Estremofilo

Estremofiloak^[1] muturreko egoera edo ingurugiroetan bizi diren organismoak dira, gainontzeko bizidunek onartzen ez dituztenak: tenperatura oso altu edo oso baxuetan, pH oso azidoetan, gatz-kontzentrazio handiko inguruneetan eta abar. ^[2]

Estremofilo gehienak mikrobioak dira: archaeak, prokariotak (bakterioak) eta eukariotak daude. Mikrobio estremofilo ugari (bakterioak eta arkeoak) XX. mendeko 80 eta 90eko hamarkadetan aurkitu ziren. Estremofiloek izaki zelulanitzentzat hilgarriak diren inguruak kolonizatu ahal izan dituzte beren tamaina txikiak eta metabolismoaren egokitzapenak ahalbidetuta.

Muturreko egoerara moldatzeko aukera ematen duten estremofiloek sortutako entzimak dira. Muturreko erreakzio kimikoak katalizatzeko arduradun gisa definitzen dira. Muturreko baldintza horietan ere, beraien egitura hiru dimentsiotakoa da eta, ondorioz, aktibitatea ere mantentzeko gaitasuna dute.

Katalizatzaile biologiko bezala, entzimak, proteinak dira, erreakzio kimikoak bizkortzen dituzte erreaktibo eta substratuen izaera kimikoa aldatu gabe. Entzima "arruntek" muturreko egoeran aktibitatea galtzen dute, desnaturalizatu egiten direnez, egitura hirudimentsionala galtzen dutelako.^[3]

Bizi diren ingurugiroaren arabera, hainbat estremofilo mota daude.

Termofiloak (grekeratik: termo, "bero" + filia, "zale"), tenperatura altuetan biziraun dezaketen izaki bizidunak dira. Termofilo guztiak 50-70 °C bitarteko tenperaturetan bizi eta ugaltzen dira, hau da, ingurune oso beroetan bizi dira, esaterako iturri termaletan edo basamortuetan.

Termofilo asko Archaea erreinuaren barne kokatzen dira, hala ere, badaude ere onddo, landare eta animalia termofiloak.  Orokorrean, eukarioto termofiloek ezin dute 60 °C-tik gora bizi. Tenperatura horren gainetik bizi diren bizidun gehienak prokariotoak (bakterio eta arkeoak) dira. ^[4]

Termofiloek moldaera zelularrak eta molekularrak dituzte tenperatura altuei aurre egin ahal izateko. Prokarioto termofiloen entzimek eta beste proteina batzuek askoz hobeto jasaten dute beroa prokarioto normalenak baino, egitura hirudimentsionala mantentzen dutelako, eta haien makromolekulek tenperatura altuetan funtzionatzen dute hobekien.^[5]

Termofiloen barnean hipertermofilo deritzen talde bat bereiz daiteke. Organismo hauek 75 °Ctik goragoko egoerei egin diezaiekete aurre, 100 °C-tara iritsiz, ur likidoa baldin badago, esaterako ozeano sakonetan edota presio handiko tokietan.

Psikrofiloak (psikros, "hotz" filia, "zale") tenperatura hotzetan bizi diren izaki bizidunak dira. Haien tenperatura optimoa 15º C baino txikiagoa da, tenperatura maximoa 20º C-koa eta 0º C azpitik bizi daitezke, esaterako, elurretan, glaziarretan, hozkailuetan... ^[6]

Psikrofilo asko Archaea erreinuaren barne kokatzen dira, hala ere, badaude ere hauetaz gain onddoak, algak eta beste prokariota batzuk.

Adibide bezala Chlamydomonas nivalis psikrofiloa, "elurretako alga" deritzona. Alga honek kolore gorria ematen dio hazten den azalera elurtuei.

Bi psikrofilo mota daude:

• Derrigorrezko psikrofiloak: haien tenperatura optimoa 15-18º bitartekoa da, nahiz eta 0 °C azpitik edo tenperatura baxuagoetan bizi daitezkeen (muturreko psikrofiloak deritzenak). ^[7]
• Psikrofilo fakultatiboak: hotzean bizi daitezke, baina haien tenperatura optimoa 20-30º C-tan kokatzen da. Talde honetan daude janariak hondatzen dituzten mikroorganismo asko. ^[8]

Tenperatura baxuei aurre egiteko biologikoki hainbat aldaketa izan dituzte:

