ACIDOFILI: CARATTERISTICHE, ESEMPI DI MICRORGANISMI, APPLICAZIONI - BIOLOGIA - 2024

Gli organismi acidofili sono un tipo di microrganismo (procariotico o eucariotico) in grado di riprodursi e vivere in ambienti i cui valori di pH sono inferiori a 3. Il termine acidophilus deriva infatti dal greco e significa "amante degli acidi".

Questi ambienti possono derivare da attività vulcaniche con rilascio di gas solforosi o una miscela di ossidi metallici dalle miniere di ferro. Inoltre, possono essere il prodotto dell'attività o del metabolismo degli organismi stessi, che acidificano il proprio ambiente per sopravvivere.

Le acque acide del Rio Tinto fungono da habitat per una grande varietà di microrganismi acido-filici che gli conferiscono il suo caratteristico colore. Di Antonio de Mijas, Spagna, da Wikimedia Commons.

Anche gli organismi classificati in questa categoria appartengono al grande gruppo degli organismi estremofili, poiché crescono in ambienti il ​​cui pH è molto acido. Dove la maggior parte delle cellule non è in grado di sopravvivere.

Inoltre, è importante sottolineare che questo gruppo di organismi è di grande importanza dal punto di vista ecologico ed economico.

Caratteristiche generali

Competizione, predazione, mutualismo e sinergia

La maggior parte degli organismi acidofili cresce e vive in presenza di ossigeno. Tuttavia, ci sono prove di acidophilus che può svilupparsi sia in assenza che in presenza di ossigeno.

Inoltre, questi organismi stabiliscono diversi tipi di interazioni con altri organismi come competizione, predazione, mutualismo e sinergia. Un esempio sono le colture miste di acidophilus che presentano una maggiore crescita ed efficienza nell'ossidazione dei minerali di zolfo rispetto alle singole colture.

Bruciore di stomaco, un problema da risolvere

Gli acidofili sembrano condividere caratteristiche strutturali e funzionali distintive che consentono loro di neutralizzare l'acidità. Questi includono membrane cellulari altamente impermeabili, un'elevata capacità di regolamentazione interna e sistemi di trasporto unici.

Poiché gli acidofili vivono in un ambiente in cui la concentrazione di protoni è elevata, hanno sviluppato sistemi di pompaggio responsabili dell'espulsione dei protoni verso l'esterno. Questa strategia consente di ottenere che l'interno dei batteri abbia un pH molto vicino al neutro.

Gli organismi acidofili hanno sviluppato un sistema di pompe protoniche che consente loro di pompare protoni verso l'esterno e mantenere il pH intracellulare vicino al neutro. Di PhilMacD, da Wikimedia Commons.

Tuttavia, nelle miniere con un alto contenuto di acido solforico, sono stati trovati microrganismi senza parete cellulare, indicando che anche senza questa protezione sono soggetti ad alte concentrazioni di protoni.

D'altra parte, a causa delle condizioni estreme a cui sono sottoposti questi tipi di microrganismi, devono garantire che tutte le loro proteine ​​siano funzionali e non denaturate.

Per questo le proteine ​​sintetizzate sono di alto peso molecolare, per cui esiste un maggior numero di legami tra gli amminoacidi che le costituiscono. In questo modo diventa più difficile che si verifichi la rottura dei legami e viene data maggiore stabilità alla struttura proteica.

Elevata impermeabilità della membrana

Una volta che i protoni entrano nel citoplasma, gli organismi acidofili devono implementare metodi che consentano loro di alleviare gli effetti di un pH interno ridotto.

Per aiutare a mantenere il pH, gli acidofili hanno una membrana cellulare impermeabile che limita l'ingresso di protoni nel citoplasma. Ciò è dovuto al fatto che la membrana degli archei acidofili è composta da altri tipi di lipidi rispetto a quelli presenti nei batteri e nelle membrane delle cellule eucariotiche.

