Psicrófilo - Psychrophile

Los psicrófilos o criófilos (adj. Psicrófilos o criófilos) son organismos extremófilos que son capaces de crecer y reproducirse a bajas temperaturas, que van desde -20 ° C a +10 ° C. Se encuentran en lugares permanentemente fríos, como las regiones polares y las profundidades marinas. Se pueden contrastar con los termófilos , que son organismos que prosperan a temperaturas inusualmente altas, y los mesófilos a temperaturas intermedias. Psicrófilo en griego significa "amante del frío", de ψυχρός ( psukhrós : frío, helado).

Muchos de estos organismos son bacterias o arqueas , pero algunos eucariotas , como líquenes , algas de las nieves , hongos y mosquitos sin alas , también se clasifican como psicrófilos.

Biología

El liquen Xanthoria elegans puede continuar con la fotosíntesis a -24 ° C.

Habitat

Los entornos fríos en los que habitan los psicrófilos son omnipresentes en la Tierra, ya que una gran fracción de nuestra superficie planetaria experimenta temperaturas inferiores a los 15 ° C. Están presentes en el permafrost , el hielo polar, los glaciares , los campos de nieve y las aguas profundas del océano . Estos organismos también se pueden encontrar en bolsas de hielo marino con alto contenido de salinidad. Se ha medido la actividad microbiana en suelos congelados por debajo de -39 ° C. Además de su límite de temperatura, los psicrófilos también deben adaptarse a otras limitaciones ambientales extremas que puedan surgir como resultado de su hábitat. Estas limitaciones incluyen alta presión en las profundidades marinas y alta concentración de sal en algunos hielos marinos.

Adaptaciones

Los psicrófilos están protegidos de la congelación y la expansión del hielo mediante la desecación y vitrificación inducidas por el hielo (transición vítrea), siempre que se enfríen lentamente. Las células vivas libres se desecan y vitrifican entre -10 ° C y -26 ° C. Las células de organismos multicelulares pueden vitrificarse a temperaturas inferiores a -50 ° C. Las células pueden seguir teniendo algo de actividad metabólica en el líquido extracelular hasta estas temperaturas, y siguen siendo viables una vez restauradas a temperaturas normales.

También deben superar el endurecimiento de la membrana de sus células lipídicas, ya que esto es importante para la supervivencia y funcionalidad de estos organismos. Para lograr esto, los psicrófilos adaptan estructuras de membranas lipídicas que tienen un alto contenido de ácidos grasos insaturados cortos . En comparación con los ácidos grasos saturados más largos, la incorporación de este tipo de ácido graso permite que la membrana de la célula lipídica tenga un punto de fusión más bajo, lo que aumenta la fluidez de las membranas. Además, los carotenoides están presentes en la membrana, que ayudan a modular la fluidez de la misma.

Las proteínas anticongelantes también se sintetizan para mantener líquido el espacio interno de los psicrófilos y para proteger su ADN cuando las temperaturas caen por debajo del punto de congelación del agua. Al hacerlo, la proteína evita que se produzca la formación de hielo o el proceso de recristalización.

Se ha planteado la hipótesis de que las enzimas de estos organismos se involucran en una relación actividad-estabilidad-flexibilidad como método para adaptarse al frío; la flexibilidad de su estructura enzimática aumentará como una forma de compensar el efecto de congelación de su entorno.

Ciertos criófilos, como las bacterias gramnegativas Vibrio y Aeromonas spp., Pueden pasar a un estado viable pero no cultivable (VBNC) . Durante la VBNC, un microorganismo puede respirar y utilizar sustratos para el metabolismo; sin embargo, no puede replicarse. Una ventaja de este estado es que es altamente reversible. Se ha debatido si el VBNC es una estrategia de supervivencia activa o si finalmente las células del organismo ya no podrán ser revividas. Sin embargo, hay pruebas de que puede ser muy eficaz: se ha demostrado que las bacterias Gram positivas Actinobacteria han vivido unos 500.000 años en las condiciones del permafrost de la Antártida, Canadá y Siberia.

Rango taxonómico

El mosquito sin alas ( Chironomidae ) Belgica antarctica .

Los psicrófilos incluyen bacterias, líquenes, hongos e insectos.

Entre las bacterias que pueden tolerar el frío extremo se encuentran Arthrobacter sp., Psychrobacter sp. y miembros de los géneros Halomonas , Pseudomonas , Hyphomonas y Sphingomonas . Otro ejemplo es Chryseobacterium greenlandensis , un psicrófilo que se encontró en hielo de 120.000 años.

Umbilicaria antarctica y Xanthoria elegans son líquenes que se han registrado fotosintetizando a temperaturas que oscilan por debajo de los -24 ° C, y pueden crecer hasta alrededor de los -10 ° C. Algunos eucariotas multicelulares también pueden ser metabólicamente activos a temperaturas bajo cero, como algunas coníferas; los de lafamilia Chironomidae todavía están activos a -16 ° C.

Penicillium es un género de hongos que se encuentra en una amplia gama de ambientes, incluido el frío extremo.

