Кто такие экстремофилы

Примеры

Часто опознаются новые подтипы «-филов» и список подкатегорий экстремофилов постоянно растёт. Например, микробная жизнь существует в озере из жидкого асфальта Пич-Лейк. Исследования показывают, что популяции экстремофилов населяют асфальтовое озеро в диапазоне 106 — 107 клеток/грамм. Кроме того, до недавнего времени устойчивость к бору была неизвестна, но сильный борофил был открыт среди бактерий. С недавней изоляцией бактерии Bacillus boroniphilus, борофилы вошли в дискуссию. Исследование этих прокариот может помочь в освещении механизма, как токсичности бора, так и его дефицита.

Экстремофилы — организмы живущие в экстремальной среде обитания

Экстремофилы — это организмы, которые живут и процветают в местах обитания, где жизнь невозможна для большинства других организмов. Суффикс (-фил) в переводе с греческого означает любовь. Экстремофилы «любят» обитать в экстремальных условиях. Они обладают способностью выдерживать такие состояния, как высокая радиация, высокое или низкое давление, высокий или низкий уровень pH, отсутствие света, сильная жара или холод и экстремальная засуха.

Большинство экстремофилов — это микроорганизмы, такие как бактерии, археи, протисты и грибы. Более крупные организмы, такие как черви, лягушки, насекомые и ракообразные, также могут жить в экстремальных местах обитания. Существуют различные классы экстремофилов, основанные на типе среды, в которой они процветают. Вот некоторые из них:

  • Ацидофил — организм, который процветает в кислой среде с уровнем pH3 и ниже.
  • Алкалифил — организм, который процветает в щелочных средах с уровнем pH9 и выше.
  • Барофил — организм, который живет в условиях высокого давления, таких как глубоководные места обитания.
  • Галофил — организм, который живет в местах обитания с чрезвычайно высокой концентрацией соли.
  • Гипертермофил — организм, который процветает в средах с чрезвычайно высокими температурами (от 80° до 122° C).
  • Психрофил/криофил — организм, который живет в экстремально холодных условиях и низких температурах (от -20° до +10° C).
  • Радиорезистентные организмы — организм, который процветает в условиях с высоким уровнем радиации, включая ультрафиолетовое и ядерное излучение.
  • Ксерофил — организм, который живет в экстремально сухих условиях.

Астробиология

Область астробиологии связана с теориями возникновения жизни, такими как панспермия, а также затрагивает вопросы о распределении, природе и будущем жизни во Вселенной. В ней экологи-микробиологи, астрономы, планетарные учёные, геохимики, философы и исследователи, конструктивно сотрудничая, направляют свои усилия на поиск жизни на других планетах. Астробиологи особенно заинтересованы в изучении экстремофилов, так как многие организмы данного типа способны выжить в условиях, аналогичных тем, которые как известно, существуют на других планетах. Например, на Марсе могут быть области глубоко под поверхностью вечной мерзлоты, укрывающие сообщества эндолитов. Водный океан под поверхностью Европы, спутника Юпитера, гипотетически может содержать жизнь в глубинных гидротермальных источниках.

Недавние исследования, проведённые над экстремофилами в Японии, состояли из множества бактерий, включая Escherichia coli и Paracoccus denitrificans, которых подвергли условиям экстремальной силы тяжести. Бактерии выращивались в ультрацентрифуге на высоких скоростях, соответствующих 403627 g (то есть в 403627 раз большая сила тяжести, чем на Земле). Paracoccus denitrificans была одной из бактерий, продемонстрировавшей не только выживание, но также устойчивый клеточный рост в условиях сверхускорения, которые обычно можно найти только в космических условиях, например, на очень массивных звёздах или в ударных волнах сверхновых

Анализ показал, что небольшой размер клеток прокариот имеет важное значение для успешного роста при гипергравитации.

