ALOFILI: CLASSIFICAZIONE, OSMOSI, APPLICAZIONI, ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

Gli organismi alofili sono una categoria di microrganismi, sia procarioti che eucarioti, in grado di riprodursi e vivere in ambienti con elevate concentrazioni di sale come l'acqua di mare e le zone aride ipersaline. Il termine alofilo deriva dalle parole greche halos e filo, che significa "amante del sale".

Anche gli organismi classificati in questa categoria appartengono al grande gruppo degli organismi estremofili poiché proliferano in habitat di estrema salinità, dove la maggior parte delle cellule viventi non sarebbe in grado di sopravvivere.

Saline, ambienti di estrema salinità dove proliferano cellule alofile estreme. Di H. Zell, da Wikimedia Commons.

Infatti, la stragrande maggioranza delle cellule esistenti perde rapidamente acqua se esposta a mezzi ricchi di sale ed è questa disidratazione che in molti casi porta rapidamente alla morte.

La capacità degli organismi alofili di poter vivere in questi ambienti è dovuta al fatto che possono bilanciare la loro pressione osmotica in relazione all'ambiente e mantenere il loro citoplasma isosmotico con l'ambiente extracellulare.

Sono stati classificati in base alla concentrazione di sale, in cui possono vivere in alofili estremi, moderati, deboli e alotolleranti.

Alcuni rappresentanti alofili sono l'alga verde Dunaliella salina, il crostaceo del genere Artemia o pulce d'acqua, ei funghi Aspergillus penicillioides e Aspergillus terreu.

Classificazione

Non tutti gli organismi alofili sono in grado di proliferare in un'ampia gamma di concentrazioni saline. Al contrario, differiscono per il grado di salinità che sono in grado di tollerare.

Questo livello di tolleranza, che varia tra concentrazioni molto specifiche di NaCl, è servito a classificarli come alofili estremi, moderati, deboli e alotolleranti.

Il gruppo degli alofili estremi comprende tutti quegli organismi in grado di popolare ambienti in cui le concentrazioni di NaCl superano il 20%.

Seguono alofili moderati che proliferano a concentrazioni di NaCl comprese tra il 10 e il 20%; e alofili deboli, che lo fanno a concentrazioni inferiori che variano tra lo 0,5 e il 10%.

Infine gli halotolerantes, sono organismi che sono in grado di supportare solo basse concentrazioni di sale.

Osmosi e salinità

Esiste un'ampia varietà di alofili procarioti in grado di resistere ad alte concentrazioni di NaCl.

Questa capacità di resistere a condizioni di salinità che variano da basse, ma superiori a quelle che la maggior parte delle cellule viventi sono in grado di tollerare, a quelle molto estreme, sono state acquisite grazie allo sviluppo di molteplici strategie.

La strategia principale o centrale è evitare le conseguenze di un processo fisico noto come osmosi.

Questo fenomeno si riferisce al movimento dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile, da un luogo con una bassa concentrazione di soluti a uno con una concentrazione più alta.

Di conseguenza, se nell'ambiente extracellulare (ambiente in cui si sviluppa un organismo) ci sono concentrazioni di sale superiori a quelle del suo citosol, perderà acqua verso l'esterno e si disidraterà a morte.

Nel frattempo, per evitare questa perdita di acqua, immagazzinano elevate concentrazioni di soluti (sali) nel loro citoplasma per compensare gli effetti della pressione osmotica.

Strategie adattive per affrontare la salinità

Batteri alofili. Di Maulucioni sulla base di immagini da Commons, da Wikimedia Commons.

Alcune delle strategie utilizzate da questi organismi sono: la sintesi di enzimi in grado di mantenere la loro attività ad alte concentrazioni di sale, membrane viola che consentono la crescita attraverso la fototrofia, sensori che regolano la risposta fototattica come la rodopsina e vescicole di gas che ne favoriscono la crescita. galleggiamento.

Inoltre, va notato che gli ambienti in cui crescono questi organismi sono abbastanza mutevoli, il che crea un rischio per la loro sopravvivenza. Pertanto, sviluppano altre strategie adattate a queste condizioni.

Uno dei fattori che cambiano è la concentrazione dei soluti, che non è importante solo in ambienti ipersalini, ma in qualsiasi ambiente dove piogge o alte temperature possono causare essiccamento e conseguentemente variazioni di osmolarità.

