Psychophile - Wikipedia

Psychrophile oder Kryophile (adj. Psychrophil oder kryophil) sind extremophile Organismen, die bei niedrigen Temperaturen von -20 ° C ^[1] bis +10 ° C wachsen und sich vermehren können . Sie sind an Orten zu finden, die dauerhaft kalt sind, wie in den Polarregionen und der Tiefsee. Sie können mit Thermophilen verglichen werden, Organismen, die bei ungewöhnlich hohen Temperaturen gedeihen. Psychrophile ist Griechisch für "kaltliebend".

Viele dieser Organismen sind Bakterien oder Archaeen, aber einige Eukaryonten wie Flechten, Schneealgen, Pilze und flügellose Mücken werden ebenfalls als Psychrophile eingestuft.

Biology [ edit ]

Habitat [ edit ]

Die kalten Umgebungen, in denen Psychrophile leben, sind auf der Erde allgegenwärtig unserer Planetenoberfläche erfährt Temperaturen unter 15 ° C. Sie sind im Permafrost, in Polareis, in Gletschern, in Schneefeldern und in tiefen Meeresgewässern vorhanden. Diese Organismen befinden sich auch in Salzsee-Taschen mit hohem Salzgehalt. ^[3] Mikrobielle Aktivität wurde in unter -39 ° C gefrorenen Böden gemessen. ^[4] Neben ihrer Temperaturgrenze müssen sich auch Psychrophile an andere Extremitäten anpassen Umweltbeschränkungen, die sich aus ihrem Lebensraum ergeben können. Zu diesen Einschränkungen zählen hoher Druck in der Tiefsee und hohe Salzkonzentration auf etwas Meereis. ^[5][3]

Anpassungen [ ]

Psychrophile werden vor dem Einfrieren und der Ausdehnung des Eises durch Eis geschützt Desikkation und Verglasung (Glasübergang), solange sie langsam abkühlen. Freie lebende Zellen trocknen aus und scheiden zwischen -10 ° C und -26 ° C aus. Zellen multizellulärer Organismen können bei Temperaturen unter -50 ° C vitrifizieren. Die Zellen können bis zu diesen Temperaturen noch etwas metabolische Aktivität in der extrazellulären Flüssigkeit haben und bleiben lebensfähig, sobald sie wieder normale Temperaturen erreicht haben. ^[1]

Sie müssen auch die Versteifung ihrer Lipidzelle überwinden Membran, da dies für das Überleben und die Funktionalität dieser Organismen wichtig ist. Um dies zu erreichen, passen Psychrophile Lipidmembranstrukturen an, die einen hohen Gehalt an kurzen, ungesättigten Fettsäuren aufweisen. Verglichen mit längeren gesättigten Fettsäuren ermöglicht der Einbau dieser Art von Fettsäure, dass die Lipidzellmembran einen niedrigeren Schmelzpunkt hat, was die Fließfähigkeit der Membranen erhöht. ^[6] Außerdem sind Carotinoide in der Membran vorhanden, die zur Modulation beitragen Die Fließfähigkeit davon. ^[7]

Frostschutzproteine ​​werden auch synthetisiert, um den Innenraum von Psychrophilen flüssig zu halten und ihre DNA zu schützen, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt des Wassers fallen. Auf diese Weise verhindert das Protein die Entstehung von Eisbildung oder Rekristallisation. ^[7]

Man vermutet, dass die Enzyme dieser Organismen eine Aktivitäts-Stabilitäts-Flexibilität-Beziehung als Methode eingehen Anpassung an die Kälte; Die Flexibilität ihrer Enzymstruktur wird zunehmen, um den Gefriereffekt ihrer Umgebung zu kompensieren. ^[3]

Bestimmte Kryophile wie gramnegative Bakterien Vibrio und Aeromonas spp. Kann in einen lebensfähigen, aber nicht kultivierbaren (VBNC) Zustand übergehen. ^[8] Während der VBNC kann ein Mikroorganismus Substrate für den Metabolismus atmen und verwenden, jedoch nicht replizieren. Ein Vorteil dieses Zustands ist, dass es in hohem Maße reversibel ist. Es wurde debattiert, ob VBNC eine aktive Überlebensstrategie ist oder ob die Zellen des Organismus schließlich nicht mehr wiederbelebt werden können. ^[9] Es gibt Beweise, die möglicherweise sehr effektiv sind - Gram-positive Bakterien, von denen Actinobakterien gelebt haben 500.000 Jahre unter den Permafrostbedingungen in Antarktika, Kanada und Serbien. ^[10]

Taxonomic Range [ edit

Zu den Psychrophilen zählen Bakterien, Flechten, Pilze und Insekten.

Zu den Bakterien, die extreme Kälte vertragen können, gehören Arthrobacter sp., Psychrobacter sp. und Mitglieder der Gattungen Halomonas Pseudomonas Hyphomonas und Sphingomonas . ^[11] Ein anderes Beispiel ist Chryseobacterium greenlandensis. ein Psychophil, das in 120.000 Jahre altem Eis gefunden wurde.

