psychrophilic adalah subtipe dari extremophiles ditandai dengan rendah menahan suhu, biasanya antara -20 ° C dan 10 ° C, dan secara permanen menempati habitat dingin. Organisme ini biasanya bakteri atau archaea, namun ada metazoa seperti lumut, ganggang, jamur, nematoda dan bahkan serangga dan hewan vertebrata .
Lingkungan dingin mendominasi biosfer Bumi dan dijajah oleh mikroorganisme yang melimpah dan beragam yang memainkan peran penting dalam siklus biogeokimia global.
Lichen Xanthoria elegans adalah psychrophile terkenal yang dapat berfotosintesis pada suhu serendah -24 ° C. Foto diambil di Alberta, Kanada. Sumber: Jason Hollinger melalui https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg
Selain tahan terhadap suhu rendah, organisme psikrofilik juga harus beradaptasi dengan kondisi ekstrim lainnya, seperti tekanan tinggi, konsentrasi garam tinggi, dan radiasi ultraviolet yang tinggi.
Indeks artikel
Ciri-ciri organisme psikrofilik
Habitat
Habitat utama organisme psikrofilik adalah:
-Lingkungan laut kutub.
-Bank atau es laut.
-Lingkungan terestrial kutub.
-Danau di ketinggian dan garis lintang.
-Danau subglasial.
– Daerah pegunungan yang dingin.
-Permukaan gletser.
-gurun kutub.
-Laut dalam.
Adaptasi
Psikofil dilindungi dari pembekuan dengan berbagai adaptasi. Salah satunya adalah fleksibilitas membran sel mereka, yang mereka capai dengan memasukkan kandungan tinggi asam lemak pendek dan tak jenuh dalam struktur membran lipid mereka.
Efek dari penggabungan asam lemak ini adalah untuk menurunkan titik leleh, sekaligus meningkatkan fluiditas dan ketahanannya.
Adaptasi penting lainnya dari psychrophiles adalah sintesis protein antibeku. Protein ini menjaga air tubuh dalam keadaan cair dan melindungi DNA ketika suhu turun di bawah titik beku air. Mereka juga mencegah pembentukan es atau rekristalisasi terjadi.
Jenis-jenis psikrofil dan contohnya
Organisme bersel tunggal
Keragaman psychrophiles uniseluler sangat besar, di antaranya kita dapat menyebutkan anggota dari sebagian besar garis keturunan bakteri: Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chloroflexi, Cianobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, OP10 dan Planctomycetes.
Selain itu, Proteobacteria dan Verrucomicrobia telah terdeteksi di Kutub Utara, Antartika, dan di cryocone Alpen. Mereka juga telah terdeteksi di Greenland, Kanada, Tibet, dan Himalaya.
Di antara cyanobacteria psychrophilic kita menemukan Leptolvngbva , Phormidium dan Nostoc. Genera umum lainnya adalah Aphanothece uniseluler , Chroococcus, dan Charnaesiphon , dan Oscillatoria berfilamen , Microcoleus , Schizothrix , Anabaena , Calothrix , Crinalium, dan Plectonerna.
Organisme multiseluler
Di antara serangga psychrophilic kita dapat menamakan genus Diamesa dari Himalaya (Nepal), yang tetap aktif hingga mencapai suhu -16 ° C.
Juga ditemukan nyamuk tak bersayap, Belgia Antartika, panjang 2–6 mm, endemik Antartika . Ini adalah satu-satunya serangga di benua itu dan juga satu-satunya hewan terestrial eksklusif.
Gambar 2. Nyamuk apteran Belgica antarctica, serangga endemik Antartika. Sumber: Tasteofcrayons [Domain publik], dari Wikimedia Commons
Hewan vertebrata juga bisa menjadi psikrofil. Beberapa contoh termasuk sejumlah kecil katak, kura-kura, dan ular yang menggunakan pembekuan air ekstraseluler (air di luar sel) sebagai strategi bertahan hidup untuk melindungi sel mereka selama musim dingin.
Nematoda Antartika Panagrolaimus davidi dapat bertahan dari pembekuan air intraseluler dan kemudian tumbuh kembali dan bereproduksi.
Juga ikan dari keluarga Channichthyidae -yang hidup di perairan dingin Antartika dan Amerika Selatan bagian selatan-, menggunakan protein antibeku untuk melindungi sel mereka dari pembekuan total.
Suhu pertumbuhan dan organisme psikrofilik
Suhu pertumbuhan maksimum (T max ) suatu organisme adalah yang tertinggi yang dapat ditoleransi. Sedangkan suhu optimal (T opt ) untuk pertumbuhan adalah suhu di mana organisme tumbuh lebih cepat.
Semua organisme yang bertahan dan berkembang di lingkungan bersuhu rendah umumnya dianggap sebagai psikrofil. Namun, seperti yang kita ketahui, istilah psikrofil seharusnya hanya diterapkan pada organisme yang T maxnya 20 ° C (yaitu, mereka tidak dapat bertahan hidup pada suhu yang lebih tinggi).