Per far fronte a questi cambiamenti, i microrganismi alofili hanno sviluppato due meccanismi che consentono loro di mantenere un citoplasma iperosmotico. Uno di loro chiamato "salt-in" e l'altro "salt-out"

Meccanismo di sale

Questo meccanismo è attuato da Archeas e Haloanaerobiales (batteri alofili moderati anaerobici stretti) e consiste nell'aumentare le concentrazioni interne di KCl nel loro citoplasma.

Tuttavia, l'elevata concentrazione di sale nel citoplasma li ha portati a compiere adattamenti molecolari per il normale funzionamento degli enzimi intracellulari.

Questi adattamenti consistono fondamentalmente nella sintesi di proteine ​​ed enzimi ricchi di aminoacidi acidi e poveri di aminoacidi idrofobici.

Un limite per questo tipo di strategia è che quegli organismi che la attuano hanno una scarsa capacità di adattarsi a sbalzi di osmolarità, limitandone la crescita ad ambienti con concentrazioni saline molto elevate.

Meccanismo salt-out

Questo meccanismo è utilizzato sia da batteri alofili che non alofili, oltre che dagli archei metanogeni alofili moderati.

In questo, il microrganismo alofilo esegue l'equilibrio osmotico utilizzando piccole molecole organiche che possono essere sintetizzate da esso o prelevate dal mezzo.

Queste molecole possono essere polioli (come glicerolo e arabinitolo), zuccheri come saccarosio, trealosio o glucosil-glicerolo o amminoacidi e derivati ​​di ammine quaternarie come glicina-betaina.

Tutti hanno un'elevata solubilità in acqua, non hanno carica a pH fisiologico e possono raggiungere valori di concentrazione che consentono a questi microrganismi di mantenere l'equilibrio osmotico con l'ambiente esterno senza pregiudicare il funzionamento dei propri enzimi.

Inoltre, queste molecole hanno la capacità di stabilizzare le proteine ​​contro il calore, l'essiccazione o il congelamento.

applicazioni

I microrganismi alofili sono molto utili per ottenere molecole a fini biotecnologici.

Questi batteri non presentano grosse difficoltà ad essere coltivati ​​a causa del basso fabbisogno nutritivo nei loro terreni. La loro tolleranza ad alte concentrazioni saline riduce al minimo i rischi di contaminazione, il che li rende organismi alternativi più vantaggiosi rispetto a E. coli.

Inoltre, unendo la sua capacità produttiva alla resistenza a condizioni di salinità estreme, i microrganismi risultano di grande interesse come fonte di prodotti industriali, sia in campo farmaceutico, cosmetico che biotecnologico.

Qualche esempio:

enzimi

Molti processi industriali vengono sviluppati in condizioni estreme, che offre un campo di applicazione per enzimi prodotti da microrganismi estremofili, in grado di agire a valori estremi di temperatura, pH o salinità. Pertanto, sono state descritte amilasi e proteasi, utilizzate in biologia molecolare.

polimeri

Allo stesso modo, i batteri alofili sono produttori di polimeri con proprietà tensioattive ed emulsionanti di grande importanza nell'industria petrolifera perché contribuiscono all'estrazione del greggio dal sottosuolo.

Soluti compatibili

I soluti che questi batteri accumulano nel loro citoplasma hanno un alto potere stabilizzante e protettivo di enzimi, acidi nucleici, membrane e persino cellule intere, contro il congelamento, l'essiccazione, la denaturazione termica e l'elevata salinità.

Tutto questo è stato utilizzato nella tecnologia enzimatica così come nell'industria alimentare e cosmetica per prolungare la vita dei prodotti.

Biodegradazione dei rifiuti

I batteri alofili sono in grado di degradare rifiuti tossici come pesticidi, prodotti farmaceutici, erbicidi, metalli pesanti e processi di estrazione di petrolio e gas.

Alimenti

Nel campo alimentare partecipano alla produzione della salsa di soia.

Riferimenti

1. Dennis PP, Shimmin LC. Divergenza evolutiva e selezione mediata dalla salinità in Archaea alofila. Microbiol Mol Biol Rev.1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Strategie di adattamento di microrganismi alofili e Debaryomyces hansenii (lievito alofilo). Giornale latinoamericano di microbiologia. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Aspetti bionergetici dell'alofilismo. Microbiol Mol Biol Rev.1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Batteri alofili e loro applicazioni biotecnologiche. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Legno JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Accumulo di soluti compatibili con osmosensibilità e osmoregolazione da parte dei batteri. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.