ORGANISMOS EXTREMOS, LAS ARCHAEAS.

WILMAR BETANCOURTDANIEL BUENDIA LEALJORGE LUIS GRAUJORGE LUIS ESPINOSA

BIOLOGIA GENERALDOCENTE: LEN ANDRS PREZ

UNIVERSIDAD DEL ATLNTICOFACULTAD DE INGENIERIAPROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICABARRANQUILLA, 27 DE MAYO DE 2013

ORGANISMOS EXTREMOS, LAS ARCHAEAS.Enlace VIDEO: http://videos.educ.ar/play/Disciplinas/_Biologia/Bacterias_extremofilasLos extremfilos (amantes de las condiciones extremas) son microorganismos que viven en condiciones extremas, entendindose por tales aquellas que son muy diferentes a las que nosotros vivimos. Estos organismos cuentan con enzimas (catalizadores biolgicos) que ayudan a les a funcionar en las circunstancias extremas de su entorno. Estos catalizadores sintticos o enzimas, que son protenas y que aceleran las reacciones qumicas sin alterarse, permanecen activos cuando otras fallan ante condiciones extremas, eliminando la necesidad potencial de ciertas precauciones, aumentando as su eficacia. Las enzimas se emplean en aplicaciones que van desde la produccin de edulcorantes y "ablandado" de pantalones vaqueros a la identificacin gentica de delincuentes y el diagnstico de enfermedades infecciosas y genticas.Segn su condicin ms extrema, se pueden clasificar en: Termfilos: A medida que la temperatura ambiente aumenta, la velocidad a que se desarrollan las reacciones enzimticas aumenta de forma proporcional, lo que implica un desarrollo ms rpido del organismo. Esto sucede hasta llegar a una temperatura mxima, por encima de la cual ciertos componentes de la clula comienzan a degradarse de forma irreversible, cesando el crecimiento y sobreviniendo la muerte celular. Los hipertermfilos como el Sulfolobus acidocaldarius se desarrollan en temperaturas por encima de los 85 C. El ms resistente al calor de estos microbios es el Pyrolobus fumarii que crece en las paredes de las fumarolas hidrotermales submarinas. Se reproduce mejor en ambientes de 105 C y se puede multiplicar en temperaturas de hasta 113 C. Curiosamente, deja de crecer a temperaturas por debajo de 90 C. Psicrfilo: Se desarrollan en ambientes con temperaturas en torno a los 0 C, siempre que el agua se encuentre en estado lquido, gracias a que evitan la formacin de cristales de hielo en su interior. Chlamydomonas nivalis es un alga microscpica que aparece en zonas de nieve dndole a sta un intenso color verde o rojo. Esto es as porque vive en el interior de las capas de nieve en estado vegetativo (verde) y cuando las condiciones se vuelven imposibles, esporula en grandes cantidades y sus esporas son de color rojo. La Polaromonas vacuolata cuenta con una temperatura ptima para el crecimiento de 4 C.Algunos psicrfilos hallados por investigadores en un tnel de Alaska volvieron a la vida una vez que se derriti el hielo que los rodeaba. Estas bacterias haban soportado estar congeladas durante 32.000 aos y pudieron regresar a la vida "como si nada hubiera sucedido" a medida que se descongelaban. Barfilos: son seres vivos que se desarrollan en ambientes con presin muy alta. Un ejemplo es el que se da en bacterias que habitan las fumarolas o brechas de la corteza terrestre en el suelo marino, a miles de metros de profundidad. Extraen su energa del sulfato de hidrgeno y de otras molculas que emergen del suelo marino mediante la quimiosntesis, que no requiere de la luz.Tal como las plantas, las bacterias utilizan su energa para elaborar azcares a partir de dixido de carbono y agua. Los azcares les proveen combustible y materia prima para el resto de las actividades de los microbios, que, a su vez, sirven de alimento a camarones, gusanos tubulares, almejas, peces, cangrejos y pulpos. Todos ellos estn adaptados a un ambiente extremo de oscuridad total; temperatura del agua variando entre 2 y 400 C (en las bocas de las fumarolas) y presiones cientos de veces superiores que las de la superficie del mar; adems de altas concentraciones de sulfatos y otros elementos nocivos. Alcalfilos: Se desarrollan en ambientes tan alcalinos (bsicos) que parecen un detergente concentrado, y suelen estar asociados a sedimentos con una alta concentracin de metano, recordando a lugares como Marte, los cometas, o las lunas heladas de Jpiter o Saturno. Radifilos: Soportan gran cantidad de radiacin, como un hongo negro que vive en las paredes de Chernobyl, o como la bacteria Deinococcus radiodurans. Descubierta a 3,2 kilmetros de profundidad, asentadas en rocas de uranio, de manera que se alimentaban de su radiacin, adems de elementos qumicos similares a la leja y de la roca slida de su entorno. Metangenos: son capaces de generar metano (CH4), un gas combustible, en condiciones anaerbicas (sin oxgeno). Estos organismos viven en el fondo de depsitos acuticos y en el rumen de algunos mamferos herbvoros (rumiantes). En ros con alta acidez viven organismos con un nivel de pH equivalente al cido de una batera. Halfilos: Se desarrollan en ambientes hipersalinos, como las del gnero Halobacterium, que viven en entornos como el Mar Muerto y tienen forma cuadrada. En organismos normales, la sal hace que mueran por deshidratacin debido a la smosis. Si el entorno es salino, con mucha concentracin de sales, el agua del interior de las clulas tiende a salir hacia su exterior. Es decir, se desecan y mueren. Los halfilos cuentan con mecanismos que albergan en el interior de sus tejidos concentraciones de un soluto, compatible a las sales, mayores que en el exterior. As, el agua penetra por smosis.