26 апреля 2012 года, учёные сообщили, что лишайник выжил и показал замечательные результаты на способность к адаптации фотосинтетической активности в течение 34 дней имитационного моделирования марсианских условий, проведённых в Mars Simulation Laboratory (MSL), Германского центра авиации и космонавтики (DLR).

29 апреля 2013 года, учёные Политехнического Института Ренсселера, спонсируемого НАСА, сообщили, что за время космического полёта на Международную космическую станцию микробы адаптируются к космической среде в «не наблюдаемом на Земле» смысле и таким образом «могут привести к увеличению роста и вирулентности».

19 мая 2014 года, учёные объявили, что многочисленные микроорганизмы, такие как Tersicoccus phoenicis, могут быть устойчивыми к методам, обычно используемым в чистых помещениях для сборки космических аппаратов. На данный момент не известно, могли ли стойкие микробы выдержать космическое путешествие и присутствуют ли они сейчас на Rover Curiosity, планете Марс.

20 августа 2014 года, учёные подтвердили существование микроорганизмов, живущих в полумиле подо льдом Антарктиды.

20 августа 2014 года, российские космонавты сообщили об обнаружении планктона на внешней поверхности иллюминатора Международной космической станции, но затруднились объяснить, как он там оказался.

В феврале 2017 года специалисты Института астробиологии NASA под руководством Пенелопы Бостон обнаружили живые организмы, находящиеся внутри гигантских кристаллов селенита в шахтах под городом Найка мексиканского штата Чиуауа. Они располагаются над магматическим карманом, поэтому температура здесь держится на уровне +60 ºС. Микроорганизмы находились в кристаллах в течение около 60 тысяч лет в состоянии геолатентности (оставались жизнеспособными), но не проявляли активности. Установлено, что для выживания бактерии, вирусы и археи «использовали» оксид меди, марганец, сульфиды и железо; переработка этих веществ обеспечивала их энергией.

Морфология[править | править код]

Большинство известных экстремофилов — микробы. Домен Археи содержит известные примеры, но экстремофилы присутствуют в многочисленных и разнообразных генетических линиях бактерий и архей. Кроме того, ошибочно использовать термин «экстремофил» для описания всех археев, так как некоторые из них мезофилы. Также не все экстремофилы одноклеточные: первичноротые животные обнаружены в сходных условиях, включая помпейского червя, психрофильных гриллоблаттидов (насекомые) и антарктического криля (ракообразные). Многие также бы классифицировали тихоходок как экстремофилов, но пусть тихоходка и может выжить в экстремальных условиях, она не считается экстремофилом, потому что не приспособлена к жизни в таких условиях. Вероятность их смерти увеличивается, чем дольше они подвергаются воздействию экстремальной среды.

Домен Археи

Живые организмы подразделяются на три домена и шесть царств. Домены включают:

  • археи (Archaea);
  • бактерии (Bacteria);
  • эукариоты (Eukaryota).

Согласно последним данным, археи подразделяется на следующие основные типы:

  • Crenarchaeota;
  • Euryarchaeota;
  • Nanoarchaeota;
  • Korarchaeota;
  • Thaumarchaeota.

Crenarchaeota

Crenarchaeota состоит в основном из гипертермофилов и термоацидофилов. Гипертермофильные микроорганизмы живут в чрезвычайно жарких или холодных условиях. Термоацидофилы представляют собой архей, которые обитают в чрезвычайно жарких и кислых средах. Их местообитания имеют рН от 5 до 1. Вы найдете эти организмы в гидротермальных жерлах и горячих источниках.

Популярные статьи  Однодольные растения

Примеры Crenarchaeota:

  • Sulfolobus acidocaldarius — обнаружен вблизи горячих и кислотных вулканических источников, содержащих серу.
  • Pyrolobus fumarii — живут при температуре от 90 до 113 градусов Цельсия.

Euryarchaeota

Euryarchaeota — тип архей, включающий галофилов и метаногенов. Экстремальные галофильные микроорганизмы живут в соленой среде. Эти организмы обитают в соленых озерах или в районах, где испарилась морская вода.

