- Caratteristiche degli organismi psicrofili
- habitat
- adattamenti
- Tipi di psicrofili ed esempi
- Organismi unicellulari
- Organismi multicellulari
- Temperature di crescita e organismi psicrofili
- Methanococcoides burtonii
- Sphingopyxis alaskensis
- Applicazioni biotecnologiche
- Riferimenti
Gli psicrofili sono un sottotipo di estremofili caratterizzati da basse temperature di tenuta, solitamente comprese tra -20 ° C e 10 ° C, e occupano stabilmente habitat freddi. Questi organismi sono generalmente batteri o archei, tuttavia ci sono metazoi come licheni, alghe, funghi, nematodi e persino insetti e animali vertebrati.
Gli ambienti freddi dominano la biosfera terrestre e sono colonizzati da microrganismi abbondanti e diversificati che svolgono ruoli potenzialmente critici nei cicli biogeochimici globali.
Lichen Xanthoria elegans è un noto psicrofilo che può fotosintetizzare a temperature fino a -24 ° C. Fotografia scattata in Alberta, Canada. Fonte: Jason Hollinger tramite https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg
Oltre a resistere alle basse temperature, gli organismi psicrofili devono essere adattati anche ad altre condizioni estreme, come alte pressioni, alte concentrazioni di sali e radiazioni ultraviolette elevate.
Caratteristiche degli organismi psicrofili
habitat
I principali habitat degli organismi psicrofili sono:
-Ambienti marini polari.
-Banca o ghiaccio marino.
-Ambienti terrestri polari.
-Laghi di alta quota e latitudine.
-Laghetti subglaciali.
-Regioni alpine fredde.
-Superfici dei ghiacciai.
-Deserti polari.
-Oceano profondo.
adattamenti
Gli psicrofili sono protetti dal congelamento da vari adattamenti. Uno di questi è la flessibilità delle loro membrane cellulari, che ottengono includendo un alto contenuto di acidi grassi corti e insaturi nelle strutture delle loro membrane lipidiche.
L'effetto dell'incorporazione di questi acidi grassi è la diminuzione del punto di fusione, aumentandone allo stesso tempo la fluidità e la resistenza.
Un altro importante adattamento degli psicrofili è la sintesi delle proteine antigelo. Queste proteine mantengono l'acqua corporea in uno stato liquido e proteggono il DNA quando la temperatura scende al di sotto del punto di congelamento dell'acqua. Inoltre impediscono la formazione di ghiaccio o la ricristallizzazione.
Tipi di psicrofili ed esempi
Organismi unicellulari
La diversità degli psicrofili unicellulari è molto ampia, tra questi possiamo citare i membri della maggior parte delle linee batteriche: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 e Planctomycetes.
Inoltre, Proteobacteria e Verrucomicrobia sono stati rilevati nell'Artico, Antartico e nei crioconi alpini. Sono stati rilevati anche in Groenlandia, Canada, Tibet e Himalaya.
Tra i cianobatteri psicrofili troviamo Leptolvngbva, Phormidium e Nostoc. Altri generi comuni sono l'unicellulare Aphanothece, Chroococcus e Charnaesiphon, e il filamentoso Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium e Plectonerna.
Organismi multicellulari
Tra gli insetti psicrofili possiamo nominare il genere Diamesa dell'Himalaya (Nepal), che rimane attivo fino a raggiungere una temperatura di -16 ° C.
Si trova anche la zanzara senza ali, Belgica Antarctica, lunga 2-6 mm, endemica dell'Antartide. Questo è l'unico insetto del continente e anche l'unico animale esclusivamente terrestre.
Figura 2. La zanzara apterica Belgica antarctica, un insetto endemico dell'Antartide. Fonte: Tasteofcrayons, da Wikimedia Commons
Gli animali vertebrati possono anche essere psicrofili. Alcuni esempi includono un piccolo numero di rane, tartarughe e un serpente che usano il congelamento dell'acqua extracellulare (acqua fuori dalle cellule) come strategia di sopravvivenza per proteggere le loro cellule durante l'inverno.