Anhidrobiosis: Viven en ausencia de agua. Ejemplo es el Selaginella lepidophylla. Xerfilos: estos organismos se desarrollan en ambientes con muy baja humedad. En el desierto de Atacama y a una altura de 5.800 metros se ha localizado en el volcn Socompa una comunidad de microorganismos que viven gracias al dixido de carbono (CO2), agua y metano que les proporcionan las fumarolas volcnicas. Acidfilos: Se desarrollan en ambientes de alta acidez, como el Picrophilus. En California, se han descubierto microbios increblemente diminutos que viven cmodamente en un nivel de pH tan bajo como 0,5, equivalente al cido de una batera, en el drenaje de las minas.Aplicaciones Prcticas de los ExtremfilosLos polisacridos bacterianos pueden ser utilizados como espesantes, emulgentes o como principios activos vlidos para diversos tipos de industria, como por ejemplo la alimentaria, la farmacutica y la cosmtica. Las bacterias halfilas, por otro lado, tienen un inters industrial, sobre todo en el mundo de los detergentes. Por ejemplo, las proteasas y las lipasas son dos enzimas y ambas son muy importantes para la mejora de los efectos de los detergentes, ya que la lipasa sirve para eliminar mejor las manchas de grasa, y la proteasa para eliminar las manchas de proveniencia proteica.En los aos 70, Thomas Brock, encontr en una fuente termal del Parque Nacional de Yellowstone la bacteria Thermus aquaticus. Su resistencia al calor permiti la creacin de la tcnica de reaccin en cadena de la polimerasa (PCR). Este sistema permite hacer copias de ADN, fundamental para el desarrollo de la investigacin biolgica y gentica (por ejemplo, para detectar genes de cncer), el diagnstico mdico o los anlisis forenses. Las enzimas resistentes al calor (termfilas) se han usado para obtener ciclodextrinas a partir del maz, lo que ha permitido estabilizar sustancias voltiles, mejorar la toma de medicamentos y enmascarar olores desagradables.Los organismos psicrfilos han dado lugar a mejoras en sectores relacionados con el fro, como las industrias del procesado de alimentos, los fabricantes de perfumes y fragancias o los de detergentes para lavado en fro. Los acidfilos permiten mejorar la digestibilidad de granos en el estmago de los animales, encontrndose de forma natural en yogures y otros alimentos. Los alcalfilos similares a la leja, se emplean para fabricar detergentes o para producir prendas vaqueras "al lavado de piedra". Los halfilos, propios de ambientes hipersalinos, se utilizan para aumentar la cantidad de crudo extrado de los yacimientos petroleros.La habilidad de la vida de aprovechar estos tipos de energa geotrmica, genera interesantes posibilidades en otros mundos, como la luna Europa de Jpiter, que probablemente alberga agua lquida bajo su superficie de hielo. Europa es estrujada y estirada por fuerzas gravitacionales de Jpiter y los dems satlites galileanos. Es posible que la friccin de las mareas, caliente el interior de Europa lo suficiente como para mantener lo que podra ser el ocano de agua lquida ms grande del Sistema Solar.Nota:La protoglobina (una forma primitiva de hemoglobina), hallada en el extremfilo Aeropyrum pernix, se apunta como un posible apoyo para la creacin de sangre artificial.

MICROORGANISMOS TERMFILOS Los termfilos son organismos vivos que pueden soportar condiciones extremas de temperaturarelativamente altas, por encima de los 45 C pudiendo superar incluso los 100C (hipertermfilos), o relativamente bajas. Es un subtipo de vida extremfila. Muchos termfilos pertenecen al dominioArchaea. Ejemplos de este tipo son los organismos marinos capaces de desarrollarse alrededor de las chimeneas hidrotermales gracias a su asociacin simbitica con bacterias termfilas. Estas bacterias usan los sulfuros que les proporciona el organismo marino para convertirlos en una fuente de materia orgnica con la que el animal se desarrolla. Estos organismos marinos poseen adaptaciones bioqumicas para soportar la toxicidad del sulfuro (hemoglobinas modificadas, ms volumen de sangre del habitual) y adaptaciones para eliminar este azufre txico. As, en estas fuentes hidrotermales se cita al FiloPogonophoracon bacterias simbiticas en el interior de su trofosoma, al FiloAnnelida(concretamente tubcolas de la ClasePolychaeta) o a la ClaseBivalviacon bacterias asociadas a las branquias (Lucinidae). Como hacen para sobrevivir en dichas temperaturas? Pueden sobrevivir estas temperaturas debido a que poseen en su membrana celular una cadena de lpidos saturados queproducen enzimas que son estables a altas temperaturas. Algunos han sido aislados y puestos a trabajar en detergentes o produccin de comida. El mayor lmite de la vida a sido ampliamente reconocido como 113 Celsius, gracias a un microbio llamado pyrolobus fumari. En cuanto a las protenas, se ha visto que poseen gran estabilidad debido a enlaces de tipo covalente e interacciones hidrofbicas.