Метаногены нуждаются в свободных от кислорода (анаэробных) условиях, чтобы выжить. Они производят метан как побочный продукт метаболизма. Метаногены распространены в таких местах, как болота, водно-болотные угодья, ледяные озера, сточные воды, кишечники животных и людей.

Примеры Euryarchaeota:

  • Halobacterium — насчитывает несколько видов галофильных организмов, которые встречаются в соляных озерах и в условиях сильного засоления.
  • Methanococcus — Methanococcus jannaschii считается первым генетически упорядоченным археем. Этот метаноген живет вблизи гидротермальных отверстий.
  • Methanococcoides burtonii — эти психофильные (холодолюбивые) метаногены обитают в Антарктиде и способны выдерживать чрезвычайно холодные температуры.

Nanoarchaeota

Nanoarchaeota — тип архей, который был включен в основную классификацию домена с открытием Nanoarchaeum equitans в 2002 году, обнаруженного в гидротермальных источниках у берегов Исландии.

Korarchaeota

Представители типа Korarchaeota считаются очень примитивными живыми микроорганизмами. На сегодняшний день мало известно об основных характеристиках этих архей. Мы знаем, что они термофильные и встречаются в горячих источниках и обсидиановых бассейнах.

Thaumarchaeota

Thaumarchaeota — предложенный в 2008 году тип архей, который на данный момент включает следующие виды: Nitrosopumilus maritimus, Cenarchaeum symbiosum, Nitrososphaera viennensis и Nitrososphaera gargensis. Все представитель этого типа архей принадлежат к хемолитотрофам, окисляющим аммиак.

Определение экстремофилов

Экстремофилы – это организмы, которые эволюционировали, чтобы выжить в условиях, когда-то считавшихся совершенно необитаемыми. Эти среды негостеприимны, они достигают экстремальных условий жары, кислотности, давления и холода, которые могут быть фатальными для большинства других форм жизни. Поскольку экстремофилы живут на крайних концах спектра, они могут указывать диапазон условий, при которых возможна жизнь.

Однако важно отметить, что экстремофилы являются «экстремальными» только с антропоцентрической точки зрения. Например, в то время как кислород необходим для нас самих и большей части жизни на Земле, многие организмы процветают в среде, где вообще нет кислорода

Экстремофилы можно разделить на две широкие категории: экстремофильные организмы и экстремотолерантные организмы. Как следует из суффикса «philic», переводимого как «любящий», экстремофильные организмы нуждаются в одном или нескольких экстремальных условиях, чтобы процветать, в то время как экстремотолерантные организмы оптимально растут в более «нормальных» условиях, но все же способны пережить один или несколько экстремальных физико-химических веществ. ценности.

Большинство экстремофилов представляют собой микроскопические организмы, принадлежащие к домен жизни, известной как архея. Однако говорить, что экстремофилы ограничены этим доменом, было бы неправильно. Некоторые экстремофилы принадлежат к бактерии домен, а некоторые даже многоклеточный эукариоты!

Систематика

Термин экстремофил был введен в обращение в 1974 году Р. Д. Макэлроем. Многие экстремофилы являются членами области архей, и на самом деле эти два термина иногда используются как синонимы , хотя есть много мезофильных архей, есть также множество экстремофильных бактерий и даже эукариот . Хотя на сегодняшний день наибольшее количество экстремофилов можно найти среди одноклеточных организмов , среди этих специалистов также есть примеры многоклеточных организмов ( Metazoa ). Примерами экстремофильных многоклеточных клеток являются психрофильные Grylloblattodea ( насекомые ) и антарктический криль ( Crustacea ).

Ферменты , происходящие от экстремофильных организмов и полученные рекомбинантно, имеют большое значение в биотехнологии . Например, термостабильная ДНК-полимераза, используемая в полимеразной цепной реакции (ПЦР), изначально происходит от термофильных бактерий Thermus aquaticus или архей Pyrococcus furiosus .

