EXTREMÓFILOS

Seminario de Introducción a la Ecología

Código del Curso: CI56C

Autor:María del Mar

¿Qué ocurre con la vida en los ambientes extremos?

Extremófilos

Microorganismos que se desarrollan bajo condiciones extremas que podrían matar a la mayoría de los seres vivos. Muchos de ellos no pueden vivir en ambientes normales.

La mayoría de los seres vivos sólo pueden vivir dentro de ciertos rangos limitados de temperatura, pH, salinidad, etc. Sin embargo hay algunos organismos que se salen de estos valores.

Tipos de ExtremófilosTipos Características

Acidófilos niveles de pH de 3 o por debajo

Alkaliphile niveles de pH de 9 o superior

Halófilo al menos 0,2 M concentraciones de sal (NaCl) para el crecimiento

Hypertermofilo Un organismo que puede crecer a temperaturas entre 80-113° C

Termófilo puede crecer a temperaturas entre 60-80 ° C

Psycrofilos / Cryophile crece mejor a temperaturas de 15 ° C o menos

Metalotolerant toleran altos niveles de metales pesados disueltos en solución como cobre, cadmio, arsénico y zinc.

Radiorresistentes resistentes a altos niveles de radiación ultravioleta, pero también radiación nuclear

Piezophile altas presiones hidrostáticas

Osmophile capaz de crecer en ambientes con alta concentración de azúcar

Xerófila puede crecer en una atmósfera extremadamente seca, condiciones de desecación

http://en.wikipedia.org/wiki/Extremophile

Extremófilos de Altas Temperaturas

Termófilos: se encuentran en condiciones extremas a una temperatura relativamente alta que sobrepasa los 45ºC.

Hiper-termófilos: se encuentran a una temperatura entre 80ºC - 113ºC, con temperatura optima de crecimiento de 80-106ºC.

Clasificación de MO según temperatura de crecimiento

Limites de Tº máxima según grupo filogenético

Termófilos e Hipertermófilos: Ambientes

Cúmulos de abono, suelos a Tº media.

Volcanes, Termas, Fuentes hidrotermales submarinas

Termófilos e Hipertermófilos: Adaptaciones Membranas: Incremento de las saturaciones (bacterias termófilos) Monocapa de tetraéteres de glicerol (arqueas hipertermófilos)

Enzimas: Alta termoestabilidad y actividad a alta temperatura Mayor empaquetamiento:

→ Aumento pares iónicos→ Interior hidrófobo

Presencia de :→ Solutos protectores (di-inositolfosfato, diglicerol fosfato, etc)→ Proteínas de choque térmico (chaperoninas)

Protección del ADN: Solutos protectores (p.ej. 2,3 difosfoglicerato) Proteínas que acomplejan y protegen el ADN(cuasi-nucleosomas en

arqueas) Girasa reversa (superenrollamiento positivo) en algunas arqueas

Termófilos e hipertermófilos: Ejemplos

Thermus acuaticus, termófilo(Bacteria)

Alvinella Pompojana, termófilo

(Eucarya, gusano poliqueto)

Pyrolobus fumarii,hipertermófilo

(Archaea)

•Organismos que pueden crecer a temperaturas menores a los 5 °C.

•Sin embargo, se han encontrado psicrófilos que sobreviven a temperaturas bajo los 20 °C como también bajo los 0 °C.

PSICRÓFILOS.

Psicrófilos: Ambiente

Ambientes fríos: muy comunes en la Tierra y el Universo.

Regiones polares, montañosas altas, glaciares, fondo de los océanos, cuevas y en la atmósfera superior.

pH y Salinidad del medio son determinantes en el crecimiento de estos mo.

Psicrófilos: Adaptación

• Menor cantidad de interacciones iónicas y enlaces de hidrógeno.

• Menos grupos hidrofóbicos y más grupos cargados en la superficie.

• Proteínas ganan flexibilidad estructural para lograr sus funciones catalíticas.

• Mayor proporción de ácidos grasos no saturados.

• Ello implica mayor fluidez y capacidad de transportar nutrientes bajo condiciones frías.

Proteínas Membrana

Psicrófilos: Ejemplos

Desulfofaba gélida Polibacter Pseudomonas

• Bacterias

• Arqueas: Methanogenium, Halorubrum• Hongos y levaduras: Penicillium, Candida,

Cryptococcus.• Eucariotas: Reomita globosa.

Piezófilos o Barófilos

•Requieren condiciones de presión superiores a 1 atm para su desarrollo.

•Barotolerantes , encontrados a alrededor de 400 m de profundidad.•Barófilos, encontrados entre los 5.000 y 6.000 m•Barófilos extremos encontrados a mas de 10.000 m•Usualmente son hipertermófilos o psycrófilos

Piezófilos: Ambiente

Fosas oceánicas y fuentes termales en el fondo marino (hipertermófilos)

Subsuelo terrestre de profundidad

Piezófilos: Adaptación Su membrana

plasmática manifiesta un aumento de los ácidos grasos no saturados.

Piezófilos: Ejemplos

Shewanella Pyrococcus CH 1

Colwellia Methanococcus

ACIDÓFILOS.• Organismos que viven con un pH muy ácido, menor que 5

e incluso llegando casi a cero.

Rango de pH de los microorganismos.

Acidófilos: Ambiente

Su ambiente ácido surge de :

Actividad Geoquímica. Propia Actividad o Metabolismo

de los organismos.Residuos creados por el

hombre.