Entre los insectos psicrófilos, los Grylloblattidae o rastreadores de hielo, que se encuentran en las cimas de las montañas, tienen temperaturas óptimas entre 1-4 ° C. El mosquito sin alas (Chironomidae) Belgica antarctica puede tolerar la sal, estar congelado y ser ultravioleta fuerte, y tiene el genoma más pequeño conocido de cualquier insecto. Se cree que el pequeño genoma , de 99 millones de pares de bases , se adapta a entornos extremos.

Insectos psicrotróficos

Los insectos que son psicrotróficos pueden sobrevivir a temperaturas frías a través de varios mecanismos generales (a diferencia de los insectos oportunistas y susceptibles al frío): (1) tolerancia al frío, (2) evitación del congelamiento y (3) tolerancia al congelamiento. Los insectos tolerantes al frío sucumben a temperaturas bajo cero después de una exposición prolongada a temperaturas bajo cero o moderadas. Los insectos que evitan la congelación pueden sobrevivir períodos prolongados de tiempo a temperaturas bajo cero en un estado superenfriamiento, pero mueren en su punto de superenfriamiento . Los insectos tolerantes a la congelación pueden sobrevivir a la formación de cristales de hielo dentro de su cuerpo a temperaturas bajo cero. Se argumenta que la tolerancia a la congelación dentro de los insectos está en un continuo, con algunas especies de insectos que exhiben parcial (p. Ej., Tipula paludosa , Hemideina thoracica ), moderada (p. Ej., Cryptocercus punctulatus ) y fuerte tolerancia a la congelación (p. Ej., Eurosta solidaginis y Syrphus ribesii ) , y otras especies de insectos que presentan tolerancia a la congelación con un punto de sobreenfriamiento bajo (p. ej., Pytho deplanatus ).

Bacterias psicrotróficas

Los microbios psicrotróficos pueden crecer a temperaturas inferiores a 7 ° C (44,6 ° F), pero tienen mejores tasas de crecimiento a temperaturas más altas. Las bacterias y hongos psicrotróficos pueden crecer a temperaturas de refrigeración y pueden ser responsables del deterioro de los alimentos y como patógenos transmitidos por los alimentos como Yersinia . Proporcionan una estimación de la vida útil del producto, pero también se pueden encontrar en suelos, en aguas superficiales y profundas, en ecosistemas antárticos y en alimentos.

Las bacterias psicrotróficas son de especial interés para la industria láctea . La mayoría muere por pasteurización ; sin embargo, pueden estar presentes en la leche como contaminantes posteriores a la pasteurización debido a prácticas de saneamiento menos que adecuadas. Según el Departamento de Ciencias de la Alimentación de la Universidad de Cornell , los psicrótrofos son bacterias capaces de crecer a temperaturas inferiores a 7 ° C (44,6 ° F). A temperaturas bajo cero, el crecimiento de bacterias psicrotróficas se vuelve insignificante o prácticamente se detiene.

Las tres subunidades de la enzima RecBCD son esenciales para las actividades fisiológicas de la enzima en la Pseudomonas syringae antártica , es decir, reparar el daño del ADN y apoyar el crecimiento a baja temperatura. Las enzimas RecBCD son intercambiables entre P. syringae psicrófilo y E. coli mesófilo cuando se les proporciona el complejo proteico completo de la misma especie. Sin embargo, las proteínas RecBC (RecBCP y RecBCEc) de las dos bacterias no son equivalentes; RecBCEc es competente en la recombinación y reparación del ADN, y apoya el crecimiento de P. syringae a baja temperatura, mientras que RecBCPs es insuficiente para estas funciones. Finalmente, tanto la actividad helicasa como la nucleasa de las RecBCDP son importantes para la reparación del ADN y el crecimiento de P. syringae a baja temperatura, la actividad RecB-nucleasa no es esencial in vivo.

Psicrófilo versus psicótrofo

En 1940, ZoBell y Conn declararon que nunca habían encontrado "verdaderos psicrófilos" u organismos que crecen mejor a temperaturas relativamente bajas. En 1958, JL Ingraham apoyó esto al concluir que hay muy pocas o posiblemente ninguna bacteria que se ajuste a las definiciones de los libros de texto de psicrófilos. Richard Y. Morita enfatiza esto usando el término psicrótrofo para describir organismos que no cumplen con la definición de psicrófilos. La confusión entre los términos psicrótrofos y psicrófilos se inició porque los investigadores desconocían la termolabilidad de los organismos psicrófilos a las temperaturas de laboratorio. Debido a esto, los primeros investigadores no determinaron las temperaturas cardinales de sus aislamientos.

La similitud entre estos dos es que ambos son capaces de crecer a cero, pero los límites de temperatura óptima y superior para el crecimiento son más bajos para los psicrófilos en comparación con los psicrótrofos. Los psicrófilos también se aíslan con mayor frecuencia de hábitats permanentemente fríos en comparación con los psicrófilos. Aunque las enzimas psicrofílicas siguen siendo subutilizadas porque el costo de producción y procesamiento a bajas temperaturas es más alto que el de las enzimas comerciales que se utilizan actualmente, la atención y el resurgimiento del interés de la investigación en psicrófilos y psicrótrofos contribuirá a la mejora de la medio ambiente y el deseo de conservar energía.

Ver también

Referencias

Otras lecturas