Даже вирусы были обнаружены в таких экстремальных местах обитания. B. Икосаэдрический вирус с башней Sulfolobus .

Бактерии хеликобактер пилори (Helicobacter pylori)

Helicobacter pylori — бактерия, живущая в крайне кислой среде желудка. Эти бактерии выделяют ферментную уреазу, нейтрализующую соляную кислоту. Известно, что другие бактерии не способны выдержать кислотность желудка. Helicobacter pylori являются спиральными бактериями, которые могут зарываться в стенку желудка и вызывать язвы или даже рак желудка у людей. По данным Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC), у большинства людей мира есть эти бактерии в желудке, но они, как правило, редко вызывают заболевания.

Это интересно: На какие регионы делится Америка — характеристика, страны и население

Характеристики

В 1980-х и 1990-х годах биологи обнаружили, что микробная жизнь обладает большой гибкостью для выживания в экстремальных условиях — например, в кислых, чрезвычайно горячих нишах или в условиях нерегулярного давления воздуха — которые были бы совершенно негостеприимны для сложных организмов . Некоторые ученые даже пришли к выводу, что жизнь могла зародиться на Земле в гидротермальных жерлах далеко под поверхностью океана.

По словам астрофизика Стейна Сигурдссона, « на Земле были обнаружены жизнеспособные бактериальные споры , которым 40 миллионов лет, и мы знаем, что они очень устойчивы к радиации ». Некоторые бактерии были найдены живущими в холоде и темноте в озере, погребенном на полумиле подо льдом в Антарктиде , и в Марианской впадине , самом глубоком месте в океанах Земли. Экспедиции Международной программы по исследованию океана обнаружили микроорганизмы в отложениях при температуре 120 ° C, которые находятся на 1,2 км ниже морского дна в зоне субдукции Нанкайского прогиба . Было обнаружено, что некоторые микроорганизмы процветают в скалах на глубине до 1900 футов (580 м) ниже морского дна на глубине 8 500 футов (2600 м) у побережья северо-запада Соединенных Штатов. По словам одного из исследователей, «микробы можно найти повсюду — они чрезвычайно адаптируются к условиям и выживают, где бы они ни находились». Ключом к адаптации экстремофилов является их аминокислотный состав, влияющий на их способность к укладке белков в определенных условиях. Изучение экстремальных условий на Земле может помочь исследователям понять пределы обитаемости в других мирах.

Том Гейсенс из Гентского университета в Бельгии и некоторые из его коллег представили результаты исследований, которые показывают, что споры некоторых видов бактерий Bacillus выжили и оставались жизнеспособными после нагревания до температуры 420 ° C (788 ° F).

Пределы известной жизни на Земле.
Фактор Окружающая среда / источник Пределы Примеры
Высокая температура Подводные гидротермальные источники , океаническая кора От 110 ° C до 121 ° C Pyrolobus fumarii , Pyrococcus furiosus
Низкая температура Лед От -20 ° C до -25 ° C Synechococcus lividus
Щелочные системы Содовые озера pH > 11 Psychrobacter , Vibrio , Arthrobacter , Natronobacterium
Кислотные системы Вулканические источники, дренаж кислых шахт pH от -0,06 до 1,0 Бациллы , Clostridium paradoxum
Ионизирующего излучения Космические лучи , рентгеновские лучи , радиоактивный распад От 1500 до 6000 Гр Deinococcus radiodurans , Rubrobacter , Thermococcus gammatolerans
УФ-излучение Солнечный свет 5000 Дж / м 2 Deinococcus radiodurans , Rubrobacter , Thermococcus gammatolerans
Высокое давление Марианская впадина 1100 бар Pyrococcus sp.
Соленость Высокая концентрация соли а w ~ 0,6 Halobacteriaceae , Dunaliella salina
Обезвоживание Пустыня Атакама (Чили), Сухие долины Мак-Мердо (Антарктида) ~ 60% относительной влажности Хроококцидиопсис
Глубокая корочка доступ на некоторых золотых приисках Halicephalobus mephisto , Mylonchulus brachyurus , неопознанные членистоногие
Популярные статьи  Ядро растительной клетки: строение и функции