Nell'archaea, i fosfolipidi hanno una regione idrofobica (isopenoide) e una regione polare costituita dalla spina dorsale del glicerolo e dal gruppo fosfato. In ogni caso l'unione è dovuta ad un legame etereo, che genera una maggiore resistenza, soprattutto alle alte temperature.

Inoltre, in alcuni casi gli archei non hanno doppi strati, ma piuttosto il prodotto dell'unione di due catene idrofobiche, formano un monostrato dove l'unica molecola di due gruppi polari conferisce loro una maggiore resistenza.

D'altra parte, nonostante il fatto che i fosfolipidi che compongono le membrane dei batteri e degli eucarioti conservino la stessa struttura (una regione idrofobica e una polare), i legami sono di tipo estereo e formano un doppio strato lipidico.

Importanza di

Gli organismi acidofili sono potenzialmente importanti nell'evoluzione perché il basso pH e le condizioni ricche di metalli in cui crescono potrebbero essere stati simili alle condizioni vulcaniche sottomarine nella terra primordiale.

Pertanto, gli organismi acidofili potrebbero rappresentare reliquie primordiali da cui si è evoluta la vita più complessa.

Inoltre, poiché i processi metabolici potrebbero aver avuto origine sulla superficie dei minerali solfuri, forse la strutturazione del DNA di questi organismi potrebbe aver avuto luogo a pH acido.

Regolazione negli organismi acidofili

La regolazione del pH è essenziale per tutti gli organismi, per questo motivo gli acidofili devono avere un pH intracellulare prossimo al neutro.

Tuttavia, gli organismi acidofili sono in grado di tollerare gradienti di pH di diversi ordini di grandezza, rispetto agli organismi che crescono solo a pH vicini al neutro. Un esempio è il Thermoplasma acidophilum che è in grado di vivere a pH 1,4 mantenendo il suo pH interno a 6,4.

La cosa interessante degli organismi acidofili è che sfruttano questo gradiente di pH per produrre energia attraverso una forza motrice protonica.

Esempi di microrganismi acidofili

Gli organismi acidofili sono distribuiti prevalentemente nei batteri e negli archaea e contribuiscono a numerosi cicli biogeochimici, che includono i cicli del ferro e dello zolfo.

Tra i primi abbiamo il Ferroplasma acidarmanus, che è un archa in grado di crescere in ambienti con un pH prossimo allo zero. Altri procarioti sono Picrophilus oshimae e Picrophilus torridus, che sono anche termofili e crescono nei crateri vulcanici giapponesi.

Abbiamo anche alcuni eucarioti acidofili come il Cyanidyum caldariuym, che è in grado di vivere a un pH vicino allo zero, mantenendo l'interno della cellula a un livello quasi neutro.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. e Trichosporon cerebriae, sono tre eucarioti del regno dei funghi. Altri altrettanto interessanti sono Picrophilus oshimae e Picrophilus torridus.

applicazioni

lisciviazione

Un ruolo importante dei microrganismi acidofili riguarda la loro applicazione biotecnologica, in particolare nell'estrazione di metalli dai minerali, che riduce notevolmente i contaminanti generati dai metodi chimici tradizionali (lisciviazione).

Questo processo è particolarmente utile nell'estrazione del rame, dove, ad esempio, il Thobacillus sulfolobus può agire da catalizzatore e accelerare la velocità di ossidazione del solfato di rame che si forma durante l'ossidazione, aiutando la solubilizzazione del metallo.

Industria alimentare

Gli organismi acidofili hanno enzimi di interesse industriale, essendo una fonte di enzimi stabili agli acidi con applicazioni come lubrificanti.

Inoltre, nell'industria alimentare la produzione di amilasi e glucoamilasi sono utilizzate per la lavorazione dell'amido, la panificazione, la lavorazione dei succhi di frutta.

Inoltre, sono ampiamente utilizzati nella produzione di proteasi e cellulasi che vengono utilizzate come componenti per mangimi animali e nella fabbricazione di prodotti farmaceutici.

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