ƯA AXIT: ĐẶC ĐIỂM, VÍ DỤ VỀ VI SINH VẬT, ỨNG DỤNG - SINH HỌC - 2025

Ưa acid vật là một loại vi sinh vật (prokaryote hoặc eukaryotic) có khả năng tái tạo và sống trong môi trường có giá trị pH nhỏ hơn 3. Trong thực tế, acidophilus hạn xuất phát từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa là "người yêu axit".

Những môi trường này có thể đến từ các hoạt động núi lửa với việc giải phóng khí lưu huỳnh hoặc hỗn hợp các oxit kim loại từ các mỏ sắt. Ngoài ra, chúng có thể là sản phẩm của hoạt động hoặc quá trình trao đổi chất của chính các sinh vật, làm axit hóa môi trường của chính chúng để tồn tại.

Nước có tính axit của Rio Tinto là môi trường sống của nhiều loại vi sinh vật có tính axit tạo nên màu sắc đặc trưng của nó. Tác giả Antonio de Mijas, Tây Ban Nha, từ Wikimedia Commons.

Các sinh vật được phân loại trong danh mục này cũng thuộc nhóm lớn các sinh vật Cực ưa, vì chúng phát triển trong môi trường có độ pH rất axit. Nơi hầu hết các tế bào không thể tồn tại.

Ngoài ra, cần phải nhấn mạnh rằng nhóm sinh vật này có tầm quan trọng lớn theo quan điểm sinh thái và kinh tế.

Đặc điểm chung

Cạnh tranh, săn mồi, chủ nghĩa lẫn nhau và sức mạnh tổng hợp

Hầu hết các sinh vật ưa axit phát triển và sống trong điều kiện có oxy. Tuy nhiên, có bằng chứng về việc acidophilus có thể phát triển cả khi không có và có oxy.

Ngoài ra, những sinh vật này thiết lập các kiểu tương tác khác nhau với các sinh vật khác như cạnh tranh, săn mồi, tương hỗ và hợp lực. Một ví dụ, là các môi trường nuôi cấy hỗn hợp acidophilus thể hiện sự tăng trưởng và hiệu quả trong quá trình oxy hóa các khoáng chất lưu huỳnh cao hơn so với các mẫu nuôi cấy riêng lẻ.

Ợ chua, một vấn đề cần giải quyết

Các chất ưa axit dường như có chung các đặc điểm cấu trúc và chức năng đặc biệt cho phép chúng trung hòa tính axit. Chúng bao gồm màng tế bào không thấm nước cao, khả năng điều tiết bên trong cao và hệ thống vận chuyển độc đáo.

Vì những người ưa axit sống trong môi trường có nồng độ proton cao nên chúng đã phát triển hệ thống máy bơm có nhiệm vụ đẩy proton ra bên ngoài. Chiến lược này đạt được rằng bên trong vi khuẩn có độ pH rất gần với trung tính.

Các sinh vật ưa axit đã phát triển một hệ thống bơm proton cho phép chúng bơm proton ra bên ngoài và giữ cho pH nội bào gần với mức trung tính. Bởi PhilMacD, từ Wikimedia Commons.

Tuy nhiên, ở các mỏ có hàm lượng axit sulfuric cao, người ta đã tìm thấy các vi sinh vật không có thành tế bào, cho thấy rằng ngay cả khi không có lớp bảo vệ này, chúng vẫn phải chịu nồng độ proton cao.

Mặt khác, do những điều kiện khắc nghiệt mà các loại vi sinh vật này phải chịu đựng, chúng phải đảm bảo rằng tất cả các protein của chúng đều có chức năng và không bị biến tính.

Vì vậy, các protein được tổng hợp có trọng lượng phân tử cao, do đó có số lượng lớn hơn các liên kết giữa các axit amin tạo thành chúng. Bằng cách này, việc phá vỡ các liên kết trở nên khó khăn hơn và cấu trúc protein sẽ ổn định hơn.

Khả năng chống thấm màng cao

Một khi các proton đi vào tế bào chất, các sinh vật ưa axit cần thực hiện các phương pháp cho phép chúng giảm bớt ảnh hưởng của việc giảm độ pH bên trong.

Để giúp duy trì độ pH, những người ưa axit có một màng tế bào không thấm nước để hạn chế sự xâm nhập của proton vào tế bào chất. Điều này là do màng của vi khuẩn ưa axit được cấu tạo từ các loại lipid khác với các loại lipid được tìm thấy ở vi khuẩn và màng tế bào nhân thực.

