organisme halofilik adalah kategori mikroorganisme, baik prokariota dan eukariota, mampu mereproduksi dan hidup di lingkungan dengan konsentrasi tinggi garam seperti air laut dan hypersaline daerah kering. Istilah halofilia berasal dari kata Yunani halos dan filo, yang berarti “pencinta garam.”
Organisme yang diklasifikasikan dalam kategori ini juga termasuk dalam kelompok besar organisme Extremophilic karena mereka berkembang biak di habitat salinitas ekstrim, di mana sebagian besar sel hidup tidak akan mampu bertahan hidup.
Salinas, lingkungan salinitas ekstrim di mana sel-sel halofilik ekstrim berkembang biak. Oleh H. Zell [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons.
Faktanya, sebagian besar sel yang ada dengan cepat kehilangan air ketika terkena media yang kaya garam dan dehidrasi inilah yang dalam banyak kasus dengan cepat menyebabkan kematian.
Kemampuan organisme halofilik untuk dapat hidup di lingkungan ini disebabkan oleh fakta bahwa mereka dapat menyeimbangkan tekanan osmotik mereka dalam kaitannya dengan lingkungan dan mempertahankan sitoplasma isosmotik mereka dengan lingkungan ekstraseluler.
Mereka telah diklasifikasikan berdasarkan konsentrasi garam, di mana mereka dapat hidup di halofil ekstrim, sedang, lemah dan halotoleran.
Beberapa perwakilan halofilik adalah alga hijau Dunaliella salina , krustasea dari genus Artemia atau kutu air, dan jamur Aspergillus penicillioides dan Aspergillus terreu.
Indeks artikel
Klasifikasi
Tidak semua organisme halofilik mampu berkembang biak dalam berbagai konsentrasi garam. Sebaliknya, mereka berbeda dalam tingkat salinitas yang dapat mereka toleransi.
Tingkat toleransi yang bervariasi antara konsentrasi NaCl yang sangat spesifik ini telah berfungsi untuk mengklasifikasikannya sebagai halofil ekstrem, sedang, lemah, dan halotoleran.
Kelompok halofil ekstrim mencakup semua organisme yang mampu menghuni lingkungan di mana konsentrasi NaCl melebihi 20%.
Ini diikuti oleh halofil sedang yang berkembang biak pada konsentrasi NaCl antara 10 dan 20%; dan halofil lemah, yang melakukannya pada konsentrasi yang lebih rendah yang bervariasi antara 0,5 dan 10%.
Terakhir, halotolerant, adalah organisme yang hanya mampu mendukung konsentrasi garam yang rendah.
Osmosis dan salinitas
Ada berbagai macam halofil prokariotik yang mampu menolak konsentrasi tinggi NaCl.
Kemampuan untuk menahan kondisi salinitas yang bervariasi dari rendah, tetapi lebih tinggi daripada yang dapat ditoleransi oleh sebagian besar sel hidup, hingga yang sangat ekstrem, telah diperoleh berkat pengembangan berbagai strategi.
Strategi utama atau sentral adalah untuk menghindari konsekuensi dari proses fisik yang dikenal sebagai osmosis.
Fenomena ini mengacu pada pergerakan air melalui membran semi-permeabel, dari tempat dengan konsentrasi zat terlarut rendah ke tempat dengan konsentrasi lebih tinggi.
Akibatnya, jika di lingkungan ekstraseluler (lingkungan tempat organisme berkembang) ada konsentrasi garam yang lebih tinggi daripada di sitosolnya, ia akan kehilangan air ke luar dan akan mengalami dehidrasi hingga mati.
Sementara itu, untuk menghindari kehilangan air ini, mereka menyimpan konsentrasi tinggi zat terlarut (garam) dalam sitoplasma mereka untuk mengimbangi efek tekanan osmotik.
Strategi adaptif untuk mengatasi salinitas
bakteri halofilik. Oleh Maulucioni berdasarkan gambar Commons [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], dari Wikimedia Commons.
Beberapa strategi yang digunakan oleh organisme ini adalah: sintesis enzim yang mampu mempertahankan aktivitasnya pada konsentrasi garam yang tinggi, membran ungu yang memungkinkan mereka untuk tumbuh dengan fototrofi, sensor yang mengatur respons fototaktik seperti rhodopsin, dan vesikel gas yang mempromosikan pertumbuhan mereka, pengapungan.
Selain itu, perlu dicatat bahwa lingkungan tempat organisme ini tumbuh cukup berubah-ubah, yang menciptakan risiko bagi kelangsungan hidup mereka. Oleh karena itu, mereka mengembangkan strategi lain yang disesuaikan dengan kondisi tersebut.
Salah satu faktor yang berubah adalah konsentrasi zat terlarut, yang tidak hanya penting di lingkungan hipersalin, tetapi di lingkungan mana pun di mana hujan atau suhu tinggi dapat menyebabkan pengeringan dan akibatnya variasi osmolaritas.
