Psicrófilo

Psicrófilos o criófilos (adj. psicrófilos o criófilos) son organismos extremófilos que son capaces de crecer y reproducción en bajas temperaturas, que van desde −20 °C (−4 °F) a 20 °C (68 °F). Se encuentran en lugares permanentemente fríos, como las regiones polares y las profundidades del mar. 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", del griego antiguo ψυχρός (psukhrós) 'frío, congelado'.

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

Biología

Hábitat

Los ambientes fríos en los que habitan los psicrófilos son omnipresentes en la Tierra, ya que una gran fracción de la superficie planetaria experimenta temperaturas inferiores a 10 °C. Están presentes en el permafrost, el hielo polar, los glaciares, los campos nevados 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 pueden surgir como resultado de su hábitat. Estas limitaciones incluyen la alta presión en las profundidades del mar y la alta concentración de sal en parte del hielo marino.

Adaptaciones

Los psicrófilos están protegidos de la congelación y la expansión del hielo mediante la desecación y vitrificación inducida por el hielo (transición vítrea), siempre que se enfríen lentamente. Las células de vida libre se secan y vitrifican entre -10 °C y -26 °C. Las células de organismos multicelulares pueden vitrificarse a temperaturas inferiores a -50 °C. Las células pueden continuar teniendo cierta actividad metabólica en el líquido extracelular hasta estas temperaturas y siguen siendo viables una vez que se restablecen las temperaturas normales.

Eles também devem superar o enrijecimento da membrana celular lipídica, pois isso é importante para a sobrevivência e funcionalidade desses organismos. Para conseguir isso, os psicrófilos adaptam estruturas de membrana lipídica que possuem alto teor de ácidos graxos insaturados curtos. Em comparação com ácidos graxos saturados mais longos, a incorporação desse tipo de ácido graxo permite que a membrana celular lipídica tenha um ponto de fusão mais baixo, o que aumenta a fluidez das membranas. Além disso, estão presentes carotenóides na membrana, que ajudam a modular a fluidez da mesma.

Proteínas anticongelantes também são sintetizadas para manter os psicrófilos' líquido do espaço interno e para proteger seu DNA quando as temperaturas caem abaixo do ponto de congelamento da água. Ao fazer isso, a proteína evita que ocorra qualquer formação de gelo ou processo de recristalização.

Supõe-se que as enzimas desses organismos se envolvam em uma relação atividade-estabilidade-flexibilidade como método de adaptação ao frio; a flexibilidade da sua estrutura enzimática aumentará como forma de compensar o efeito de congelamento do seu ambiente.

Certos criófilos, como bactérias Gram-negativas Vibrio e Aeromonas spp., podem fazer a transição para um estado viável, mas não cultivável (VBNC). Durante o VBNC, um microrganismo pode respirar e utilizar substratos para o metabolismo – porém, não consegue se replicar. Uma vantagem deste estado é que ele é altamente reversível. Tem sido debatido se o VBNC é uma estratégia de sobrevivência ativa ou se eventualmente as células do organismo não poderão mais ser revividas. Há provas, no entanto, de que pode ser muito eficaz – foi demonstrado que as bactérias Gram-positivas Actinobactérias viveram cerca de 500.000 anos nas condições de permafrost da Antártica, Canadá e Sibéria.

Intervalo taxonômico

Os psicrófilos incluem bactérias, líquenes, algas da neve, fitoplâncton, fungos e insetos.

Entre as bactérias que podem tolerar o frio extremo estão Arthrobacter sp., Psychrobacter sp. e membros dos gêneros Halomonas, Pseudomonas, Hyphomonas e Sphingomonas. Outro exemplo é o Chryseobacterium greenlandensis, um psicrófilo encontrado em gelo de 120 mil anos.

Umbilicaria antarctica e Xanthoria elegans são líquenes que foram registrados fotossintetizando em temperaturas que variam de até -24 °C, e podem crescer até cerca de -10 °C.. Alguns eucariontes multicelulares também podem ser metabolicamente ativos em temperaturas abaixo de zero, como algumas coníferas; aqueles da família Chironomidae ainda estão ativos a -16 °C.

Las microalgas que viven en la nieve y el hielo incluyen algas verdes, marrones y rojas. Las especies de algas de nieve como Chloromonas sp., Chlamydomonas sp. y Chlorella sp. se encuentran en ambientes polares.

