ACIDÒFILES: CARACTERÍSTIQUES, EXEMPLES DE MICROORGANISMES, APLICACIONS - BIOLOGIA - 2025

Els organismes acidòfils són un tipus de microorganismes (procariotes o eucariotes) capaços de reproduir-se i viure en ambients els valors de pH són menors a 3. De fet, el terme acidòfil ve de el grec i significa "amant de l'àcid".

Aquests ambients poden provenir d'activitats volcàniques amb alliberament de gasos sulfurosos o barreja d'òxids metàl·lics de les mines de ferro. A més, poden ser producte de l'activitat o metabolisme dels propis organismes, els quals acidifiquen el seu propi mitjà per poder així sobreviure.

Les aigües àcides de Riu Negre serveixen d'hàbitat a una gran varietat de microorganismes acidòfils que li confereixen el seu color característic. By Antoni de Mijas, Espanya, from Wikimedia Commons.

Els organismes classificats dins d'aquesta categoria també pertanyen a el gran grup d'organismes extremòfils, ja que creixen en ambients els pH són molt àcids. On la majoria de les cèl·lules són incapaces de sobreviure.

Addicionalment, és important ressaltar que aquest grup d'organismes són de gran importància des del punt de vista ecològic i econòmic.

Característiques generals

Competència, depredació, mutualisme i sinergia

La majoria dels organismes acidòfils creixen i viuen en presència d'oxigen. No obstant això, hi ha proves de acidòfiles que poden desenvolupar-se tant en absència com en presència d'oxigen.

Addicionalment, aquests organismes estableixen diferents tipus d'interaccions amb altres organismes com competència, depredació, mutualisme i sinergia. Un exemple, són els cultius mixtes de acidòfils dels quals presenten un major creixement i eficiència en l'oxidació de minerals de sulfur que els cultius individuals.

Acidesa, un problema a resoldre

Els acidòfiles semblen compartir característiques estructurals i funcionals distintives que els permeten neutralitzar l'acidesa. Aquests inclouen membranes cel·lulars altament impermeables, una alta capacitat reguladora interna i sistemes únics de transport.

A causa que els acidòfils viuen en un ambient on la concentració de protons és alta, han desenvolupat sistemes de bombes encarregades d'expulsar els protons a l'exterior. Aquesta estratègia aconsegueix que l'interior del bacteri tingui un pH molt proper a l'neutre.

Els organismes acidòfils han desenvolupat un sistema de bombes de protons que els permeten bombar protons cap a l'exterior i mantenir el pH intracel·lular proper a l'neutre. By PhilMacD, from Wikimedia Commons.

No obstant això, en mines amb un alt contingut d'àcid sulfúric s'han trobat microorganismes sense paret cel·lular, el que indica que fins i tot sense aquesta protecció estan sotmeses a altes concentracions de protons.

D'altra banda, a causa de les condicions extremes a les que són sotmesos aquest tipus de microorganismes, han de garantir que totes les seves proteïnes siguin funcionals i no es desnaturalitzin.

Per a això, les proteïnes sintetitzades són d'alt pes molecular, de manera que hi ha un major nombre d'enllaços entre els aminoàcids que les constitueixen. D'aquesta manera, es fa més difícil que passi la ruptura dels enllaços i se li confereix més estabilitat a l'estructura proteica.

Alta impermeabilitat de la membrana

Una vegada que els protons ingressen a l'citoplasma, els organismes acidòfils necessiten implementar mètodes que els permetin alleujar els efectes d'un pH intern reduït.

Per ajudar a mantenir el pH, els acidòfiles tenen una membrana cel·lular impermeable que limita l'entrada de protons cap al citoplasma. Això és degut al fet que la membrana dels acidòfils de arqueges està composta d'un altre tipus de lípids als trobats en bacteris i membranes cel·lulars eucariotes.

En arqueges, els fosfolípids posseeixen una regió hidrofòbica (isopenoide) i una regió polar constituïda per l'esquelet de glicerol i el grup fosfat. En tot cas, la unió és causa d'un enllaç èter, el que genera més resistència sobretot a elevades temperatures.