Промышленное использование[править | править код]

Термоалкалифильная каталаза, инициирующая распад перекиси водорода на кислород и воду, была выделена из организма Thermus brockianus, найденного в Йеллоустонском национальном парке исследователями национальной лаборатории Айдахо. Каталаза действует в диапазоне температур от +30 °C до +94 °С и значении рН 6-10. Она чрезвычайно стабильна по сравнению с другими каталазами при высоких температурах и рН. В сравнительном исследовании, каталаза Т. brockianus показала период полураспада 15 дней при +80 °С и рН 10, а каталаза, полученная из Aspergillus niger имела период полураспада 15 секунд при тех же условиях. Каталазе найдётся применение в удалении перекиси водорода в промышленных процессах, таких как целлюлозно-бумажное и текстильное отбеливание, пищевая пастеризация и обеззараживание поверхности упаковок пищевых продуктов.

ДНК-модифицирующие ферменты, такие как термостабильная ДНК полимераза и некоторые ферменты Bacillus, используемые в клинической диагностике и при разжижении крахмала, производятся на коммерческой основе несколькими биотехнологическими компаниями.

Морфология[править | править код]

Большинство известных экстремофилов — микробы. Домен Археи содержит известные примеры, но экстремофилы присутствуют в многочисленных и разнообразных генетических линиях бактерий и архей. Кроме того, ошибочно использовать термин «экстремофил» для описания всех археев, так как некоторые из них мезофилы. Также не все экстремофилы одноклеточные: первичноротые животные обнаружены в сходных условиях, включая помпейского червя, психрофильных гриллоблаттидов (насекомые) и антарктического криля (ракообразные). Многие также бы классифицировали тихоходок как экстремофилов, но пусть тихоходка и может выжить в экстремальных условиях, она не считается экстремофилом, потому что не приспособлена к жизни в таких условиях. Вероятность их смерти увеличивается, чем дольше они подвергаются воздействию экстремальной среды.

Животные-экстремофилы

Но не только бактериями и археями ограничивается список экстремофилов. Животные среди них встречаются тоже, пусть и редко.

Мешкорот

Вид глубоководных рыб, который живёт в Тихом океане на глубине до 5 км. В тёмных толщах вод с колоссальным давлением и температурой, которая стремится к нулю. Несмотря на это мешкорот вырастает практически до 2 м. Благодаря своей огромной пасти он заглатывает жертву целиком.

Артемии

Обитают в воде, показатель солёности которой почти в восемь раз выше уровня солёности морей. В таких условиях по идее не должно быть признаков сложной жизни. Но это только на первый взгляд. Например, в Большом Солёном озере в штате Юта вместе с несколькими видами экстремальных микробов мирно существуют эти маленькие ракообразные.

Как они смогли приспособиться к настолько солёной среде — непонятно, зато ясно, зачем они это сделали. Ещё бы! Здесь нет ни хищников, ни кого бы то ни было ещё, кто способен нарушить их покой.

Нефтяные мухи

Они не просто живут в сырой нефти – они ею питаются. Мухи откладывают личинки на поверхности нефтяных луж и битумных озёр. Их можно найти только в озёрах Калифорнии. Учёные предполагают, что это довольно молодой вид, а это в очередной раз подтверждает теорию Дарвина – эволюция не стоит на месте!

Перенос ДНК

Известно более 65 видов прокариот, изначально способных к генетической трансформации: умении переносить ДНК из одной клетки в другую, с последующим включением ДНК донора в хромосому клетки реципиента. Некоторые экстремофилы способны осуществлять видоспецифический перенос ДНК, как описано ниже. Тем не менее, пока не ясно, часто ли такие возможности встречаются среди экстремофилов.

