัวถูกละลายที่สะสมโดยแบคทีเรีย Comp Biochem Physiol 2001 130: 437-460