A més, en alguns casos les arqueges no posseeixen bicapes, sinó que producte de la unió de dues cadenes hidrofòbiques formasn una monocapa on l'única molècula de dos grups polars els atorga major resistència.

En canvi, tot i que els fosfolípids que componen les membranes de bacteris i eucariotes conserven la mateixa estructura (una regió hidrofòbica i una altra polar), els enllaços són tipus èster i formen una bicapa lipídica.

Importància dels

Els organismes acidòfils tenen una importància potencial en l'evolució pel fet que el pH baix i les condicions riques en metalls en les que creixen van poder haver estat similars a les condicions volcàniques submarines existents a la terra primitiva.

Per tant, els organismes acidòfils podrien representar relíquies primordials de les quals la vida més complexa evolucionar.

Addicionalment, a causa que els processos metabòlics podrien haver-se originat en la superfície dels minerals de sulfur, possiblement l'estructuració de l'ADN d'aquests organismes podria haver tingut lloc a pH àcid.

Regulació en organismes acidòfils

La regulació de l'pH és essencial per a tots els organismes, per aquest motiu els acidòfils necessiten tenir un pH intracel·lular proper a l'neutre.

No obstant això, els organismes acidòfils són capaços de tolerar gradients de pH de diversos ordres de magnitud, en comparació als organismes que només creixen a pH propers a la neutralitat. Un exemple, és Thermoplasma acidophilum que és capaç de viure a pH 1,4 mentre manté el seu pH intern a 6,4.

L'interessant dels organismes acidòfils és que aquests s'aprofiten d'aquest gradient de pH per produir energia mitjançant una força motriu de protons.

Exemples de microorganismes acidòfils

Els organismes acidòfils es distribueixen majoritàriament en bacteris i arqueges i contribueixen a nombrosos cicles biogeoquímics, els quals inclouen els cicles de ferro i sofre.

Dins dels primers tenim a Ferroplasma acidarmanus, la qual és una arqueja capaç de créixer en ambients de pH proper a zero. Altres procariotes són Picrophilus oshimae i Picrophilus torridus, que a més són també termòfils i creixen en cràters volcànics japonesos.

També tenim alguns eucariotes acidòfiles com és Cyanidyum caldariuym, el qual és capaç de viure en pH proper a zero, mantenint l'interior de la cèl·lula en un nivell gairebé neutre.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. i Trichosporon cerebriae, són tres eucariotes del Regne Fungi. Altres igualment interessants són Picrophilus oshimae i Picrophilus torridus.

aplicacions

lixiviació

Un paper important dels microorganismes acidòfils involucra la seva aplicació biotecnològica, concretament en l'extracció de metalls dels minerals, la qual redueix considerablement els contaminants que es generen pels mètodes químics tradicionals (lixiviació).

Aquest procés és especialment útil en la mineria de l'coure, on per exemple Thobacillus Sulfolobus poden actuar com a catalitzador i accelerar la velocitat d'oxidació de l'sulfat de coure que es forma durant l'oxidació, ajudant a la solubilització de l'metall.

Indústria dels aliments

Els organismes acidòfils compten amb enzims d'interès industrial sent una font d'enzims estables als àcids amb aplicacions com lubricants.

Addicionalment, en la indústria de l'alimentació la producció de amilases i glucoamilasas s'empren per al processament de l'midó, el forn, el processament de sucs de fruites.

A més, són àmpliament emprats en la producció de proteases i cel·lulases que són utilitzades com a components alimentaris animals i en l'elaboració de productes farmacèutics.

referències

1. Baker-Austin C, Dopson M. Life in acid: pH homeòstasi in acidophiles. Trends microbiol. 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. An Arqueal Iron-Oxidizing Extreme Acidophile Important in Acid Mini Drainage. Science. 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Some applications of their products for biotechnology. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. The possible rol dels surface charge in membrane organització in an acidophile, Indian. Journal of Biochemistry and Biophysics. 1996; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Bäumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Tetraether-linked membrane monolayers in Ferroplasma spp: a key to survival in acid. Extremophiles. 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Diversitat procariòtica: Archea. En: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). Brock Microbiologia dels Microorganismes. Tingues edition. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, pàg 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Life at extremely low pH. Nature. 1995; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Biochemical Society Transactions. 2004; 32: 193-198.