ACIDOPHILE: EIGENSCHAFTEN, BEISPIELE FÜR MIKROORGANISMEN, ANWENDUNGEN - BIOLOGIE - 2025

Acidophile Organismen sind eine Art von Mikroorganismen (prokaryotisch oder eukaryotisch), die sich in Umgebungen mit pH-Werten unter 3 vermehren und leben können. Tatsächlich stammt der Begriff acidophilus aus dem Griechischen und bedeutet "Säureliebhaber".

Diese Umgebungen können durch vulkanische Aktivitäten unter Freisetzung schwefelhaltiger Gase oder einer Mischung von Metalloxiden aus Eisenminen entstehen. Darüber hinaus können sie das Produkt der Aktivität oder des Stoffwechsels der Organismen selbst sein, die ihre eigene Umgebung ansäuern, um zu überleben.

Das saure Wasser des Rio Tinto dient als Lebensraum für eine Vielzahl von säurephilen Mikroorganismen, die ihm seine charakteristische Farbe verleihen. Von Antonio de Mijas, Spanien, aus Wikimedia Commons.

Organismen, die in diese Kategorie eingestuft sind, gehören ebenfalls zur großen Gruppe der extremophilen Organismen, da sie in Umgebungen wachsen, deren pH-Wert sehr sauer ist. Wo die meisten Zellen nicht überleben können.

Darüber hinaus ist hervorzuheben, dass diese Gruppe von Organismen aus ökologischer und ökonomischer Sicht von großer Bedeutung ist.

Allgemeine Charakteristiken

Wettbewerb, Raub, Gegenseitigkeit und Synergie

Die meisten acidophilen Organismen wachsen und leben in Gegenwart von Sauerstoff. Es gibt jedoch Hinweise auf Acidophilus, der sich sowohl in Abwesenheit als auch in Gegenwart von Sauerstoff entwickeln kann.

Darüber hinaus stellen diese Organismen verschiedene Arten von Interaktionen mit anderen Organismen her, wie z. B. Konkurrenz, Raub, Gegenseitigkeit und Synergie. Ein Beispiel sind die Mischkulturen von acidophilus, die ein höheres Wachstum und eine höhere Effizienz bei der Oxidation von Schwefelmineralien aufweisen als die einzelnen Kulturen.

Sodbrennen, ein zu lösendes Problem

Acidophile scheinen charakteristische strukturelle und funktionelle Eigenschaften zu haben, die es ihnen ermöglichen, den Säuregehalt zu neutralisieren. Dazu gehören hochundurchlässige Zellmembranen, eine hohe interne Regulationskapazität und einzigartige Transportsysteme.

Da Acidophile in einer Umgebung leben, in der die Protonenkonzentration hoch ist, haben sie Pumpensysteme entwickelt, die dafür verantwortlich sind, Protonen nach außen auszutreiben. Diese Strategie erreicht, dass das Innere der Bakterien einen pH-Wert aufweist, der nahezu neutral ist.

Acidophile Organismen haben ein System von Protonenpumpen entwickelt, mit denen sie Protonen nach außen pumpen und den intrazellulären pH-Wert nahezu neutral halten können. Von PhilMacD aus Wikimedia Commons.

In Bergwerken mit hohem Schwefelsäuregehalt wurden jedoch Mikroorganismen ohne Zellwand gefunden, was darauf hinweist, dass sie auch ohne diesen Schutz hohen Protonenkonzentrationen ausgesetzt sind.

Andererseits müssen sie aufgrund der extremen Bedingungen, denen diese Arten von Mikroorganismen ausgesetzt sind, sicherstellen, dass alle ihre Proteine ​​funktionsfähig und nicht denaturiert sind.

Hierzu haben die synthetisierten Proteine ​​ein hohes Molekulargewicht, so dass zwischen den Aminosäuren, aus denen sie bestehen, eine größere Anzahl von Bindungen besteht. Auf diese Weise wird es schwieriger, die Bindungen aufzubrechen, und die Proteinstruktur wird stabiler.

Hohe Membranundurchlässigkeit

Sobald die Protonen in das Zytoplasma eintreten, müssen acidophile Organismen Methoden implementieren, die es ihnen ermöglichen, die Auswirkungen eines verringerten inneren pH-Werts zu mildern.

Um den pH-Wert aufrechtzuerhalten, haben Acidophile eine undurchlässige Zellmembran, die den Eintritt von Protonen in das Zytoplasma begrenzt. Dies liegt daran, dass die Membran von Archaea acidophils aus anderen Arten von Lipiden besteht als die in Bakterien und eukaryotischen Zellmembranen vorkommenden.