Il nematode antartico Panagrolaimus davidi può sopravvivere al congelamento dell'acqua intracellulare e successivamente ricrescere e riprodursi.
Anche i pesci della famiglia Channichthyidae - che vivono nelle fredde acque dell'Antartide e del Sud America meridionale - utilizzano proteine antigelo per proteggere le loro cellule dal congelamento completo.
Temperature di crescita e organismi psicrofili
La temperatura massima di crescita (T max ) di un organismo è la più alta che può tollerare. Mentre la temperatura ottimale (T opt ) per la crescita è quella in cui l'organismo cresce più velocemente.
Tutti gli organismi che sopravvivono e prosperano in ambienti a bassa temperatura sono generalmente considerati psicrofili. Tuttavia, come sappiamo, il termine psicrofilo dovrebbe essere applicato solo a quegli organismi la cui T max è di 20 ° C (cioè, non possono sopravvivere a temperature più elevate).
I microrganismi sono stati isolati da aree molto fredde, che possono crescere in condizioni di laboratorio a temperature superiori a 20 ° C, il che indica che sebbene siano adattati alle basse temperature, non dovrebbero essere considerati psicrofili. Questi microrganismi sono chiamati "mesotolleranti", cioè tollerano temperature medie.
Methanococcoides burtonii
Sphingopyxis alaskensis
Lo Sphingopyxis alaskensis è un batterio isolato dalle acque marine dell'emisfero settentrionale, dove prevalgono temperature di 4 - 10 ° C. D'altra parte, gli haloarchaeas, che sono archaea che popolano acque altamente sature di sale, crescono a una temperatura di -20 ° C.
Nonostante abbiano popolazioni elevate nei loro habitat naturali, nessuno di questi microrganismi potrebbe essere coltivato in laboratorio a meno di 4 ° C.
A sua volta, S. alaskensis ha una T max di 45 ° C e le haloarchaea possono crescere a temperature superiori a 30 ° C, quindi non possono essere considerate psicrofile. Tuttavia, le loro popolazioni sono ben adattate e sono molto abbondanti nelle zone estremamente fredde.
Da quanto sopra possiamo supporre che ci siano altri fattori ambientali limitanti che influenzano la sopravvivenza di questi organismi nei loro habitat naturali, e la temperatura non è il fattore con il peso maggiore.
Applicazioni biotecnologiche
Gli enzimi degli organismi psicrofili sono caratterizzati da un'elevata attività a temperature basse e moderate. Inoltre, questi enzimi hanno una scarsa stabilità termica.
A causa di queste caratteristiche, gli enzimi degli organismi psicrofili sono molto attraenti per essere applicati in vari processi nell'industria alimentare, medicina, biologia molecolare, nell'industria farmaceutica, tra gli altri.
Riferimenti
- Cavicchioli, R. (2015). Sul concetto di psicrofilo. The ISME Journal, 10 (4), 793–795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
- Krembs, C. e Deming, JW (2008). Il ruolo degli esopolimeri nell'adattamento microbico al ghiaccio marino. In: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. and Gerday, C. reds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer-Verlag, Berlino, Germania, pagg. 247-264.
- Kohshima, S. (1984). Un nuovo insetto tollerante al freddo trovato in un ghiacciaio himalayano. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
- Margesin, R. (a cura di). (2017). Psicrofili: dalla biodiversità alla biotecnologia. Seconda edizione. Springer Verlag, Heidelberg, Germania. pp. 685.
- Miteva, V. (2008). Batteri nella neve e nel ghiaccio. In: Margesin, R. e Schirmer, F. (a cura di) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer Verlag, Heidelberg, Germania, pagg. 31-50.
- Prezzo, PB (2000). Un habitat per psicrofili nel profondo ghiaccio antartico. Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America 97, 1247-1251.