HALÒFILS: CLASSIFICACIÓ, OSMOSI, APLICACIONS, EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Els organismes halòfils són una categoria de microorganismes, tant procariotes com eucariotes, capaços de reproduir-se i viure en ambients amb elevades concentracions de sal com ara l'aigua de mar i les zones àrides hipersalines. El terme halòfil prové de les paraules gregues halos i tall, que significa "amant de la sal".

Els organismes classificats dins d'aquesta categoria també pertanyen a el gran grup d'organismes extremòfils ja que proliferen en hàbitats d'extrema salinitat, on la majoria de les cèl·lules vives serien incapaços de sobreviure.

Salines, ambients d'extrema salinitat on proliferen cèl·lules halòfiles extremes. By H. Zell, from Wikimedia Commons.

De fet, la gran majoria de les cèl·lules existents perden acceleradament aigua quan són exposades a mitjans rics en sal i és aquesta deshidratació la que en molts casos les porta ràpidament a morir.

La capacitat dels organismes halòfils per poder viure en aquests ambients es deu al fet que poden balancejar la seva pressió osmòtica en relació a l'mig i mantenir el seu citoplasma isosmótico amb el medi extracel·lular.

S'han classificat en base a la concentració de sal, en la qual poden viure en halòfils extrems, moderats, febles i halotolerantes.

Alguns representants halòfils són l'alga verda Dunaliella salina, el crustaci d'el gènere Artemia o puça d'aigua i els fongs Aspergillus penicillioides i Aspergillus Terreu.

classificació

No tots els organismes halòfils són capaços de proliferar en una àmplia gamma de concentracions de sal. Per contra, difereixen en el grau de salinitat que són capaços de tolerar.

Aquest nivell de tolerància que varia entre concentracions molt específiques de NaCl ha servit per classificar-los en halòfils extrems, moderats, febles i halotolerantes.

El grup de halòfils extrems inclou a tots aquells organismes capaços de poblar ambients on les concentracions de NaCl superen el 20%.

A aquests els segueixen els halòfils moderats que proliferen en concentracions de NaCl entre 10 i 20%; i els halòfils febles, que ho fan a concentracions més baixes que varien entre 0,5 i 10%.

Finalment els halotolerantes, són organismes que són només capaços de suportar baixes concentracions de sal.

Osmosi i salinitat

Hi ha una gran varietat de halòfils procariotes capaços de resistir altes concentracions de NaCl.

Aquesta capacitat de resistir condicions de salinitat que varien des de baixes, però superiors a les que la majoria de les cèl·lules vives són capaços de tolerar, fins a les molt extremes, l'han adquirit gràcies a el desenvolupament de múltiples estratègies.

L'estratègia principal o central consisteix a evadir les conseqüències d'un procés físic conegut com osmosi.

Aquest fenomen es refereix a el moviment que realitza l'aigua a través d'una membrana semipermeable, des d'un lloc de baixa concentració de soluts a un de major concentració.

Per tant, si en el medi extracel·lular (ambient on es desenvolupa un organisme) hi ha concentracions de sal superiors a les que hi ha al seu citosol, perdrà aigua cap a l'exterior i es deshidratará fins a morir.

En tant, per evitar està perduda d'aigua s'emmagatzemen en el seu citoplasma concentracions elevades de soluts (sals) per tal de compensar els efectes de la pressió osmòtica.

Estratègies adaptatives per fer front a la salinitat

Bacteris halòfiles. By Maulucioni basat en imatges de Commons, from Wikimedia Commons.

Algunes de les estratègies que fan servir aquests organismes són: la síntesi d'enzims capaços de mantenir la seva activitat a altes concentracions de sal, membranes porpra que els permeten el creixement per fototrofía, sensors que regulen la resposta fototáctica com la rodopsina i vesícules gasoses que promouen la seva flotació.

A més, cal destacar que els ambients on creixen aquests organismes són bastant canviants, la qual cosa crea un risc per a la seva supervivència. Per tant, desenvolupen altres estratègies adaptades a aquestes condicions.

Un dels factors canviants és la concentració de soluts, la qual no només és important en els mitjans hipersalins, sinó en qualsevol ambient on les pluges o les altes temperatures poden provocar dessecació i per tant variacions en l'osmolaritat.