Acidófilos: Mecanismos de Adaptación. Emplean una Superficie de membrana

cargada positivamente.

Alta capacidad reguladora interna.

Sistemas únicos de transporte.

Acidófilos: Ejemplos Bacterias.

Thiobacillus ferrooxidans.

T. thiooxidans. Arqueas.

Picrophilus oshimae.Picrophilus torridus.Ferroplasma acidamanus.

Eucariotas.Cyanidyum caldariuym.Acontium cylatium.Cephalosporium sp.

Aplicaciones.

Uso en minería.Baja concentración de metal => Lixiviación

Microbiana.Proceso es mas RENTABLE.

Thiobacillus sulfolobus es usado como un catalizador de minerales sulfurosos.○ Aumentan la velocidad de Oxidación de

Metales Sulfurosos.

Se utilizan en procesos de DESULFURACIÓN.

Alcalófilos

Organismos que pueden vivir en ambientes con pH mayor a 9

Alcalófilos: Ambiente

Ambientes muy básicos, lagos sódicos y suelos muy carbonatados (Egipto; Oeste de USA)

Rift Valley: Africa

Alcalófilos: Adaptación Aislan célula externa de la interna, pues el

ARN no soporta pH>8 Protección de extremoenzimas cerca de

pared celular, o secreciones externas Bacterias alcalófilas además de

peptidoglicano, poseen polímeros con carga negativa en su pared celular =>Reduce densidad de carga en superficie celular; Estabilización membrana

Alcalófilos: Ejemplos

Spirulina(Cyanobacteria)

Clostridium(Bacteria)

Nodularia (Cyanobacteria)

Halófilos

•Aquellos organismos que necesitan cierta cantidad de NaCl para poder desarrollarse y crecer.

•Se distingue entre:

•Halófilos extremos: Sobre 20% de NaCl

•Halotolerantes: Tolera salinidad

Halófilos: Ambiente

Ambientes con distinta salinidad: Zonas secas y calientes Suelos muy salados Alimentos salados

Mar Muerto Salar de Atacama

Halófilos: Adaptación Salt-in Acumulación de iones

inorgánicos (K+, Cl-) dentro del citoplasma

Adaptación a alta concentraciones salinas de proteínas y ribosomas

• Salt-out• Baja concentración de sales en el

citoplasma• Acumulan en el citoplasma

compuestos orgánicos de bajo peso molecular (aminoácidos, azucares, otros) que permite mantener el equilibrio osmótico

• Se pueden adaptar a la presión osmótica del medio

• Método de adaptación también se llama “solutos compatibles”, debido a estos solutos osmoprotectores

Halófilos: Ejemplos

Chromobacterium(bacteria)

Halococcus(arquea)

Dunaliella salina(Ecuariota- Alga)

Xerófilos.

• Crecen en condiciones extremadamente secas.

• Son desde Colonias de Bacterias hasta Colonias simbióticas de Algas con Hongos (líquenes).

Xerófilos: Ambiente.

Lugares extremadamente secos.

Desiertos.

Xerófilos: Mecanismos de Adaptación. Protegen sus Membranas y Proteínas con

disacáridos como la sacarosa. Función Hidratante cuando se acaba el agua.

Membranas absorben manganeso y hierro de la atmosfera y lo precipitan.Capa de Oxido de Manganeso o Oxido de

Hierro. Incluye Particulas de Arcilla Cementada que

combaten la desecación.

Xerófilos: Ejemplos

Bacterias:Metallogenium.Pedomicrobium.

Eucariotas:Liquenes.Caloplaca.Candelaria.Candelariella

Xerófilos: Aplicaciones.

Estudios limitados. No se ha estimado su real potencial

biocatalítico ni el de sus enzimas.

•Microorganismos que pueden crecer en la presencia de altas concentraciones de metales.

•Estos organismos, incluyendo varios del género Ralstonia (proteobacterias), colonizan los sedimentos, los suelos o las basuras industriales con alto contenido de metales pesados.

METALÓFILOS.

Metalófilos: Adaptaciones• Existen 5 mecanismos básicos que

generan una mayor resistencia celular a los metales:

1. Flujo de salida del metal tóxico fuera de la célula.

2. Conversión enzimática.

3. Secuestro intra o extracelular.

4. Exclusión por barrera biopermeable.

5. Mecanismos directos de resistencia.

Metalófilos: Adaptaciones• Una característica típica de Ralstonia

(metal resistente) es la presencia de grandes plásmidos que contienen genes para la múltiple resistencia a los metales pesados.

• Estos plasmidios confieren resistencia al Zinc, Cadmio, Cobalto, Plomo, Cobre, Níquel y Cromo.

Conclusiones

Las principales adaptaciones de los extremófilos tienen lugar en su membrana , en las enzimas y en su ADN, de modo que puedan soportar las exigencias extremas de sus ambientes.

Las principales aplicaciones de los extremófilos son en relación a aislar y utilizar sus enzimas en la industria en condiciones extremas.

Bibliografía.

Microbial extremophiles in aspect of limits of life- NASA Marshall Space Flight Center. Vinculo: http://ntrs.nasa.gov

Microorganismos Extremófilos. Actinomicetos Halífitos en México.Revista Mexicana de Ciencias Farmacéuticas, julio-septiembre, año/vol.37, número 003.

BROCK BIOLOGIA DE LOS MICROORGANISMOS (10ª ED.), Michael T. Madigan, John M. Martinko , Pearson Educacion,2004.

FIN