Acidófilos: características, ejemplos, aplicaciones
Los organismos acidófilos son un tipo de microorganismos (procariotas o eucariotas) capaces de reproducirse y vivir en ambientes cuyos valores de pH son menores a 3. De hecho, el termino acidófilo viene del griego y significa “amante del ácido”.
Estos ambientes pueden provenir de actividades volcánicas con liberación de gases sulfurosos o mezcla de óxidos metálicos de las minas de hierro. Además, pueden ser producto de la actividad o metabolismo de los propios organismos, los cuales acidifican su propio medio para poder así sobrevivir.
Los organismos clasificados dentro de esta categoría también pertenecen al gran grupo de organismos extremófilos, ya que crecen en ambientes cuyos pH son muy ácidos. Donde la mayoría de las células son incapaces de sobrevivir.
Adicionalmente, es importante resaltar que este grupo de organismos son de gran importancia desde el punto de vista ecológico y económico.
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La mayoría de los organismos acidófilos crecen y viven en presencia de oxígeno. Sin embargo, existen pruebas de acidófilos que pueden desarrollarse tanto en ausencia como en presencia de oxígeno.
Adicionalmente, estos organismos establecen distintos tipos de interacciones con otros organismos como competencia, depredación, mutualismo y sinergia. Un ejemplo, son los cultivos mixtos de acidófilos los cuales presentan un mayor crecimiento y eficiencia en la oxidación de minerales de sulfuro que los cultivos individuales.
Los acidófilos parecen compartir características estructurales y funcionales distintivas que les permiten neutralizar la acidez. Estos incluyen membranas celulares altamente impermeables, una alta capacidad reguladora interna y sistemas únicos de transporte.
Debido a que los acidófilos viven en un ambiente donde la concentración de protones es alta, han desarrollado sistemas de bombas encargadas de expulsar los protones al exterior. Esta estrategia logra que el interior de la bacteria tenga un pH muy cercano al neutro.
No obstante, en minas con un alto contenido de ácido sulfúrico se han encontrado microorganismos sin pared celular, lo que indica que incluso sin esa protección están sometidas a altas concentraciones de protones.
Por otro lado, debido a las condiciones extremas a las que son sometidos este tipo de microorganismos, deben garantizar que todas sus proteínas sean funcionales y no se desnaturalicen.
Para ello, las proteínas sintetizadas son de alto peso molecular, de manera que hay un mayor número de enlaces entre los aminoácidos que las constituyen. De esta manera, se hace más difícil que ocurra la ruptura de los enlaces y se le confiere mayor estabilidad a la estructura proteica.
Una vez que los protones ingresan al citoplasma, los organismos acidófilos necesitan implementar métodos que les permitan aliviar los efectos de un pH interno reducido.
Para ayudar a mantener el pH, los acidófilos tienen una membrana celular impermeable que limita la entrada de protones hacia el citoplasma. Esto es debido a que la membrana de los acidófilos de arqueas está compuesta de otro tipo de lípidos a los encontrados en bacterias y membranas celulares eucariotas.
En arqueas, los fosfolípidos poseen una región hidrofóbica (isopenoide) y una región polar constituida por el esqueleto de glicerol y el grupo fosfato. En todo caso, la unión es debido a un enlace éter, lo que genera mayor resistencia sobre todo a elevadas temperaturas.
Además, en algunos casos las arqueas no poseen bicapas, sino que producto de la unión de dos cadenas hidrofóbicas formasn una monocapa donde la única molécula de dos grupos polares les otorga mayor resistencia.
En cambio, a pesar de que los fosfolípidos que componen las membranas de bacterias y eucariotas conservan la misma estructura (una región hidrofóbica y otra polar), los enlaces son tipo éster y forman una bicapa lipídica.
Los organismos acidófilos tienen una importancia potencial en la evolución debido a que el pH bajo y las condiciones ricas en metales en las que crecen pudieron haber sido similares a las condiciones volcánicas submarinas existentes en la tierra primitiva.
Por lo tanto, los organismos acidófilos podrían representar reliquias primordiales de las cuales la vida más compleja evolucionó.
Adicionalmente, debido a que los procesos metabólicos podrían haberse originado en la superficie de los minerales de sulfuro, posiblemente la estructuración del ADN de estos organismos podría haber tenido lugar a pH ácido.
La regulación del pH es esencial para todos los organismos, por este motivo los acidófilos necesitan tener un pH intracelular cercano al neutro.
Sin embargo, los organismos acidófilos son capaces de tolerar gradientes de pH de varios órdenes de magnitud, en comparación a los organismos que solo crecen a pH cercanos a la neutralidad. Un ejemplo, es Thermoplasma acidophilum que es capaz de vivir a pH 1,4 mientras mantiene su pH interno en 6,4.
Lo interesante de los organismos acidófilos es que estos se aprovechan de este gradiente de pH para producir energía mediante una fuerza motriz de protones.
Los organismos acidófilos se distribuyen mayoritariamente en bacterias y arqueas y contribuyen a numerosos ciclos biogeoquímicos, los cuales incluyen los ciclos de hierro y azufre.
Dentro de los primeros tenemos a Ferroplasma acidarmanus, la cual es una arquea capaz de crecer en ambientes de pH cercano a cero. Otros procariotas son Picrophilus oshimae y Picrophilus torridus, que además son también termófilos y crecen en cráteres volcánicos japoneses.
También tenemos algunos eucariotas acidófilos como es Cyanidyum caldariuym, el cual es capaz de vivir en pH cercano a cero, manteniendo el interior de la célula en un nivel casi neutro.
Acontium cylatium, Cephalosporium sp. y Trichosporon cerebriae, son tres eucariotas del Reino Fungi. Otros igualmente interesantes son Picrophilus oshimae y Picrophilus torridus.
Un papel importante de los microorganismos acidófilos involucra su aplicación biotecnológica, concretamente en la extracción de metales de los minerales, la cual reduce considerablemente los contaminantes que se generan por los métodos químicos tradicionales (lixiviación).
Este proceso es especialmente útil en la minería del cobre, donde por ejemplo Thobacillus sulfolobus pueden actuar como catalizador y acelerar la velocidad de oxidación del sulfato de cobre que se forma durante la oxidación, ayudando a la solubilización del metal.
Los organismos acidófilos cuentan con enzimas de interés industrial siendo una fuente de enzimas estables a los ácidos con aplicaciones como lubricantes.
Adicionalmente, en la industria de la alimentación la producción de amilasas y glucoamilasas se emplean para el procesamiento del almidón, la panadería, el procesamiento de jugos de frutas.
Además, son ampliamente empleados en la producción de proteasas y celulasas que son utilizadas como componentes alimenticios animales y en la elaboración de productos farmacéuticos.
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