Бактерия Deinococcus radiodurans один из самых известных радиорезистентных организмов. Эта бактерия также переносит холод, обезвоживание, вакуум и кислоту и поэтому является полиэкстремофилом. D. radiodurans способна производить генетическую трансформацию. Клетки реципиента могут восстанавливать повреждения ДНК в трансформирующей ДНК донора, вызванные УФ излучением, так же эффективно, как они восстанавливают клеточную ДНК, когда сами клетки облучаются.

Крайне термофильные бактерии Thermus thermophilus и другие родственные виды Thermus способны к генетической трансформации. Halobacterium volcanii, крайне галофильный архей, также способен к естественной генетической трансформации. Между клетками образуются цитоплазматические мостики, которые используются для переноса ДНК от одной клетки к другой в любом направлении.

Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius являются гипертермофильными археями. Воздействие на эти организмы ДНК-повреждающих агентов: УФ излучения, блеомицина или митомицина С, вызывает видоспецифическую клеточную агрегацию. Клеточная агрегация С. acidocaldarius, вызванная ультрафиолетом, посредничает в обмене хромосомного маркера с высокой частотой. Скорость рекомбинации на три порядка выше, чем у не индуцированных культур. Frols и др. и Ajon и др. предположили, что клеточная агрегации улучшает видоспецифичный перенос ДНК между клетками Sulfolobus, для восстановления поврежденной ДНК с помощью гомологичной рекомбинации. Van Wolferen и др. отметили, что этот процесс обмена ДНК может иметь решающее значение в условиях повреждающих ДНК, таких как высокие температуры. Он также предположил, что перенос ДНК в Sulfolobus может быть ранней формой сексуального взаимодействия, схожей с более хорошо изученными системами бактериальной трансформации, которые включают видоспецифический перенос ДНК, приводящий к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК (см. Трансформация (генетика)).

Внеклеточные мембранные везикулы могут быть вовлечены в передачу ДНК между различными видами гипертермофильных археев. Было показано, что плазмиды, как и вирусный геном могут быть переданы посредством мембранных везикул. В особенности, был зарегистрирован горизонтальный перенос плазмид между гипертермофильными Thermococcus и Methanocaldococcus видами, соответственно принадлежащими к отрядам Thermococcales и Methanococcales.

Биоремедиация

Экстремофилы также могут быть полезными игроками в биоремедиации загрязненных участков, поскольку некоторые виды способны к биоразложению в условиях, слишком экстремальных для классических видов-кандидатов на биоремедиацию. Антропогенная деятельность вызывает выброс загрязняющих веществ, которые потенциально могут оседать в экстремальных условиях, как в случае с хвостами и отложениями, выбрасываемыми в результате глубоководной добычи полезных ископаемых. В то время как большинство бактерий будет подавлено давлением в этих средах, пьезофилы могут переносить эти глубины и могут метаболизировать вызывающие озабоченность загрязнители, если они обладают потенциалом биоремедиации.

Углеводороды

Есть несколько потенциальных мест назначения для углеводородов после того, как уляжется разлив нефти, и течения обычно откладывают их в экстремальных условиях. Метан пузырьки в результате разлива нефти Deepwater Horizon были найдены 1,1 км ниже уровня поверхности воды и при таких высоких концентраци х, как 183 μ моль на килограмм. Сочетание низких температур и высокого давления в этой среде приводит к низкой микробной активности. Однако было обнаружено , что присутствующие бактерии, в том числе виды Pseudomonas , Aeromonas и Vibrio, способны к биоремедиации, хотя и на одной десятой скорости, которую они могли бы выполнять при давлении на уровне моря. Полициклические ароматические углеводороды увеличивают растворимость и биодоступность с повышением температуры. Термофильные виды Thermus и Bacillus продемонстрировали более высокую экспрессию гена алканмонооксигеназы alkB при температурах, превышающих 60 ° C. Экспрессия этого гена является важным предшественником процесса биоремедиации. Было показано, что грибы, которые были генетически модифицированы ферментами, адаптированными к холоду, чтобы выдерживать различные уровни pH и температуры, эффективны для устранения загрязнения углеводородами в условиях замерзания в Антарктике.