Umbilicaria antarctica und Xanthoria elegans sind Flechten, die bei Temperaturen von bis zu -24 ° C photosynthetisiert wurden und bis zu -10 ° C erreichen können. 19659027] Einige mehrzellige Eukaryonten können auch bei Minustemperaturen metabolisch aktiv sein, wie zum Beispiel einige Nadelbäume. ^[13] Die aus der Familie Chironomidae sind bei -16 ° C noch aktiv. ^[14]

Penicillium ist eine Pilzgattung, die in einer Vielzahl von Umgebungen einschließlich extremer Kälte gefunden wird. ^[15]

Bei den psychophilen Insekten die Grylloblattidae oder Eisbugs auf Bergspitzen gefunden, haben optimale Temperaturen zwischen 1 und 4 ° C. ^[16] Die flügellose Mücke (Chironomidae) Belgica antarctica ist das einzige Insekt, tatsächlich das einzige Landtier, das in der Antarktis endemisch ist; Es verträgt Salz, ist gefroren und stark ultraviolett und hat das kleinste bekannte Genom eines Insekts. Man nimmt an, dass das kleine Genom von 99 Millionen Basenpaaren an extreme Umgebungen angepasst werden kann. ^[17]

Psychrotrophische Bakterien [ edit ]

Psychrotrophische Bakterien sind in der Lage zu überleben oder gedeihen extrem kalte Umgebung. Sie geben eine Einschätzung der Haltbarkeit des Produkts, sie finden sich auch in Böden ^[18] in Oberflächen- und Tiefseewässern ^[19] in antarktischen Ökosystemen ^[20] und in Nahrungsmitteln. ^[21] Sie sind für das Verderben verantwortlich gekühlte Lebensmittel.

Psychrotrophe Bakterien sind für die Milchindustrie von besonderem Interesse. ^[22] Die meisten werden durch Pasteurisierung abgetötet; Sie können jedoch aufgrund unzureichender Hygienepraktiken in der Milch als Verunreinigungen nach der Pasteurisierung vorliegen. Laut dem Food Science Department der Cornell University sind Psychrotrophs Bakterien, die bei Temperaturen von oder unter 7 ° C (44,6 ° F) wachsen können. Bei Minustemperaturen wird das Wachstum von psychrotrophen Bakterien vernachlässigbar oder stoppt praktisch. ^[23]

Alle drei Untereinheiten des RecBCD-Enzyms sind für die physiologischen Aktivitäten des Enzyms in der Antarktis unerlässlich Pseudomonas syringae nämlich Reparatur von DNA-Schäden und Unterstützung des Wachstums bei niedrigen Temperaturen. Die RecBCD-Enzyme sind zwischen dem psychrophilen P austauschbar. Syringae und der Mesophile E. coli wenn der gesamte Proteinkomplex von derselben Spezies geliefert wurde. Die RecBC-Proteine ​​(RecBCPs und RecBCEc) der beiden Bakterien sind jedoch nicht gleichwertig. Das RecBCEc beherrscht die Rekombination und Reparatur von DNA und unterstützt das Wachstum von P. syringae bei niedriger Temperatur, während RecBCPs für diese Funktionen nicht ausreichen. Schließlich sind sowohl die Helikase- als auch die Nuklease-Aktivität der RecBCDPs für die DNA-Reparatur und das Wachstum von P wichtig. Syringae bei niedriger Temperatur ist die RecB-Nuklease-Aktivität in vivo nicht wesentlich. ^[24]

versus psychrotroph [ edit ]

Im Jahr 1940 gaben ZoBell und Conn nie an begegneten "echten Psychrophilen" oder Organismen, die bei relativ niedrigen Temperaturen am besten wachsen. ^[25] 1958 unterstützte JL Ingraham dies, indem er folgerte, dass es sehr wenige oder möglicherweise keine Bakterien gibt, die den Lehrbuchdefinitionen von Psychrophilen entsprechen. Richard Y. Morita betont dies, indem er den Begriff psychrotroph verwendet, um Organismen zu beschreiben, die nicht der Definition von Psychrophilen entsprechen. Die Verwirrung zwischen den Begriffen psychrotrophs und psychrophiles begann, weil die Ermittler die Thermolabilität von psychrophilen Organismen bei Labortemperaturen nicht kannten. Daher haben frühe Ermittler die Kardinaltemperaturen für ihre Isolate nicht bestimmt. ^[26]

Die Ähnlichkeit zwischen diesen beiden besteht darin, dass sie beide bei Null wachsen können, jedoch optimale und obere Temperaturgrenzen aufweisen denn das Wachstum ist bei Psychrophilen geringer als bei Psychotrophen. ^[27] Psychophilen werden auch häufiger aus dauerhaft kalten Lebensräumen im Vergleich zu Psychotrophen isoliert. Obwohl psychrophile Enzyme nach wie vor zu wenig genutzt werden, da die Kosten für die Herstellung und Verarbeitung bei niedrigen Temperaturen höher sind als für die derzeit verwendeten kommerziellen Enzyme, wird die Aufmerksamkeit und das Wiederaufleben des Forschungsinteresses an Psychrophilen und Psychrotrophen zur Verbesserung der Wirkung beitragen Umwelt und der Wunsch, Energie zu sparen. ^[27]

Siehe auch [ edit ]

Referenzen [ edit

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