Что такое психрофилы в микробиологии кратко

Психрофилы — кто они?

К бактериям, которые могут переносить экстремальные холода, относятся Arthrobacter sp., Psychrobacter sp. и члены родов Halomonas , Pseudomonas , Hyphomonas и Sphingomonas . Другой пример — Chryseobacterium greenlandensis , психрофил, обнаруженный во льдах возрастом 120 000 лет.

• Umbilicaria antarctica и Xanthoria elegans — это лишайники, фотосинтезирующие при температурах до -24 ° C и могут расти примерно до -10 ° C. Некоторые многоклеточные эукариоты также могут быть метаболически активными при минусовых температурах, например, некоторые хвойные деревья; представителисемейства Chironomidae все еще активны при -16 ° C.
• Penicillium — это род грибов, обитающих в самых разных средах, включая экстремальные холода.

Среди психрофильных насекомых Grylloblattidae или ледяные ползунки, обитающие на вершинах гор, имеют оптимальную температуру от 1 до 4 ° C. Бескрылая мошка (Chironomidae) Belgica antarctica может переносить соль, замораживание и сильный ультрафиолет, и у нее самый маленький из известных насекомых геном. Считается, что небольшой геном из 99 миллионов пар оснований может адаптироваться к экстремальным условиям.

Характеристика психофильных организмов

местообитания

Основными местами обитания психофильных организмов являются:

-Морские полярные среды.

-Банкиза или морской лед.

-Земные полярные среды.

-Озера большой высоты и широты.

-Холодные альпийские регионы.

приспособления

Психрофилы защищены от замерзания различными приспособлениями. Одним из них является гибкость их клеточных мембран, которую они достигают путем включения высокого содержания коротких и ненасыщенных жирных кислот в структуры своих липидных мембран..

Эффект от включения этих жирных кислот заключается в снижении температуры плавления, одновременно увеличивая его текучесть и его стойкость..

Другой важной адаптацией психрофилов является синтез антифризных белков. Эти белки поддерживают воду в организме в жидком состоянии и защищают ДНК, когда температура падает ниже точки замерзания воды

Они также предотвращают образование льда или его перекристаллизацию.

Оптимальные условия существования

Наиболее благоприятные для жизни и развития факторы внешней среды называются оптимальными для того или иного вида живых существ. Если говорить о температуре, то оптимумом будет считаться средний показатель между самым низким и наиболее высоким значением, при котором еще возможно развитие организмов.

По этому принципу психрофилы подразделяют на факультативные и облигатные формы. Последние не способны расти, если температура поднимется выше 20°C. У факультативных представителей микромира температурный интервал развития расширен. Он начинается от минусовых отметок и поднимается до 30°C или 35°C. А оптимальным будет считаться показатель в 20-25°C.

Примеры факультативных психрофилов:

• некоторые штаммы бактерий рода Артробактер (большинство представителей этого вида предпочитают почву, но некоторые растут на мягких сырах, способствуя их созреванию);
• псевдомонады.

К облигатным психрофилам причисляют морские светящиеся бактерии и прокариоты Bacillus psychrophilus.

В общем, психрофильные микроорганизмы хорошо себя чувствуют при минимальном показателе столбика термометра от – 10°до 0°C и при максимальном значении до -30°С. Такие условия наличествуют в холодных морях, почвах полярных районов. Но это вовсе не означает, что некоторые прокариоты-психрофилы не угрожают, например, жителю средней полосы.

Группы психофилов

В зависимости от влияния температурного режима на рост и развитие клетки психрофилы подразделяют на несколько групп:

1. Облигатные (истинные) прсихрофилы – микроорганизмы с оптимальной температурой развития +15°Cи ниже, и максимальной не превышающей +20°C. Данная группа микробов распространена только в местах с постоянно низкой температурой.Они формируют естественный микробоценоз регионов вечного холода.
2. Факультативные психрофиллы (психотрофные или психроактивные) – микробы, развивающиеся при 0°C, но температурный оптимум развития данной группы микроорганизмов выше, и составляет +25°C–+30°C, а температурный максимум +35°C. Микроорганизмы данной подгруппы часто обнаруживают в почве и воде в условиях холодного или умеренного климата.

Теплолюбивые простейшие

С первой категорией знакомство уже состоялось, а термофилы предпочитают горячие водные источники, массы сена, зерна или навоза, которые способны самостоятельно генерировать тепло. Диапазон предпочтительных температур начинается от 30°C, а заканчивается на отметке в 80°C. Оптимумом является показатель в 50°С.

Большинство патогенных бактерий – мезофилы. Они способны размножаться от 0 до 50°С и наиболее распространены по сравнению с другими группами микроорганизмов.

Предпочтения простейших касательно температурного режима человек использует для борьбы с ними (если речь идет о борьбе с вредными бактериями) или для поддержания оптимальных условий их развития (когда психрофильные микроорганизмы работают на благо).

Влияние низких температур на микроорганизмы

При низких температурах бактериальная клетка переходит в состояние анабиоза. В этом состоянии она может существовать достаточно длительное время. В частности, эшерихии сохраняют жизнеспособность при температуре минус 190°C до четырех месяцев, холерный вибрион – при температуре минус 45°C до двух месяцев, возбудитель листериоза – при температуре минус 10°C до трех лет .

Многие микробные клетки в состоянии анабиоза переносят температуру жидкого азота (-190°C) или жидкого водорода (-252°C) и после размораживания сохраняют способность к росту и развитию .