Популярные статьи  Генотипическое и фенотипическое, биологическое и социальное в индивидуальном развитии человека

Металлы

Было показано, что Acidithiubacillus ferroxidans эффективен в восстановлении ртути в кислой почве из-загена merA , который делает ее устойчивой к ртути. Промышленные сточные воды содержат большое количество металлов, которые могут нанести вред здоровью как человека, так и экосистем. Было показано, что вусловиях экстремальной жары экстремофил Geobacillus thermodenitrificans эффективно регулирует концентрацию этих металлов в течение двенадцати часов после введения. Некоторые ацидофильные микроорганизмы эффективны при восстановлении металлов в кислой среде благодаря белкам, обнаруженным в их периплазме, не присутствующим в каких-либо мезофильных организмах, что позволяет им защищаться от высоких концентраций протонов. Рисовые поля представляют собой среду с высокой окислительной способностью, которая может производить высокие уровни свинца или кадмия. Deinococcus radiodurans устойчивы к суровым условиям окружающей среды и поэтому являются видами-кандидатами для ограничения степени загрязнения этими металлами.

Кислотный шахтный дренаж

Кислотный дренаж шахт — серьезная экологическая проблема, связанная со многими металлическими рудниками. Один из наиболее продуктивных методов ее устранения — интродукция организма-экстремофила Thiobacillus ferrooxidans .

Радиоактивные материалы

Любые бактерии, способные населять радиоактивные среды, можно отнести к экстремофилам. Поэтому радиорезистентные организмы имеют решающее значение для биоремедиации радионуклидов. Уран особенно сложно удерживать, когда он попадает в окружающую среду, и он очень вреден как для здоровья человека, так и для здоровья экосистемы. В рамках проекта NANOBINDERS бактерии, способные выжить в богатой ураном окружающей среде, получают последовательности генов, которые позволяют белкам связываться с ураном в горнодобывающих стоках, что упрощает сбор и утилизацию.

6. Промышленное использование

Термоалкалифильная каталаза, инициирующая распад перекиси водорода на кислород и воду, была выделена из организма Thermus brockianus, найденного в Йеллоустонском национальном парке исследователями национальной лаборатории Айдахо. Каталаза действует в диапазоне температур от 30 °C до 94 °С и значении рН 6-10. Она чрезвычайно стабильна по сравнению с другими каталазами при высоких температурах и рН. В сравнительном исследовании, каталаза Т. brockianus показала период полураспада 15 дней при 80 °С и рН 10, а каталаза, полученная из Aspergillus niger имела период полураспада 15 секунд при тех же условиях. Каталазе найдётся применение в удалении перекиси водорода в промышленных процессах, таких как целлюлозно-бумажное и текстильное отбеливание, пищевая пастеризация и обеззараживание поверхности упаковок пищевых продуктов.

Примеры[править | править код]

Часто опознаются новые подтипы «-филов» и список подкатегорий экстремофилов постоянно растёт. Например, микробная жизнь существует в озере из жидкого асфальта Пич-Лейк. Исследования показывают, что популяции экстремофилов населяют асфальтовое озеро в диапазоне 106 — 107 клеток/грамм. Кроме того, до недавнего времени устойчивость к бору была неизвестна, но сильный борофил был открыт среди бактерий. С недавней изоляцией бактерии Bacillus boroniphilus, борофилы вошли в дискуссию. Исследование этих прокариот может помочь в освещении механизма, как токсичности бора, так и его дефицита.

Происхождение термина «экстремофилы»

В настоящее время мы определяем как «крайности» многочисленные среды внутри и за пределами планеты Земля, и мы постоянно обнаруживаем организмы, способные не только выживать, но и широко процветать во многих из них..

