Psicófilos: características, tipos e exemplos

O psicrofílica são um subtipo de extremophiles caracterizado por suportar baixas temperaturas, normalmente entre -20 ° C e 10 ° C, e ocupar permanentemente habitats frios.Esses organismos são geralmente bactérias ou arquéias, porém existem metazoários como líquen, algas, fungos, nematóides e até insetos e animais vertebrados .

Ambientes frios dominam a biosfera da Terra e são colonizados por microorganismos abundantes e diversos que desempenham um papel potencialmente crítico nos ciclos biogeoquímicos globais.

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O líquen Xanthoria elegans é um psicofílico conhecido que pode fotossintetizar em temperaturas tão baixas quanto -24 ° C. Alberta recolhido imagem, Canadá. Fonte: Jason Hollinger via https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg

Além de suportar baixas temperaturas, os organismos psicrofílicos também devem ser adaptados a outras condições extremas, como altas pressões, altas concentrações de sais e alta radiação ultravioleta.

Características dos organismos psicrófilos

Habitats

Os principais habitats de organismos psicrófilos são:

Ambientes marinhos polares.

-Banquisa ou gelo marinho.

Ambientes polares terrestres.

Lagos de alta altitude e latitude.

Lagos subglaciais.

-Regiões alpinas frias.

– superfícies de geleiras.

Desertos polares.

-Oceano profundo.

Adaptações

Os psicófilos são protegidos do congelamento por várias adaptações. Uma delas é a flexibilidade de suas membranas celulares, alcançada pela inclusão de um alto teor de ácidos graxos curtos e insaturados nas estruturas de suas membranas lipídicas.

O efeito da incorporação desses ácidos graxos é a diminuição do ponto de fusão, aumentando ao mesmo tempo sua fluidez e resistência.

Outra adaptação importante dos psicrófilos é a síntese de proteínas anticongelantes. Essas proteínas mantêm a água do corpo em estado líquido e protegem o DNA quando as temperaturas caem abaixo do ponto de congelamento da água. Eles também impedem a formação de gelo ou a sua recristalização.

Tipos de psicrófilos e exemplos

Organismos unicelulares

A diversidade de psicrófilos unicelulares é muito grande, dentre os quais podemos citar membros da maioria das linhagens bacterianas: Acidobactérias, Actinobactérias, Bacteroidetes, Cloroflexos, Cianobactérias, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 e Planctomycetes.

Além disso, Proteobacteria e Verrucomicrobia foram detectadas nos criocitos do Ártico, Antártico e Alpino. Eles também foram detectados na Groenlândia, Canadá, Tibete e Himalaia.

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Entre as cianobactérias psicofílicas , encontramos Leptolvngbva , Phormidium e Nostoc. Outros gêneros comuns são Aphanothece unicelular , Chroococcus e Charnaesiphon , e Oscillatoria filamentosos , Microcoleus , Schizothrix , Anabaena , Calothrix , Crinalium e Plectonerna.

Organismos multicelulares

Entre os insetos psicofílicos , podemos citar o gênero Diamesa do Himalaia (Nepal), que permanece ativo até atingir uma temperatura de -16 ° C.

Há também o papa-moscas aeroférico (sem asas), na Antártica Bélgica, com 2 a 6 mm de comprimento, endêmico da Antártica. Este é o único inseto no continente e também o único animal exclusivamente terrestre.

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Figura 2. Mosquito-inseto antártico belga endêmico da Antártica. Fonte: Tasteofcrayons [Domínio público], do Wikimedia Commons

Animais vertebrados também podem ser psicófilos. Alguns exemplos incluem um pequeno número de sapos, tartarugas e uma cobra que usa o congelamento de água extracelular (água fora das células) como uma estratégia de sobrevivência para proteger suas células durante o inverno.

O nematóide antártico Panagrolaimus davidi pode sobreviver ao congelamento da água intracelular e subsequentemente crescer e se reproduzir novamente.

Peixes da família Channichthyidae – que vivem nas águas frias da Antártica e do sul da América do Sul – também usam proteínas anticongelantes para proteger suas células contra o congelamento completo.

Temperaturas de crescimento e organismos psicofílicos

A temperatura máxima (T max ) do crescimento de um organismo é a mais alta que ele pode tolerar. Enquanto a temperatura ideal (T opt ) de crescimento é aquela em que o corpo cresce mais rapidamente.

Considera-se geralmente que todos os organismos que sobrevivem e se desenvolvem em ambientes de baixa temperatura são psicrófilos. No entanto, como sabemos, o termo psicrófilo deve ser aplicado apenas aos organismos cujo Tmax é 20 ° C (ou seja, eles não podem sobreviver a temperaturas mais altas).