Mikroorganisme telah diisolasi dari daerah yang sangat dingin, yang dapat tumbuh dalam kondisi laboratorium pada suhu di atas 20 ° C, yang menunjukkan bahwa meskipun mereka beradaptasi dengan suhu rendah, mereka tidak boleh dianggap sebagai psikrofil. Mikroorganisme ini disebut “mesotolerant”, yaitu, mereka mentolerir suhu sedang.
Methanococcoides burtonii dan Methanogenium frigidum di Danau Ace
Methanococcoides burtonii adalah archaea ekstrofilik dan metanogenik yang diisolasi dari Danau Ace di Antartika, di mana suhu berkisar antara 1 dan 2 ° C. Namun, dalam penelitian laboratorium ditemukan bahwa T opt pertumbuhannya adalah 23 ° C dan T max adalah 28 ° C, sehingga tidak boleh dianggap psikrofilik.
Methanogenium frigidum juga merupakan archaea metanogenik dan halofilik (yang mentolerir garam dalam medium), diisolasi dari Danau Ace yang sama dan yang di laboratorium memiliki T opt 15 ° C dan T max 18 ° C, memungkinkan untuk diklasifikasikan itu sebagai psikofilik.
Dapat dipertimbangkan bahwa psychrophile M. frigidum harus beradaptasi lebih baik pada suhu rendah daripada M. burtonii . Namun, M. burtonii tumbuh lebih cepat daripada M. frigidum pada suhu 1 hingga 2 ° C di Danau Ace.
Data tersebut menunjukkan bahwa ada faktor lingkungan lain (biotik dan abiotik), selain suhu, yang mempengaruhi pertumbuhan populasi mikroorganisme tersebut di habitat aslinya.
Kelangsungan hidup suatu organisme di lingkungan tertentu tergantung pada kombinasi beberapa faktor lingkungan dan bukan pada efek hanya satu. Di sisi lain, setiap mikroorganisme memiliki persyaratan tertentu (berbeda dari suhu), yang juga mempengaruhi kinerjanya.
Pada kasus M. burtonii dan M. frigidum diketahui bahwa masing-masing menggunakan sumber karbon dan energi yang berbeda: M. burtonii menggunakan substrat termetilasi, sedangkan M. frigidum menggunakan H 2 : CO 2 untuk pertumbuhannya. Danau Ace jenuh dengan metana, yang mendukung pertumbuhan M. burtonii.
Sphingopyxis alaskensis dan haloarchaea
Sphingopyxis alaskensis adalah bakteri yang diisolasi dari perairan laut belahan bumi utara, di mana suhu 4 – 10 ° C berlaku. Di sisi lain, haloarchaea, yaitu archaea yang menghuni perairan yang sangat jenuh dengan garam, tumbuh pada suhu -20 ° C.
Meskipun memiliki populasi yang tinggi di habitat aslinya, tidak satu pun dari mikroorganisme ini dapat dibudidayakan di laboratorium pada suhu kurang dari 4 ° C.
Pada gilirannya, S. alaskensis memiliki T max 45 ° C dan haloarchaea dapat tumbuh pada suhu di atas 30 ° C, sehingga tidak dapat dianggap psikrofilik. Namun, populasi mereka beradaptasi dengan baik dan sangat melimpah di daerah yang sangat dingin.
Dari uraian di atas dapat kita asumsikan bahwa ada faktor lingkungan pembatas lain yang mempengaruhi kelangsungan hidup organisme ini di habitat aslinya, dan suhu bukanlah faktor dengan bobot terbesar .
Kegunaan bioteknologi
Enzim organisme psikrofilik dicirikan oleh aktivitas tinggi pada suhu rendah dan sedang. Selanjutnya, enzim ini memiliki stabilitas termal yang buruk.
Karena karakteristik tersebut, enzim organisme psychrophilic sangat menarik untuk diterapkan dalam berbagai proses di industri makanan, obat-obatan, biologi molekuler, di industri farmasi, antara lain.
Referensi
- Cavicchioli, R. (2015). Tentang konsep psikrofil. Jurnal ISME, 10 (4), 793-795. doi: 10.1038 / ismej.2015.160
- Krembs, C. dan Deming, JW (2008). Peran eksopolimer dalam adaptasi mikroba terhadap es laut. Dalam: Margesin, R., Schirmer, F., Marx, J.-C. dan Gerday, C. reds) Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology. Springer-Verlag, Berlin, Jerman, hal. 247-264.
- Kohshima, S. (1984). Serangga baru yang tahan dingin ditemukan di gletser Himalaya. Alam, 310 (5974), 225-227. doi: 10.1038 / 310225a0
- Margesin, R. (editor). (2017). Psikrofil: dari Keanekaragaman Hayati ke Bioteknologi. Edisi kedua. Springer Verlag, Heidelberg, Jerman. hal. 685.
- Miteva, V. (2008). Bakteri di salju dan es. Dalam: Margesin, R. dan Schirmer, F. (eds) Psychrophiles: dari Keanekaragaman Hayati ke Bioteknologi. Springer Verlag, Heidelberg, Jerman, hal. 31-50.
- Harga, PB (2000). Habitat psychrophiles di es Antartika yang dalam. Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat 97, 1247-1251.