Низкие температуры способны приостанавливать гнилостные и бродильные процессы. На этом основывается хранение продуктов в условиях пониженных температур в холодильниках, погребах, ледниках .

Почему они не «мерзнут»

Психрофильные микроорганизмы получили свое название от греческого слова psyhria, что переводится как «холод». Они наиболее распространены в водной среде и в почвах холодных областей земного шара. Психрофилы отличаются тем, что высокая активность ферментов у них проявляется только при низкой температуре. Помогает им выживать и размножаться большое содержание ненасыщенных жирных кислот (сосредоточенных в мембране). Другие представители микромира тоже имеют такие кислоты в своем составе, но у них количество этих веществ заметно меньше.

При понижении температуры мембрана других микроорганизмов затвердевает и перестает функционировать. Психрофилы, наоборот, сохраняют ее в полужидком состоянии и могут продолжать свою жизнедеятельность.

Типичные представители рассматриваемой категории простейших – это:

• сине-зеленые водоросли;
• некоторые гнилостные и другие бактерии (как пример можно назвать псевдомонады, клостридии);
• плесень.

Для обязательного роста в условиях пониженной температуры психрофилы нуждаются в жидкой водной среде. Бактерии и грибы, «ответственные» за порчу продуктов, которые хранятся в ледниках и холодильниках, несомненно, психрофильные микроорганизмы.

Места обитания психрофилов

Психрофильные бактерии распространены в арктически районах земли. Здесь их обнаруживают в пробах из почв, вечных снегов в районах высокогорья, горных ледников, морен, наносов холодных пещер, в воде родников и колодцев. Установлено, что в 1 грамме почвы Антарктиды содержаться тысячи клеток микроорганизмов .

Естественная среда обитания психрофильных бактерий – океаны, где средняя температура у поверхности воды около +5°C, а на дне +1°C–+ 2°C. Психрофильные бактерии могут обитать независимо друг от друга или входить в состав микробного ценоза морских животных и растений. В их числе присутствуют формы, вызывающие заболевание рыб и морских растений .

Психротрофы могут развиваться и в пищевых продуктах, хранящихся при низких температурах. В частности, в молоке обитают психротрофы, относящиеся к родам Pseudomonas, Alcaligenes, Chromobacterium, Flavobacterium. А в мясе при температуре хранения ниже 0°C размножаются психроактивные псевдомонады, патогенные и токсигенные виды, в том числе Clostridiumbotulinum типа Е .

психрофильные бактерии они являются подтипом экстремофильных организмов, характеризующихся низкими температурами, обычно от -20 ° С до 10 ° С, и занимающими постоянно холодные места обитания. Эти организмы, как правило, являются бактериями или археями, однако существуют метазои, такие как лишайники, водоросли, грибы, нематоды и даже насекомые и позвоночные животные..

Холодная среда доминирует в биосфере Земли и колонизируется многочисленными и разнообразными микроорганизмами, которые играют потенциально важную роль в глобальных биогеохимических циклах..

Помимо поддержания низких температур, психрофильные организмы также должны быть адаптированы к другим экстремальным условиям, таким как высокое давление, высокая концентрация соли и высокая ультрафиолетовая радиация..

Типы психрофилов и примеры

Одноклеточные организмы

Разнообразие одноклеточных психрофилов очень велико, среди них можно отметить представителей большинства бактериальных линий: ацидобактерии, актинобактерии, бактероидеты, хлорофлексы, цианобактерии, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 и Planctomycetes.

Кроме того, протеобактерии и веррукомикробия были обнаружены в арктических, антарктических и альпийских криоконитах. Они также были обнаружены в Гренландии, Канаде, Тибете и Гималаях..

Среди психрофильных цианобактерий мы находим Leptolvngbva, Phormidium и носток. Другие распространенные жанры одноклеточные Aphanothece, Chroococcus и Charnaesiphon, и нитевидный Oscillatoria, Microcoleus, Schizothrix, Anabaena, Calothrix, Crinalium и Plectonerna.

Плюрицеллюлярные организмы

Среди психофильных насекомых можно назвать род Diamesa Гималаев (Непал), который остается активным до достижения температуры -16 ° C.

Также есть апартусный комар (без крыльев), Бельгия Антарктида, 2-6 мм длиной, эндемично для Антарктиды. Это единственное насекомое на континенте и единственное животное исключительно наземное.

Позвоночные животные также могут быть психрофильными. Некоторые примеры включают небольшое количество лягушек, черепах и змей, которые используют замораживание внеклеточной воды (вода вне клеток) в качестве стратегии выживания, чтобы защитить свои клетки в течение зимы.

Антарктическая нематода Панагролаймус давиди может пережить замерзание внутриклеточной воды и впоследствии отрастать и размножаться.

Кроме того, рыбы семейства Channichthyidae, обитающие в холодных водах Антарктиды и южной части Южной Америки, используют антифризные белки для защиты своих клеток от полного замерзания..

Температуры роста и психофильные организмы

Максимальная температура (Т_Макс) роста организма является самым высоким, что это может терпеть. Пока оптимальная температура (Т_{выбирать}) роста это тот, в котором организм растет быстрее.

Обычно считается, что все организмы, которые выживают и развиваются в условиях низкой температуры, являются психрофильными. Однако, как мы знаем, термин психрофильных его следует применять только к тем организмам, у которых T_Макс составляет 20 ° C (то есть они не могут выжить при более высоких температурах).