Os microrganismos foram isolados de áreas muito frias, que podem crescer em condições de laboratório a temperaturas acima de 20 ° C, o que indica que, embora estejam adaptados a baixas temperaturas, não devem ser considerados psicrofílicos. Esses microrganismos são chamados de “mesotolerantes”, ou seja, eles toleram temperaturas médias.

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Methanococcoides burtonii e Methanogenium frigidum no lago Ace

Methanococcoides burtonii é um arco extremofílico e metanogênico isolado do Lago Ace, na Antártida, onde a temperatura varia entre 1 e 2 ° C. No entanto, em estudos de laboratório, verificou-se que seu T opt de crescimento é 23 ° C e o T max é 28 ° C, portanto, não deve ser considerado psicófilo.

Methanogenium frigidum também é uma arquéia metanogênica e halofílica (que tolera sal no meio), isolada do mesmo lago Ace e que no laboratório possui um T opt de 15 ° C e um T max de 18 ° C, sendo possível classificá-lo como psicofílico .

Pode-se considerar que o M. frigidum psicofílico deve se adaptar melhor a baixas temperaturas que o M. burtonii . No entanto, M. burtonii cresce mais rápido que M. frigidum a temperaturas de 1 a 2 ° C no lago Ace.

Esses dados indicam que existem outros fatores ambientais (bióticos e abióticos), além da temperatura, que influenciam o crescimento populacional desses microrganismos em seu habitat natural.

A sobrevivência de um organismo em um determinado ambiente depende da combinação de múltiplos fatores ambientais e não do efeito de um.Por outro lado, cada microrganismo possui requisitos específicos (além da temperatura), que também afetam seu desempenho.

No caso de M. burtonii e M. frigidum, que é conhecido que cada um utiliza diferentes fontes de carbono e energia: M. burtonii utiliza substratos metilados, enquanto M. frigidum utiliza H 2 : CO 2 para o crescimento. O lago Ace está saturado com metano, o que favorece o crescimento de M. burtonii.

Sphingopyxis alaskensis e haloarchaea

Sphingopyxis alaskensis é uma bactéria isolada das águas marinhas do hemisfério norte, onde prevalecem temperaturas de 4 a 10 ° C. Por outro lado, as haloarchaeas, que são arquéias que habitam águas salgadas muito saturadas, crescem a -20 ° C.

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Apesar de apresentar populações elevadas em seus habitats naturais, nenhum desses microrganismos conseguiu crescer em laboratório a menos de 4 ° C.

Por sua vez, S. alaskensis tem um T máx de 45 ° C e a haloarchaea pode crescer a temperaturas acima de 30 ° C, portanto, não podem ser consideradas psicrofílicas. No entanto, suas populações são bem adaptadas e muito abundantes em áreas extremamente frias.

Pelo exposto, podemos assumir que existem outros fatores limitantes ambientais que influenciam a sobrevivência desses organismos em seus habitats naturais, e a temperatura não é o fator de maior peso.

Aplicações biotecnológicas

As enzimas de organismos psicrofílicos são caracterizadas por alta atividade em temperaturas baixas e moderadas. Além disso, essas enzimas têm baixa estabilidade térmica.

Devido a essas características, as enzimas dos organismos psicrofílicos são muito atrativas para serem aplicadas em vários processos da indústria de alimentos, medicina, biologia molecular, indústria farmacêutica, entre outros.

Referências

  1. Cavicchioli, R. (2015). Sobre o conceito de psicrófilo. The ISME Journal, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
  2. Krembs, C. e Deming, JW (2008). O papel dos exopolímeros na adaptação microbiana ao gelo marinho. Em: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. e Gerday, C. reds) Psicrófilos: da biodiversidade à biotecnologia. Springer-Verlag, Berlim, Alemanha, pp. 247-264.
  3. Kohshima, S. (1984). Um novo inseto tolerante ao frio encontrado em uma geleira do Himalaia. Nature, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
  4. Margesin, R. (editor). (2017). Psicrófilos: da biodiversidade à biotecnologia. Segunda edição Springer Verlag, Heidelberg, Alemanha. pp. 685
  5. Miteva, V. (2008). Bactérias na neve e no gelo. Em: Margesin, R. e Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer Verlag, Heidelberg, Alemanha, pp. 31-50.
  6. Preço, PB (2000). Um habitat para psicrófilos no gelo antártico profundo. Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América 97, 1247-1251.

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