Per fer front a aquests canvis, els microorganismes halòfils s'han desenvolupat dos mecanismes que els permeten mantenir un citoplasma hiperosmótico. Un d'ells anomenat "salt-in" i l'altre "salt-out"

Mecanisme "salt-in"

Aquest mecanisme és dut a terme per arqueobacteris i Haloanaerobiales (bacteris halòfiles moderades anaerobis estrictes) i consisteix a elevar les concentracions internes de KCl en el seu citoplasma.

No obstant això, l'elevada concentració de sal en el citoplasma, ha generat que aquests hagin de realitzar adaptacions moleculars per al normal funcionament dels enzims intracel·lulars.

Aquestes adaptacions, consisteixen bàsicament en la síntesi de proteïnes i enzims riques en aminoàcids amb caràcter àcid i pobres en aminoàcids hidrofòbics.

Una limitació per a aquest tipus d'estratègia és que aquells organismes que el porten a terme tenen una pobra capacitat per adaptar-se als canvis bruscos en l'osmolaritat, restringint el seu creixement a ambients amb concentracions salines molt elevades.

Mecanisme "salt-out"

Aquest mecanisme és emprat per bacteris tant halòfiles com no halòfiles, a més de les arqueges metanógenas halòfiles moderades.

En aquest, el microorganisme halòfil realitza el balanç osmòtic emprant petites molècules orgàniques que poden ser sintetitzades per ell o preses de l'mig.

Aquestes molècules poden ser poliols (com glicerol i arabinitol), sucres com sacarosa, trehalosa o glucosil-glicerol o aminoàcids i derivats d'amines quaternàries com glicina-betaïna.

Totes elles, presenten una alta solubilitat en aigua, no tenen càrrega a pH fisiològic i poden arribar a valors de concentració que li permeten a aquests microorganismes mantenir el balanç osmòtic amb el medi extern sense arribar a afectar el funcionament de les seves pròpies enzims.

Addicionalment, aquestes molècules tenen la capacitat d'estabilitzar les proteïnes enfront de la calor, la dessecació o la congelació.

aplicacions

Els microorganismes halòfils són de gran utilitat per a l'obtenció de molècules amb fins biotecnològics.

Aquests bacteris no presenten més dificultats per a ser cultivades a causa dels escassos requeriments nutricionals en els seus mitjans. La seva tolerància a elevades concentracions salines, redueix a l'mínim els riscos de contaminació, el que les col·loca com a organismes alternatius més avantatjosos que E. coli.

Addicionalment, a l'combinar la seva capacitat productora amb la seva resistència a les condicions extremes de salinitat, resulten microorganismes de gran interès com a font de productes industrials, tant en el camp farmacèutic com en el cosmètic i el biotecnològic.

Alguns exemples:

enzims

Molts processos industrials es desenvolupen sota condicions extremes, el que ofereix un camp d'aplicació per enzims produïdes per microorganismes extremòfils, capaços d'actuar a valors extrems de temperatura, pH o salinitat. Així, s'han descrit amilases i proteases, emprades en biologia molecular.

polímers

De la mateixa manera, els bacteris halòfiles són productores de polímers amb propietats surfactants i emulsionants de gran importància en la indústria petroliera a causa que contribueixen en els processos d'extracció de cru de l'subsòl.

osmoprotector

Els soluts que acumulen aquests bacteris en el seu citoplasma posseeixen un alt poder estabilitzador i protector d'enzims, àcids nucleics, membranes i fins i tot cèl·lules senceres, contra la congelació, la dessecació, la desnaturalització per calor i l'alta salinitat.

Tot això ha estat usat en tecnologia enzimàtica així com en la indústria alimentària i cosmètica per perllongar el temps de durada dels productes.

Biodegradació de residus

Els bacteris halòfiles són capaços de degradar residus tòxics com els pesticides, productes farmacèutics, herbicides, metalls pesats i els processos d'extracció de petroli i gas.

aliments

En el camp de l'alimentació participen en l'elaboració de la salsa de soja.

referències

1. Dennis PP, Shimmin LC. Evolutionary Divergence and Salinity-mediated selection in halophilic Archaea. Microbiol Mol Biol Rev 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Penya A. Estratègies d'adaptació de microorganismes halòfils i Debaryomyces hansenii (Llevat halòfila). Revista Llatinoamericana de Microbiologia. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Bionergetic aspects of halophilism. Microbiol Mol Biol Rev 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Els bacteris halòfiles i les seves aplicacions biotecnològiques. Rev Soc Vine microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer I, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Osmosensing and osmoregulatory compatible solutes accumulation by bacteri. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.