Untuk mengatasi perubahan ini, mikroorganisme halofilik telah mengembangkan dua mekanisme yang memungkinkan mereka untuk mempertahankan sitoplasma hiperosmotik. Salah satunya disebut “salt-in” dan yang lainnya “salt-out”
Mekanisme garam masuk
Mekanisme ini dilakukan oleh Archeas dan Haloanaerobiales (bakteri halofilik cararat anaerobik ketat) dan terdiri dari peningkatan konsentrasi internal KCl dalam sitoplasma mereka.
Namun, konsentrasi garam yang tinggi dalam sitoplasma telah menyebabkan mereka melakukan adaptasi molekuler untuk fungsi normal enzim intraseluler.
Adaptasi ini pada dasarnya terdiri dari sintesis protein dan enzim yang kaya asam amino asam dan miskin asam amino hidrofobik.
Keterbatasan untuk jenis strategi ini adalah bahwa organisme yang melaksanakannya memiliki kapasitas yang buruk untuk beradaptasi dengan perubahan mendadak dalam osmolaritas, membatasi pertumbuhannya pada lingkungan dengan konsentrasi salin yang sangat tinggi.
Mekanisme keluar garam
Mekanisme ini digunakan oleh bakteri halofilik dan non-halofilik, selain archaea metanogenik halofilik sedang.
Dalam hal ini, mikroorganisme halofilik melakukan keseimbangan osmotik menggunakan molekul organik kecil yang dapat disintesis olehnya atau diambil dari medium.
Molekul-molekul ini dapat berupa poliol (seperti gliserol dan arabinitol), gula seperti sukrosa, trehalosa atau glukosil-gliserol atau asam amino dan turunan dari amina kuaterner seperti glisin-betain.
Semuanya memiliki kelarutan yang tinggi dalam air, tidak memiliki muatan pada pH fisiologis dan dapat mencapai nilai konsentrasi yang memungkinkan mikroorganisme ini untuk menjaga keseimbangan osmotik dengan lingkungan eksternal tanpa mempengaruhi fungsi enzim mereka sendiri.
Selain itu, molekul-molekul ini memiliki kemampuan untuk menstabilkan protein terhadap panas, pengeringan atau pembekuan.
Kegunaan
Mikroorganisme halofilik sangat berguna untuk memperoleh molekul untuk tujuan bioteknologi.
Bakteri ini tidak menimbulkan kesulitan besar untuk dibudidayakan karena kebutuhan nutrisi yang rendah dalam media mereka. Toleransi mereka terhadap konsentrasi garam tinggi meminimalkan risiko kontaminasi, yang membuat mereka organisme alternatif yang lebih menguntungkan daripada E. coli.
Selain itu, dengan menggabungkan kapasitas produksinya dengan ketahanannya terhadap kondisi salinitas yang ekstrim, mikroorganisme sangat diminati sebagai sumber produk industri, baik di bidang farmasi, kosmetik maupun bioteknologi.
Beberapa contoh:
Enzim
Banyak proses industri dikembangkan di bawah kondisi ekstrim, yang menawarkan bidang aplikasi untuk enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme Ekstremofilik, yang mampu bekerja pada nilai suhu, pH, atau salinitas yang ekstrem. Dengan demikian, amilase dan protease, yang digunakan dalam biologi molekuler, telah dijelaskan.
Polimer
Demikian pula, bakteri halofilik adalah produsen polimer dengan surfaktan dan sifat pengemulsi yang sangat penting dalam industri minyak karena mereka berkontribusi pada ekstraksi minyak mentah dari lapisan tanah.
larutan yang kompatibel
Zat terlarut yang terakumulasi oleh bakteri ini dalam sitoplasmanya memiliki daya penstabil dan pelindung yang tinggi untuk enzim, asam nukleat, membran dan bahkan seluruh sel, terhadap pembekuan, pengeringan, denaturasi panas, dan salinitas tinggi.
Semua ini telah digunakan dalam teknologi enzim serta dalam industri makanan dan kosmetik untuk memperpanjang umur produk.
Biodegradasi limbah
Bakteri halofilik mampu mendegradasi limbah beracun seperti pestisida, obat-obatan, herbisida, logam berat, dan proses ekstraksi minyak dan gas.
Makanan
Di bidang makanan mereka berpartisipasi dalam produksi kecap.
Referensi
- Dennis PP, Shimmin LC. Divergensi evolusioner dan seleksi yang dimediasi salinitas di Archaea halofilik. Mikrobiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
- González-Hernández JC, Peña A. Strategi adaptasi mikroorganisme halofilik dan Debaryomyces hansenii (ragi halofilik). Jurnal Mikrobiologi Amerika Latin. 2002; 44 (3): 137-156.
- Oren A. Aspek bionergetik dari halofilisme. Mikrobiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
- Ramirez N, Sandoval AH, Serrano JA. Bakteri halofilik dan aplikasi bioteknologinya. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
- Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Akumulasi zat terlarut yang kompatibel dengan osmosensi dan osmoregulasi oleh bakteri. Comp Biochem Fisiol. 2001; 130: 437-460.