In Archaeen haben Phospholipide eine hydrophobe (Isopenoid-) Region und eine polare Region, die aus dem Glyceringerüst und der Phosphatgruppe besteht. In jedem Fall beruht die Vereinigung auf einer Etherbindung, die insbesondere bei hohen Temperaturen einen größeren Widerstand erzeugt.

Außerdem haben Archaeen in einigen Fällen keine Doppelschichten, sondern das Produkt der Vereinigung zweier hydrophober Ketten. Sie bilden eine Monoschicht, in der das einzige Molekül zweier polarer Gruppen ihnen einen größeren Widerstand verleiht.

Andererseits behalten die Bindungen vom Estertyp und bilden eine Lipiddoppelschicht, obwohl die Phospholipide, aus denen die Membranen von Bakterien und Eukaryoten bestehen, die gleiche Struktur (eine hydrophobe und eine polare Region) beibehalten.

Wichtigkeit von

Acidophile Organismen sind für die Evolution von potenzieller Bedeutung, da der niedrige pH-Wert und die metallreichen Bedingungen, unter denen sie wachsen, möglicherweise den vulkanischen Unterwasserbedingungen in der frühen Erde ähnlich waren.

So könnten acidophile Organismen Urrelikte darstellen, aus denen sich ein komplexeres Leben entwickelt hat.

Da die Stoffwechselprozesse möglicherweise auf der Oberfläche der Sulfidmineralien entstanden sind, könnte die DNA-Strukturierung dieser Organismen möglicherweise auch bei saurem pH-Wert stattgefunden haben.

Regulation in acidophilen Organismen

Die Regulierung des pH-Werts ist für alle Organismen wesentlich. Aus diesem Grund müssen Acidophile einen intrazellulären pH-Wert nahe dem neutralen Wert haben.

Acidophile Organismen sind jedoch in der Lage, pH-Gradienten von mehreren Größenordnungen zu tolerieren, verglichen mit Organismen, die nur bei pH-Werten nahe dem neutralen Wert wachsen. Ein Beispiel ist Thermoplasma acidophilum, das bei einem pH-Wert von 1,4 leben kann, während sein innerer pH-Wert bei 6,4 gehalten wird.

Das Interessante an acidophilen Organismen ist, dass sie diesen pH-Gradienten nutzen, um Energie durch eine Protonenmotivkraft zu erzeugen.

Beispiele für acidophile Mikroorganismen

Acidophile Organismen sind überwiegend in Bakterien und Archaeen verteilt und tragen zu zahlreichen biogeochemischen Kreisläufen bei, zu denen auch die Eisen- und Schwefelkreisläufe gehören.

Zu den ersten gehört Ferroplasma acidarmanus, ein Archa, das in Umgebungen mit einem pH-Wert nahe Null wachsen kann. Andere Prokaryoten sind Picrophilus oshimae und Picrophilus torridus, die ebenfalls thermophil sind und in japanischen Vulkankratern wachsen.

Wir haben auch einige acidophile Eukaryoten wie Cyanidyum caldariuym, die in der Lage sind, bei einem pH-Wert nahe Null zu leben und das Innere der Zelle auf einem nahezu neutralen Niveau zu halten.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. und Trichosporon cerebriae sind drei Eukaryoten aus dem Königreich der Pilze. Andere ebenso interessante sind Picrophilus oshimae und Picrophilus torridus.

Anwendungen

Auslaugen

Eine wichtige Rolle von acidophilen Mikroorganismen ist ihre biotechnologische Anwendung, insbesondere bei der Extraktion von Metallen aus Mineralien, wodurch die durch traditionelle chemische Methoden (Auslaugung) erzeugten Verunreinigungen erheblich reduziert werden.

Dieses Verfahren ist besonders beim Kupferabbau nützlich, wo beispielsweise Thobacillus sulfolobus als Katalysator wirken und die Oxidationsrate von Kupfersulfat beschleunigen kann, das sich während der Oxidation bildet, wodurch die Solubilisierung des Metalls unterstützt wird.

Nahrungsmittelindustrie

Acidophile Organismen haben Enzyme von industriellem Interesse, die eine Quelle für säurestabile Enzyme mit Anwendungen als Schmiermittel darstellen.

Darüber hinaus wird in der Lebensmittelindustrie die Herstellung von Amylasen und Glucoamylasen zur Verarbeitung von Stärke, zur Bäckerei und zur Verarbeitung von Fruchtsäften verwendet.

Darüber hinaus werden sie häufig bei der Herstellung von Proteasen und Cellulasen verwendet, die als Tierfutterkomponenten und bei der Herstellung von pharmazeutischen Produkten verwendet werden.

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