UTILIDAD EN LA INDUSTRIAEl estudio de los termfilos se inici hace unos cuarenta aos pero se ha ido intensificando cada vez ms ya que poseen enzimas diferentes que les permiten trabajar en condiciones extremas y que tienen multitud de aplicaciones industriales. Se han aislado enzimas comoa-amilasas, DNasas y sernproteasas de la bacteria termfila marinaPyrococcus furiosus, xilanasas termoestables de la bacteriaRhodothermus marinus, etc. 1) Blanqueamiento de Productos. Las industrias dedicadas a blanquear papel, textil y otros productos ven mejor usar para el blanqueo el perxido de hidrgeno que el cloro txico, aunque sera deseable eliminar el perxido una vez utilizado para que el agua empleada en el proceso pueda reutilizarse o eliminarse al ambiente sin problema. Actualmente, el perxido del proceso se diluye en grandes cantidades de agua limpia que suele tener alto coste o se trata con agentes como bisulfito de sodio o hidrosulfito que dejan sal en el agua. Las enzimas catalasas convierten el perxido de hidrgeno en agua y oxgeno, pero los procesos de blanqueado industrial se llevan a cabo a elevadas temperaturas, con lo que las catalasas disponibles comercialmente se estropean rpidamente. Se han encontrado, en el Parque Nacional de Yellowstone, bacterias termfilas que producen catalasas termoestables que podran emplearse en el proceso de blanqueado sin que la elevada temperatura les afecte en absoluto [Chemical & Engineering News, 26 Mayo (2003)].2) Degradacin de los PCBs (policlorobifenilos). Estos compuestos son muy txicos y poseen una alta recalcitrancia. Son muy comunes, ya que forman parte fundamental de plsticos, refrigerantes, intercambiadores de calor, etc.3) En el mbito de la Biologa Molecular, la aparicin de las DNA polimerasas termoestables ha facilitado en gran medida la metodologa de la PCR gracias a su capacidad para desnaturalizar el DNA. La primera usada fue laTaqpolimerasa deThermus aquaticus, de la que se han ido obteniendo variantes ms fieles y eficaces.Multitud de ejemplos se podran seguir citando y con ellos corroboraramos que las bacterias termfilas nos ofrecen un amplio abanico de aplicaciones all donde otros microorganismos no llegan.

()PYROLOBUS PYROLOBUS FUMARII.Pyrolobuses un gnero demicroorganismosdel dominioArchaea. Posee caractersticas parecidas a las del gnero Aquifex, son organismos auttrofos y no forman esporas. Es el organismo mas hipertermfilo conocido (A diferencia de las Aquifex que son solo termfilos) puede crecer por encima de los 90 C hasta los 120 C, por encima estos valores o rango de crecimiento, el organismo muere. Por ejemplo a unos 121 C tendra 1 hora de vida aproximadamente segn estudios realizados. Se considera la temperatura ideal para su crecimiento, a unos 113 C.Pyrolobus es un organismo anaerobio, por lo tanto no usa el oxigeno (O2 ) como principal aceptor de electrones para obtener energa. En lugar de ste utiliza la oxidacin del dihidrgeno (H2). Estos organismos hiprtermofilos poseen enzimas capaces de reducir el Nitrato (NO3-) presente en los medios donde se desarrolla y llevarlo hasta Nitrgeno elemental (N2 ). Estas enzimas reciben el nombre de Nitrato reductasa y Nitrito reductasa; La accin de las enzimas acoplada con el Hidrogeno generan la reaccin: N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g)Liberando amoniaco (NH3) al medio.Debido a su capacidad de reducir el Nitrato en condiciones anaerbicas directamente a Nitrgeno elemental, los organismos Pyrolobus se utilizan en plantas depuradoras de Aguas residuales, eliminando los compuestos de nitrgeno que producen la eutrofizacin del agua, es decir, evitan el crecimiento o la abundancia anormal de nutrientes en dicho ecosistema.

Bibliografa http://www.rcn.montana.edu/resources/organisms/organisminfo.aspx?nav=11&tid=192&did=1&nid=54251&lid=8 Biotecnologia Ambiental Francisco Castillo RodriguezPgina 385. http://ciencia.nasa.gov http://danival.org/600 microbio/8400extremofilos http://www.encuentros.uma.es/encuentros91/bacterias.htm http://microorganismostermofilos.blogspot.com/ http://videos.educ.ar/play/Disciplinas/_Biologia/Bacterias_extremofilas

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