Halófilos: clasificación, ósmosis, aplicaciones, ejemplos
Los organismos halófilos son una categoría de microorganismos, tanto procariotas como eucariotas, capaces de reproducirse y vivir en ambientes con elevadas concentraciones de sal tales como el agua de mar y las zonas áridas hipersalinas. El término halófilo proviene de las palabras griegas halos y filo, que significa “amante de la sal”.
Los organismos clasificados dentro de esta categoría también pertenecen al gran grupo de organismos extremófilos ya que proliferan en hábitats de extrema salinidad, en donde la mayoría de las células vivas serían incapaces de sobrevivir.
De hecho, la gran mayoría de las células existentes pierden aceleradamente agua cuando son expuestas a medios ricos en sal y es esta deshidratación la que en muchos casos las lleva rápidamente a morir.
La capacidad de los organismos halófilos para poder vivir en estos ambientes se debe a que pueden balancear su presión osmótica en relación al medio y mantener su citoplasma isosmótico con el medio extracelular.
Se han clasificado en base a la concentración de sal, en la cual pueden vivir en halófilos extremos, moderados, débiles y halotolerantes.
Algunos representantes halófilos son el alga verde Dunaliella salina, el crustáceo del género Artemia o pulga de agua y los hongos Aspergillus penicillioides y Aspergillus terreu.
Índice del artículo
- 1 Clasificación
- 2 Ósmosis y salinidad
- 3 Estrategias adaptativas para hacer frente a la salinidad
- 4 Aplicaciones
- 5 Referencias
No todos los organismos halófilos son capaces de proliferar en una amplia gama de concentraciones de sal. Por el contrario, difieren en el grado de salinidad que son capaces de tolerar.
Este nivel de tolerancia que varía entre concentraciones muy específicas de NaCl ha servido para clasificarlos en halófilos extremos, moderados, débiles y halotolerantes.
El grupo de halófilos extremos incluye a todos aquellos organismos capaces de poblar ambientes donde las concentraciones de NaCl superan el 20%.
A estos les siguen los halófilos moderados que proliferan en concentraciones de NaCl entre 10 y 20%; y los halófilos débiles, que lo hacen a concentraciones más bajas que varían entre 0,5 y 10%.
Finalmente los halotolerantes, son organismos que son solo capaces de soportar bajas concentraciones de sal.
Existe una gran variedad de halófilos procariotas capaces de resistir altas concentraciones de NaCl.
Esta capacidad de resistir condiciones de salinidad que varían desde bajas, pero superiores a las que la mayoría de las células vivas son capaces de tolerar, hasta las muy extremas, la han adquirido gracias al desarrollo de múltiples estrategias.
La estrategia principal o central consiste en evadir las consecuencias de un proceso físico conocido como ósmosis.
Este fenómeno se refiere al movimiento que realiza el agua a través de una membrana semipermeable, desde un lugar de baja concentración de solutos a uno de mayor concentración.
Por consiguiente, si en el medio extracelular (ambiente donde se desarrolla un organismo) hay concentraciones de sal superiores a las que hay en su citosol, perderá agua hacia el exterior y se deshidratará hasta morir.
En tanto, para evitar está perdida de agua almacenan en su citoplasma concentraciones elevadas de solutos (sales) a fin de compensar los efectos de la presión osmótica.
Algunas de las estrategias que emplean estos organismos son: la síntesis de enzimas capaces de mantener su actividad a altas concentraciones de sal, membranas púrpura que les permiten el crecimiento por fototrofía, sensores que regulan la respuesta fototáctica como la rodopsina y vesículas gaseosas que promueven su flotación.
Además, cabe destacar que los ambientes donde crecen estos organismos son bastante cambiantes, lo cual crea un riesgo para su supervivencia. Por tanto, desarrollan otras estrategias adaptadas a estas condiciones.
Uno de los factores cambiantes es la concentración de solutos, la cual no solo es importante en los medios hipersalinos, sino en cualquier ambiente donde las lluvias o las altas temperaturas pueden provocar desecación y por consiguiente variaciones en la osmolaridad.