Algunos fitoplancton pueden tolerar temperaturas extremadamente frías y altas salinidades que se producen en los canales de salmuera cuando se forma hielo marino en los océanos polares. Algunos ejemplos son diatomeas como Fragilariopsis cylindrus, Nitzchia lecointeii, Entomoneis kjellmanii, Nitzchia stellata, Thalassiosira australis. , Berkelaya adeliense y Navicula glaciei.

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 y 4 °C. El mosquito sin alas (Chironomidae) Belgica antarctica puede tolerar la sal, el frío y los rayos ultravioleta fuertes, y tiene el genoma más pequeño conocido de todos los insectos. Se cree que el pequeño genoma, de 99 millones de pares de bases, se adapta a entornos extremos.

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 los 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 la Yersinia. Proporcionan una estimación de la vida útil del producto, pero también se pueden encontrar en los suelos, en las aguas superficiales y profundas del mar, en los ecosistemas antárticos y en los alimentos.

Las bacterias psicrotróficas son de especial preocupación 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 sanitarias insuficientes. Según el Departamento de Ciencias de los Alimentos de la Universidad de Cornell, los psicrotrofos son bacterias capaces de crecer a temperaturas iguales o 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 de la Antártida, es decir, la reparación del daño del ADN y el apoyo al crecimiento a baja temperatura. Las enzimas RecBCD son intercambiables entre las psicrófilas P. syringae y la mesófila E. coli cuando se le proporciona todo el complejo proteico 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. jeringas a baja temperatura, mientras que RecBCP es insuficiente para estas funciones. Finalmente, tanto la actividad helicasa como la nucleasa de los RecBCDP son importantes para la reparación del ADN y el crecimiento de P. syringae a baja temperatura, la actividad de la nucleasa RecB no es esencial in vivo.

Microalgas psicrófilas

Las algas microscópicas que pueden tolerar temperaturas extremadamente frías pueden sobrevivir en la nieve, el hielo y el agua de mar muy fría. En la nieve, las algas tolerantes al frío pueden florecer en la superficie de la nieve que cubre la tierra, los glaciares o el hielo marino cuando hay suficiente luz. Estas algas de la nieve oscurecen la superficie de la nieve y pueden contribuir al derretimiento de la nieve. En el agua de mar, el fitoplancton que puede tolerar salinidades muy altas y temperaturas muy frías puede vivir en el hielo marino. Un ejemplo de una especie de fitoplancton psicrófilo es la diatomea Fragilariopsis cylindrus asociada al hielo. El fitoplancton que vive en las frías aguas del océano cerca de la Antártida a menudo tiene un contenido de proteínas muy alto y contiene algunas de las concentraciones más altas jamás medidas de enzimas como Rubisco.

Insectos psicrotróficos

Los insectos 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 frío y (3) tolerancia al frío. Los insectos tolerantes al frío sucumben a las temperaturas bajo cero después de una exposición prolongada a temperaturas bajo cero leves o moderadas. Los insectos que evitan las heladas pueden sobrevivir períodos prolongados a temperaturas bajo cero en un estado sobreenfriado, pero mueren en su punto de sobreenfriamiento. Los insectos tolerantes a las heladas pueden sobrevivir a la formación de cristales de hielo dentro de su cuerpo a temperaturas bajo cero. Se argumenta que la tolerancia a las heladas dentro de los insectos es continua, y algunas especies de insectos la muestran 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 exhiben tolerancia a la congelación con un punto de sobreenfriamiento bajo (p. ej., Pytho deplanatus).

Psicrófilo y psicrotrofo

En 1940, ZoBell y Conn declararon que nunca se habían encontrado con "verdaderos psicófilos" u organismos que crecen mejor a temperaturas relativamente bajas. En 1958, J. L. Ingraham apoyó esto al concluir que hay muy pocas o posiblemente ninguna bacteria que se ajuste a las definiciones de psicrófilos de los libros de texto. Richard Y. Morita enfatiza esto usando el término psicrotrofo para describir organismos que no cumplen con la definición de psicrófilos. La confusión entre los términos psicrotrofos 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 aislados.

La similitud entre estos dos es que ambos son capaces de crecer a cero, pero los límites de temperatura óptimos y superiores para el crecimiento son más bajos para los psicrófilos en comparación con los psicrótrofos. Los psicrófilos también están más frecuentemente aislados de hábitats permanentemente fríos en comparación con los psicrótrofos. Aunque las enzimas psicrófilas siguen estando infrautilizadas 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 en la investigación sobre psicrófilos y psicrótrofos contribuirá al mejoramiento de la situación. medio ambiente y el deseo de conservar energía.