• Haien mintz lipidikoen egituran, gantz-azido insaturatuen kopurua haundituz, zelula-mintzen malgutasuna lortzen dute. Honen ondorioz, fusio- puntua txikitzea lortzen da, aldi berean, erresistentzia eta jariakortasuna haundituz.^[9]
• Bestetik, tenperatura baxuetan proteinen sintesia mugatzen da. Izan ere, proteinen sintesia egin ahal izateko ezinbestekoa den transkripzio prozesua mantsotu egiten da.Tenperatura hotzekin, ADNaren kate bikoitza lotuta mantentzen duten loturak egonkortu egiten dira, molekula irekitzea zailagoa eginez, ARNa sintetizatzeko. Horretarako, haien genoman adenina eta timina gehiago dute, kateak modu ez hain egonkor batean elkartzea eragiten duena.^[10]

Bakteriak edo organismo sinpleak dira, pH oso azidoetan garatzeko eta bizitzeko gai direnak (pH < 3).

Organismo azidofiloak protoien kontzentrazio handiko ingurune batera egokitu behar dira. Beraz, proteinen desnaturalizazioa emango ez dela ziurtatu behar da. Horretarako, sintetizatzen diren proteina gehienek pisu molekular altua dute, aminoazidoen arteko lotura gehiago sortuz. Modu horretan, egitura sekundarioa eta tertziarioa askoz egonkorragoak dira, eratzen duten loturen haustura zailduz eta proteina funtzional eginez inguruneko baldintzetan. Bestalde, zelula barnetik protoiak kanporatzen dituzten protoi bonbak dituzte, zelula barnealdean pH-a neutrotik gertu mantenduz.^[11]

Halofiloa (grezieratik: halos, “gatza” + filia, “zale”), ingurune gazian hazten den izaki bizidunari deritzo. Mikrobio hauek gatz-kontzentrazio handiak behar dituzte bizitzeko, eta gai dira %25-eko gatz-kontzentrazio duten tokietan ere hazteko.

Mikroorganismo hauek, presio osmotiko prozesuari aurre egiteko estrategia bat dute. Presio osmotikoa, ura disoluzio hipotonikotik (kontzentrazio gutxiko disoluziotik) hipertonikora (kontzentrazio handiko disoluzioara) igarotzean datza. Prozesu hau dela eta, ingurune gazi batean bizidun baten zelulak hil egiten dira deshidratazioaren ondorioz, zelula barneko urak zelula mintzetik kanpora ateratzeko joera baitu. Organismo halofiloek, aldiz, barruan ura gordetzea lortzen dute konposatu ugari zitoplasman pilatuz, adibidez, potasio ioiak eta konposatu organikoak. Konposatu hauek zelula barnean kanpoaldeko kontzentrazio antzekoak izatea eragiten dute, metabolismoak jarrai dezan. Horrela, presio osmotikoa orekatzen dute eta ura ez da kanpora ateratzen.^[12]

Erradioaktibitateari erresistenteak diren estremofiloak dira. Erradiazio altua dagoen tokietan, haien genoman inongo aldaketarik egon gabe erradioaktibitateari aurre egiteko gai dira. 30 KGy-eko dosia jasan dezakete (10 KGy-eko dosi batek pertsona bat hil dezake).^[13]

Mota honetako estremofiloak ez dira soilik mikroorganismoak, animali eta landareak ere hartzen ditu bere baitan, esaterako, Chernobil inguruko inguruneetan aurkitutakoak.

Gamma izpiek edozein organismotan genetikoki kalte larriak eragiten dituzte. Aitzitik, erradiazio kantitate handi baten ostean, radiofiloek ez dute inolako aldaketarik jasaten.

Erradiofiloek kalteak jasaten dituen ADNa konpontzeko gaitasuna ematen duten entzima espezifiko eta bereizgarriak sintetizatzen dituzte. Hori dela eta, interes handia dute, esaterako minbizia ulertzeko. Bestetik, zahartze zelularra moteltzeko ere erabil daitezkeela uste da.^[14]

• Alkalofiloak: pH oso alkalinoetan (>9) bizi direnak
• Anaerobioak: oxigenorik gabeko ingurugiroetan bizi daitezkeen organismoak. Bi mota daude: anaerobio hertsiak eta anaerobio fakultatiboak. Lehenengoek intolerantzia osoa diote oxigenoari, oxigenoaren aurrean hiltzen baitira. Bigarrenak, berriz, gai dira oxigenoarekin ala oxigenorik gabe bizitzeko.
• Barofiloak: presio handiko ingurugiroetan bizi diren organismoak
• Litoautotrofoak: karbono iturri moduan karbono dioxidoa besterik ez duen erabiltzen biziduna, energia iturria konposatu inorganikoak ere izanik.
• Osmofiloak: gluzido kontzentrazio handiak dituzten ingurugiroetan bizi direnak
• Xerofiloak: urik gabeko eremuetan bizi direnak

• Psicrophilus arkeoa ondo hazten da ingurugiro oso azidoetan, pH=1 baino txikiagoa dutenak. Bakterioen artean, Acidithiobacillus ere oso azidofiloa da.
• Thermaerobacter marianensis bakterioa oso barofiloa da, presio handiak jasateko gai da. Itsasoko eremu oso sakonetan bizi da, 11.000 metroko sakoneran.
• Halobacterium bezalako mikrobioak Itsaso Hilaren antzeko eremu oso gazietan bizi dira.
• Pyrolobus fumarii arkeoa 100º C-tan bizi da, eta 113º C-ak jasan daitezke ^[5]. Thermus aquaticus bakterioa 70º-80 °Cen arteko tenperaturetan hazten da.

Biziaren jatorriaz mintzatzerakoan, zientzialari askok defendatzen dute gure planetan bizia itsasoko iturri hidrotermaletan sortu zela, urpeko eremu sakonetan (burdin-sulfurozko munduaren teoria). Toki horiek oso beroak eta presio handikoak dira, eta anaerobioak. Muturreko baldintza horietan agertu ziren lehenengo bizidunek, zalantzarik gabe, gaur egungo estremofiloen antzekoak izan beharko zuten.

Exobiologoek interes handia dute mikrobio estremofiloetan. Gure eguzki-sisteman dauden planeta eta satelite batzuek muturreko ingurugiroak dituzte, Lurreko bizidun gehienek jasango ez zituztenak baina estremofiloentzat egokiak izan litezkeenak. Marten, adibidez, izotza dago toki askotan ^[15] eta baita Jupiterko satelite batean (Europa). Gerta liteke bertan mikrobio psikrofiloak bizi ahal izatea.

Bestalde, Alemaniako zientzialari talde batek 2012an jakitera eman zuen liken batzuk gai izan zirela fotosintesia burutzeko Marteko ingurugiroa simulatzen zuen ingurugiro artifizial batean ^[16]

Aplikazio ugari dituzte entzima estandarrek funtzionatzeari uzten dioten egoeretan estremofiloen entzimek funtzionatzen jarrai dezaketelako.

PCR teknika ikerketa biologikoetan, diagnostiko medikoetan eta forentse-ikerketetan erabiltzen da. Teknika honek tenperatura altu eta baxuko zikloak behar ditu. Horretarako erabilitako polimerasak termofiloak ez ziren izakietatik zetozenez, eskuz aldatu behar ziren ziklo bakoitzaren ostean.

Arazo horri aurre egiteko, polimerasa desberdinak erabiltzen dira, adibidez, Taq polimerasa, edota Pfu polimerasa. Biak termoegonkorrak dira, beraz, biak dira erabilgarriak. Hala ere, desberdintasun bat dute: Pfu polimerasak akatsak zuzentzeko gaitasuna du, eta Taq polimerasak ez. Pfu polimerasa entzima Pyrococcus furiosus hipertermofilotik isolatua da, 100 °C-tara aktibo mantentzen dena.^[17]

Sarri identifikatzen dira filo mota berriak, eta estremofiloen azpikategorien zerrenda etengabe doa hazten. Adibidez, bizitza mikrobiarra asfaltozko aintzira likidoan bizi da, Pitch aintziran. Ikerketek diote estramofiloak asfaltozko aintziran bizi direla 10⁶ to 10⁷ zelula/gramo arteko populazioetan^[18][19]. Era berean, duela gutxi arte, ez zen boroaren tolerantzia ezagutzen, baina borofilo indartsu bat aurkitu zen bakterioetan. Bacillus boroniphilus espeziearen oraintsuko isolamenduarekin, borofilak eztabaidan sartu ziren^[20]. Borofilo horiek aztertzeak lagundu dezake, bai boroaren toxikotasunaren mekanismoak, bai haren gabeziaren mekanismoak argitzen.

2019ko uztailean, Kidd Minen ikerketa zientifiko batek, Kanadan, sulfato arnasketako organismoak aurkitu zituen, azaletik 7.900 oin beherago bizi direnak, eta sufre arnasten dutenak bizirauteko. Organismo horiek aipagarriak dira, halaber, ohiko elikagai-iturri gisa pirita bezalako arrokak jateagatik^[21][22][23].