Р. Д. Маселрой

В 1974 году Р. Д. Маселрой предложил термин «экстремофилы», чтобы определить эти организмы, которые обеспечивают оптимальный рост и развитие в экстремальных условиях, в отличие от мезофильных организмов, которые растут в средах с промежуточными условиями..

По словам Макелроя:

«Extremófilo — это описание организмов, способных обитать в среде, враждебной мезофилам, или организмов, которые растут только в промежуточных средах.».

Существуют две основные степени экстремизма в организмах: те, которые могут терпеть экстремальные условия окружающей среды и стать доминирующим над другими; и те, которые растут и развиваются оптимально в экстремальных условиях.

Примеры

Часто опознаются новые подтипы «-филов» и список подкатегорий экстремофилов постоянно растёт. Например, микробная жизнь существует в озере из жидкого асфальта Пич-Лейк. Исследования показывают, что популяции экстремофилов населяют асфальтовое озеро в диапазоне 106 — 107 клеток/грамм. Кроме того, до недавнего времени устойчивость к бору была неизвестна, но сильный борофил был открыт среди бактерий. С недавней изоляцией бактерии Bacillus boroniphilus, борофилы вошли в дискуссию. Исследование этих прокариот может помочь в освещении механизма, как токсичности бора, так и его дефицита.

Перенос ДНК[править | править код]

Известно более 65 видов прокариот, изначально способных к генетической трансформации: умении переносить ДНК из одной клетки в другую, с последующим включением ДНК донора в хромосому клетки реципиента. Некоторые экстремофилы способны осуществлять видоспецифический перенос ДНК, как описано ниже. Тем не менее, пока не ясно, часто ли такие возможности встречаются среди экстремофилов.

Бактерия Deinococcus radiodurans один из самых известных радиорезистентных организмов. Эта бактерия также переносит холод, обезвоживание, вакуум и кислоту и поэтому является полиэкстремофилом. D. radiodurans способна производить генетическую трансформацию. Клетки реципиента могут восстанавливать повреждения ДНК в трансформирующей ДНК донора, вызванные УФ излучением, так же эффективно, как они восстанавливают клеточную ДНК, когда сами клетки облучаются.

Крайне термофильные бактерии Thermus thermophilus и другие родственные виды Thermus способны к генетической трансформации. Halobacterium volcanii, крайне галофильный архей, также способен к естественной генетической трансформации. Между клетками образуются цитоплазматические мостики, которые используются для переноса ДНК от одной клетки к другой в любом направлении.

Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus acidocaldarius являются гипертермофильными археями. Воздействие на эти организмы ДНК-повреждающих агентов: УФ излучения, блеомицина или митомицина С, вызывает видоспецифическую клеточную агрегацию. Клеточная агрегация С. acidocaldarius, вызванная ультрафиолетом, посредничает в обмене хромосомного маркера с высокой частотой. Скорость рекомбинации на три порядка выше, чем у не индуцированных культур. Frols и др. и Ajon и др. предположили, что клеточная агрегации улучшает видоспецифичный перенос ДНК между клетками Sulfolobus, для восстановления поврежденной ДНК с помощью гомологичной рекомбинации. Van Wolferen и др. отметили, что этот процесс обмена ДНК может иметь решающее значение в условиях повреждающих ДНК, таких как высокие температуры. Он также предположил, что перенос ДНК в Sulfolobus может быть ранней формой сексуального взаимодействия, схожей с более хорошо изученными системами бактериальной трансформации, которые включают видоспецифический перенос ДНК, приводящий к гомологичной рекомбинационной репарации повреждений ДНК (см. Трансформация (генетика)).

Внеклеточные мембранные везикулы могут быть вовлечены в передачу ДНК между различными видами гипертермофильных археев. Было показано, что плазмиды, как и вирусный геном могут быть переданы посредством мембранных везикул. В особенности, был зарегистрирован горизонтальный перенос плазмид между гипертермофильными Thermococcus и Methanocaldococcus видами, соответственно принадлежащими к отрядам Thermococcales и Methanococcales.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: