ЭКСТРЕМОФИЛЬНЫЕ ОРГАНИЗМЫ Выполнили студентки 3 курса 31 группы

ЭКСТРЕМОФИЛЬНЫЕ ОРГАНИЗМЫ Выполнили: студентки 3 курса 31 группы Гиматдинова И. Гондюк. К Иванова. Ю Крылова А. Ложкина Н. Сивкова Н.

Оптимальные условия развития большинства микроорганизмов определяются свойствами входящих в состав их клеток макромолекул и в целом соответствуют параметрам наиболее распространенных на Земле экосистем: -умеренные температуры (25 — 35°С), -нейтральный p. H среды, -соленость природных вод (пресной или морской).

Местообитания, значительно отличающиеся по одному или нескольким параметрам от повсеместно распространенных, принято называть экстремальными, а населяющие их микроорганизмы — экстремофильными. К экстремальным условиям относятся крайние значения температуры, p. H, солености, повышенное давление, иногда также высокие концентрации токсических веществ, или анаэробиоз.

Неспособность большинства микроорганизмов развиваться в экстремальных условиях издавна используется человеком для предотвращения порчи пищевых или иных продуктов за счет повышения солености, понижения или повышения p. H, понижения температуры при хранении. Всегда, однако, находятся микроорганизмы, способные расти и в этих условиях и образующие специфические антропогенные биоценозы. Представлены они, как правило, не специализированными, а так называемыми толерантными к данному фактору формами

Экосистемы природных экстремальных местообитаний, за небольшими исключениями, бывают образованы прокариотными микроорганизмами. Помимо высокоспециализированных истинных экстремофилов в них входят организмы с широким диапазоном роста в зависимости от того или иного фактора. Роль и соотношение этих двух групп в большой степени определяется постоянством условий в экстремальном местообитании.

ТЕМПЕРАТУРА Прокариотные организмы отличаются широким диапазоном температур развития. В сочетании с другими факторами (солёность, давление) эти температуры могут быть соответственно ниже и выше 0 и 100 o. C

В настоящее время общий температурный диапазон активного развития определяется от от -5 до +113 o. C. Однако температурный диапазон развития определенно вида значительно уже, обычно порядка 30 -40 o. C

В зависимости оптимальной температуры развития выделяются три основные группы организмов: -Психрофилы ( оптимум <20 o. C); -Мезофилы(оптимум 20 -40 o. C); -Термофилы(оптимум >50 o. C).

Группы микроорганизмов с разными температурными пределами роста.

Психрофильные организмы Психрофилы- организмы, нормально существующие и размножающиеся при относительно низких температурах.

Область температур роста психрофилов лежит в пределах от -10 до +20 градусов В свою очередь, психрофилы делятся на облигатные и факультативные. Основное различие между подгруппами заключается в том, что облигатные психрофилы не способны к росту при температуре выше 20 градусов по С, а верхняя температурная граница роста факультативных форм намного выше.

Существование двух типов психрофилов объясняется особенностями их мест обитания. Облигатные психрофилы приспособились к устойчивым холодным условиям (глубины морей и океанов, ледяные пещеры). Напротив, психрофилы второго типа приспособились к обитанию в неустойчивых холодных условиях.

Мезофильные организмы Мезофилы- организмы, нормально существующие и размножающиеся при средних температурах (20 -40 °С). Преобладают в умеренных поясах.

Термофилы Термофильные организмы— тип экстремофилов, организмы, живущие при относительно высоких температурах свыше 45 ° C. Многие термофилы являются археями. Термофилы были найдены в различных геотермальных регионах Земли, например горячих источниках, похожих на источники национального парка Йеллоустоун в США (см. изображение) и морских гидротермальных источниках. Предпосылкой их выживания является то, что термофилы имеют ферменты, которые могут функционировать при высоких температурах. В молекулярной биологии и в производстве моющих средств используются некоторые из этих ферментов (например, теплостойкая ДНК-полимераза в полимеразной цепной реакции)

Термофилы делятся на облигатных и факультативных: облигатные термофилы (также известные как крайние термофилы) постоянно требуют таких высоких температур для роста, но факультативные термофилы (умеренные термофилы) могут расти как при высоких температурах, так и при низких (ниже 50 °C). Гипертермофилы — некоторые экстремальные термофилы, для которых оптимальные температуры выше 80 °C.

СОЛЕНОСТЬ Организмы ультрапресных вод обитают в среде с общим содержанием солей ниже 0, 01 % (сфагновые болота) Галофилы – микроорганизмы, нуждающиеся в повышенной солености Умеренные галофилы Экстремальные галофилы Оптимум солености для их роста лежит в области 10 % Оптимум солености для их роста лежит в области 10 -20 %

Экстремально-галофильные микроорганизмы Одним из местообитаний экстремальногалофильных микроорганизмов являются морские лагуны, где за счет испарения значительно повышается уровень солености морской воды. Там происходит активное развитие зеленых водорослей рода Dunaliella, цианобактерий рода Microcoleus, фототрофных бактерий

В аэробных условиях в засоленных водоемах, солеварнях, солончаковых почвах развиваются галофильные аэробные органотрофные археи (раннее название этой группы — галобактерии). Они представлены родами Halobacterium, Halococcus, Haloarcula, отличающихся наличием Красного пигмента.

В континентальных засоленных водоемах присутствие высоких концентраций Na. Cl часто сопровождается высоким содержанием карбонат-иона и соответственно высокими значениями р. Н среды. Микроорганизмы, развивающиеся в подобных биотопах, называются галоалкалифилами.

• Для удержания воды в цитоплазме в условиях высокой солености у галофильных микроорганизмов существуют разнообразные механизмы. v Одни из них накапливают в цитоплазме осмопротекторы — низкомолекулярные органические вещества (аминокислоты, олигосахара, в частности, трегалозу, полиспирты, глицин-бетаин). v Другие (в частности, галофильные археи и бактерии порядка Haloanaerobiales) накачивают в клетку ионы К+

Водородный показатель среды Каждому микроорганизму свойствен определенный интервал кислотности или щелочности среды, в котором возможен его активный рост. В зависимости от положения оптимального р. Н развития различают • ацидофильные • нейтрофильные • алкалифильные микроорганизмы

Большинство естественных местообитаний имеет нейтральный или близкий к нему (слабокислый или слабощелочной) р. Н. Так, если р. Н пресной воды равен 7, 0, то реакция морской воды скорее слабощелочная (р. Н 7, 5 — 8, 0). В почве р. Н может быть достаточно низким, до 4, 0. В таких местообитаниях развиваются организмы, называемые алкалиили ацидотолерантными и умеренными алкали- или ацидофилами.

Ацидофильные микроорганизмы имеют р. Н оптимума роста 4, 0 или ниже. К экстремальным ацидофилам относят микроорганизмы, р. Н оптимум роста которых равен или ниже 3, 0. Местообитания с низкими значениями р. Н имеют самую разнообразную природу и характеристики. Наиболее распространены местообитания со значениями р. Н — от 1, 5 и выше: горные отвалы и шахтные воды, где за счет выщелачивания сульфидных минералов и образования серной кислоты происходит резкое закисление среды.

Таким образом, наиболее обширную и хорошо изученную группу ацидофилов представляют литоавтотрофные аэробные прокариоты, окисляющие различные соединения серы и двухвалентное железо. Большинство известных ацидофильных микроорганизмов относится к аэробам; иногда это факультативные анаэробы, способные к дыханию с иными, чем кислород, акцепторами электрона.

К группе алкалифильных микроорганизмов относят микроорганизмы, у которых р. Н оптимума развития превышает 8, 0 Природными местообитаниями с наиболее высокими и стабильными значениями р. Н являются содовые озера и пустыни, где щелочность обусловлена высокой концентрацией бикарбоната натрия.

ДАВЛЕНИЕ Микроорганизмы, рост которых облигатно зависит от повышенного давления или стимулируется им, называются пьезофилами (старое название — барофилы). Их естественным местообитанием являются глубины Мирового океана, где помимо других факторов на микроорганизмы воздействует высокое гидростатическое давление.

Недавно из Марианской впадины было получено два штамма, относящихся к ранее известным бактериальным родам Shewanella и Maritella. Новые изоляты, выделение которых исходно проводили при повышенном давлении, оптимально развиваются при давлении 70 и 80 МПа соответственно и не растут при давлении ниже 50 МПа. Таким образом, показано существование облигатно-пьезофильных прокариот.

Было исследовано влияние давления на рост гипертермофильных микроорганизмов, выделенных из глубоководных гидротерм, и в ряде случаев отмечалось его стимулирующее действие на рост, а также на стабильность ферментов. Если выделение изначально вели при повышенном давлении, удавалось выделить организмы, оптимально растущие при повышенном давлении (40 МПа) — архею Thermococcus barophilus и бактерию Marinitoga piezophila. Оба организма принадлежат к термофильным родам, в которые входят организмы, не нуждающиеся в повышенном давлении, и таким образом, о группе термопьезофильных прокариот говорить пока рано.

Таким образом, для каждого физико-химического фактора, вызывающего необратимые изменения биомолекул большинства живых микроорганизмов, существует группа высокоспециализированных прокариот, оптимально развивающихся именно при экстремальных значениях данного фактора. При этом в каждом экстремальном местообитании существует комплексная прокариотная экосистема, позволяющая успешно функционировать циклам основных элементов.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!