该嗜盐微生物是微生物的种类,原核生物和真核生物,能够重现和活在高浓度的盐,如海水和高盐干旱地区环境。嗜盐者一词来自希腊语halos和filo,意为“盐的情人”。
归类于此的生物也属于绝大部分的极端生物,因为它们在盐分极高的生境中繁殖,在这些生境中大多数活细胞将无法生存。
盐沼,极度盐度的环境,其中极度嗜盐细胞增殖。来自Wikimedia Commons的H.Zell。
实际上,当暴露于富含盐的培养基时,绝大多数现有细胞会迅速失去水分,正是这种脱水在许多情况下迅速导致死亡。
嗜盐生物能够在这些环境中生活的能力是由于这样的事实,即它们可以平衡与环境有关的渗透压,并与细胞外环境保持等渗细胞质。
它们已经根据盐的浓度进行了分类,它们可以生活在极端,中度,弱和卤化嗜盐菌中。
一些嗜盐的代表是绿藻杜氏盐藻,卤虫或水蚤类的甲壳类动物以及青霉曲霉和土曲霉。
分类
并非所有的嗜盐生物都能在广泛的盐浓度下增殖。相反,它们能够忍受的盐度不同。
该耐受水平在非常特定的NaCl浓度之间变化,已将其分为极端,中等,弱和卤代耐盐剂。
极端嗜盐菌包括所有能够在NaCl浓度超过20%的环境中居住的生物。
随后是中等浓度的嗜盐菌,它们在NaCl浓度为10%至20%之间扩散;弱嗜盐菌,它们的浓度较低,介于0.5%和10%之间。
最后,卤虫齿是仅能支持低浓度盐的生物。
渗透和盐度
有各种各样的能够抵抗高浓度NaCl的原核嗜盐菌。
由于多种策略的发展,已经获得了抵抗盐度条件的能力,盐度条件从低到比大多数活细胞都能够忍受的盐度更高,甚至更高。
主要或集中的策略是避免物理过程(称为渗透)的后果。
这种现象是指水通过半透膜从溶质浓度低的地方到浓度较高的地方的运动。
因此,如果在细胞外环境(生物生长的环境)中盐的浓度高于其胞质溶胶中的盐浓度,则盐将流失到外部,并脱水至死亡。
同时,为了避免水分的流失,他们在细胞质中储存了高浓度的溶质(盐),以补偿渗透压的影响。
适应盐度的适应策略
嗜盐细菌。由Maulucioni基于来自Wikimedia Commons的Commons的图像。
这些生物使用的一些策略是:能够在高盐浓度下维持其活性的酶的合成,允许通过光养作用生长的紫色膜,调节光战术反应的传感器(例如视紫红质)和促进其生长的气体囊泡。浮动。
另外,应该指出的是,这些生物生长的环境相当多变,这为其生存带来了风险。因此,他们制定了适应这些条件的其他策略。
变化的因素之一是溶质的浓度,这不仅在高盐环境中很重要,而且在任何下雨或高温会导致干燥并因此导致渗透压变化的环境中也很重要。
为了应对这些变化,嗜盐微生物已经开发出两种机制,使它们能够维持高渗细胞质。其中一个称为“盐溶”,另一个称为“盐溶”
盐入机制
该机制由古细菌和嗜盐厌氧菌(严格的厌氧中等嗜盐细菌)进行,包括提高细胞质中KCl的内部浓度。
然而,细胞质中高浓度的盐使它们对细胞内酶的正常功能进行分子适应。
这些适应主要包括富含酸性氨基酸而疏水性氨基酸少的蛋白质和酶的合成。
这种策略的局限性在于,执行该策略的生物体适应渗透压突然变化的能力很弱,从而使其只能在盐浓度很高的环境中生长。
盐析机制
除中度嗜盐的产甲烷古细菌外,嗜盐细菌和非嗜盐细菌均使用此机制。
在这种情况下,嗜盐微生物利用可以由其合成或从培养基中提取的有机小分子来实现渗透平衡。
这些分子可以是多元醇(例如甘油和阿拉伯糖醇),糖例如蔗糖,海藻糖或葡糖基甘油或氨基酸以及季胺的衍生物例如甘氨酸-甜菜碱。
它们都在水中具有很高的溶解度,在生理pH下不带电荷,并且可以达到浓度值,使这些微生物能够与外部环境保持渗透平衡,而不会影响其自身酶的功能。
另外,这些分子具有稳定蛋白质抵抗热,干燥或冷冻的能力。
应用领域
嗜盐微生物对于获得用于生物技术目的的分子非常有用。
由于它们的培养基中营养需求低,这些细菌在培养方面没有很大的困难。它们对高盐浓度的耐受性将污染的风险降到最低,这使它们比大肠杆菌更具优势。
另外,通过将其生产能力与对极端盐分条件的抵抗力相结合,微生物在制药,化妆品和生物技术领域中作为工业产品的来源都引起了极大的兴趣。
一些例子:
酵素
许多工业过程都是在极端条件下发展起来的,这为极端微生物产生的酶提供了一个应用领域,能够在极端的温度,pH或盐度下起作用。因此,已经描述了用于分子生物学的淀粉酶和蛋白酶。
聚合物
类似地,嗜盐细菌是具有表面活性剂和乳化性质的聚合物的生产者,在石油工业中,这是非常重要的,因为它们有助于从底土中提取原油。
相容溶质
这些细菌在细胞质中积累的溶质具有很高的稳定,保护酶,核酸,膜甚至整个细胞的能力,可以防止冷冻,干燥,热变性和高盐度。
所有这些都已用于酶技术以及食品和化妆品行业,以延长产品寿命。
废物生物降解
嗜盐细菌能够降解有毒废物,例如农药,药品,除草剂,重金属以及油气提取工艺。
食品类
在食品领域,他们参与酱油的生产。
参考文献
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