Para hacer frente a estos cambios, los microorganismos halófilos han desarrollado dos mecanismos que les permiten mantener un citoplasma hiperosmótico. Uno de ellos denominado “salt-in” y el otro “salt-out”
Este mecanismo es llevado a cabo por Arqueas y Haloanaerobiales (bacterias halófilas moderadas anaerobias estrictas) y consiste en elevar las concentraciones internas de KCl en su citoplasma.
Sin embargo, la elevada concentración de sal en el citoplasma, ha generado que estos deban realizar adaptaciones moleculares para el normal funcionamiento de las enzimas intracelulares.
Estas adaptaciones, consisten básicamente en la síntesis de proteínas y enzimas ricas en aminoácidos con carácter ácido y pobres en aminoácidos hidrofóbicos.
Una limitación para este tipo de estrategia es que aquellos organismos que lo llevan a cabo poseen una pobre capacidad para adaptarse a los cambios bruscos en la osmolaridad, restringiendo su crecimiento a ambientes con concentraciones salinas muy elevadas.
Este mecanismo es empleado por bacterias tanto halófilas como no halófilas, además de las arqueas metanógenas halófilas moderadas.
En este, el microorganismo halófilo realiza el balance osmótico empleando pequeñas moléculas orgánicas que pueden ser sintetizadas por él o tomadas del medio.
Estas moléculas pueden ser polioles (como glicerol y arabinitol), azucares como sacarosa, trehalosa o glucosil-glicerol o aminoácidos y derivados de aminas cuaternarias como glicina-betaina.
Todas ellas, presentan una alta solubilidad en agua, no tienen carga a pH fisiológico y pueden alcanzar valores de concentración que le permiten a estos microorganismos mantener el balance osmótico con el medio externo sin llegar a afectar el funcionamiento de sus propias enzimas.
Adicionalmente, estas moléculas tienen la capacidad de estabilizar las proteínas frente al calor, la desecación o la congelación.
Los microorganismos halófilos son de gran utilidad para la obtención de moléculas con fines biotecnológicos.
Estas bacterias no presentan mayores dificultades para ser cultivadas debido a los escasos requerimientos nutricionales en sus medios. Su tolerancia a elevadas concentraciones salinas, reduce al mínimo los riesgos de contaminación, lo que las coloca como organismos alternativos más ventajosos que E. coli.
Adicionalmente, al combinar su capacidad productora con su resistencia a las condiciones extremas de salinidad, resultan microorganismos de gran interés como fuente de productos industriales, tanto en el campo farmacéutico como en el cosmético y el biotecnológico.
Algunos ejemplos:
Muchos procesos industriales se desarrollan bajo condiciones extremas, lo que ofrece un campo de aplicación para las enzimas producidas por microorganismos extremófilos, capaces de actuar a valores extremos de temperatura, pH o salinidad. Así, se han descrito amilasas y proteasas, empleadas en biología molecular.
De igual forma, las bacterias halófilas son productoras de polímeros con propiedades surfactantes y emulsionantes de gran importancia en la industria petrolera debido a que contribuyen en los procesos de extracción de crudo del subsuelo.
Los solutos que acumulan estas bacterias en su citoplasma poseen un alto poder estabilizador y protector de enzimas, ácidos nucleicos, membranas e incluso células enteras, contra la congelación, la desecación, la desnaturalización por calor y la alta salinidad.
Todo esto ha sido usado en tecnología enzimática así como en la industria alimenticia y cosmética para prolongar el tiempo de duración de los productos.
Las bacterias halófilas son capaces de degradar residuos tóxicos como los pesticidas, productos farmacéuticos, herbicidas, metales pesados y los procesos de extracción de petróleo y gas.
En el campo de la alimentación participan en la elaboración de la salsa de soya.
- Dennis PP, Shimmin LC. Evolutionary divergence and salinity-mediated selection in halophilic Archaea. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61:90-104.
- González-Hernández JC, Peña A. Estrategias de adaptación de microorganismos halófilos y Debaryomyces hansenii (Levadura halófila). Revista Latinoamericana de Microbiología. 2002; 44(3): 137-156.
- Oren A. Bionergetic aspects of halophilism. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63:334-48.
- Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Las bacterias halófilas y sus aplicaciones biotecnológicas. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24:1-2.
- Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Osmosensing and osmoregulatory compatible solutes accumulation by bacteria. Comp Biochem Physiol. 2001; 130:437-460.