Trong vi khuẩn cổ, các phospholipid có vùng kỵ nước (isopenoid) và vùng phân cực được tạo thành từ xương sống glycerol và nhóm phosphat. Trong mọi trường hợp, liên kết là do liên kết ete, tạo ra điện trở lớn hơn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.

Ngoài ra, trong một số trường hợp vi khuẩn cổ không có lớp kép, mà là sản phẩm của sự kết hợp của hai chuỗi kỵ nước, chúng tạo thành một lớp đơn mà phân tử duy nhất của hai nhóm phân cực mang lại cho chúng sức đề kháng lớn hơn.

Mặt khác, mặc dù thực tế là các phospholipid tạo nên màng của vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn vẫn giữ nguyên cấu trúc (một vùng kỵ nước và một vùng phân cực), các liên kết là loại este và tạo thành lớp kép lipid.

Tầm quan trọng của

Các sinh vật ưa axit có tầm quan trọng tiềm tàng trong quá trình tiến hóa vì độ pH thấp và điều kiện giàu kim loại mà chúng phát triển có thể tương tự như điều kiện núi lửa dưới biển thời kỳ đầu của trái đất.

Do đó, các sinh vật ưa axit có thể đại diện cho các di tích nguyên thủy mà từ đó sự sống phức tạp hơn đã phát triển.

Ngoài ra, bởi vì các quá trình trao đổi chất có thể bắt nguồn từ bề mặt của các khoáng chất sulfua, có thể cấu trúc DNA của những sinh vật này có thể diễn ra ở pH axit.

Quy định ở sinh vật ưa axit

Việc điều chỉnh độ pH là điều cần thiết đối với tất cả các sinh vật, vì lý do này những sinh vật ưa axit cần có độ pH nội bào gần với mức trung tính.

Tuy nhiên, các sinh vật ưa axit có thể chịu đựng được độ pH theo độ lớn khác nhau, so với các sinh vật chỉ phát triển ở độ pH gần với mức trung tính. Một ví dụ là Thermoplasma acidophilum có khả năng sống ở pH 1,4 trong khi duy trì pH bên trong của nó ở 6,4.

Điều thú vị về các sinh vật ưa axit là chúng tận dụng độ dốc pH này để sản xuất năng lượng thông qua động lực proton.

Ví dụ về vi sinh vật ưa axit

Các sinh vật ưa axit phân bố chủ yếu ở vi khuẩn và vi khuẩn cổ và đóng góp vào nhiều chu trình sinh địa hóa, bao gồm chu trình sắt và lưu huỳnh.

Trong số những loài đầu tiên chúng ta có Ferroplasma acidarmanus, là một loài vi khuẩn có khả năng phát triển trong môi trường có độ pH gần bằng không. Các sinh vật nhân sơ khác là Picrophilus oshimae và Picrophilus torridus, cũng là loài ưa nhiệt và phát triển trong miệng núi lửa Nhật Bản.

Chúng ta cũng có một số sinh vật nhân chuẩn ưa axit như Cyanidyum caldariuym, có khả năng sống ở độ pH gần bằng 0, giữ cho bên trong tế bào ở mức gần như trung tính.

Acontium cylatium, Cephalosporium sp. và Trichosporon cerebriae, là ba sinh vật nhân chuẩn từ Vương quốc Nấm. Những loài khác cũng thú vị không kém là Picrophilus oshimae và Picrophilus torridus.

Các ứng dụng

Rửa trôi

Vai trò quan trọng của vi sinh vật ưa axit liên quan đến ứng dụng công nghệ sinh học của chúng, đặc biệt trong việc chiết xuất kim loại từ khoáng chất, làm giảm đáng kể các chất gây ô nhiễm được tạo ra bởi các phương pháp hóa học truyền thống (rửa trôi).

Quá trình này đặc biệt hữu ích trong khai thác đồng, ví dụ như Thobacillus sulfolobus có thể hoạt động như một chất xúc tác và đẩy nhanh tốc độ oxy hóa đồng sunfat hình thành trong quá trình oxy hóa, giúp quá trình hòa tan kim loại.

Ngành công nghiệp thực phẩm

Các sinh vật ưa axit có các enzym được quan tâm trong công nghiệp, là nguồn cung cấp các enzym bền với axit với các ứng dụng làm chất bôi trơn.

Ngoài ra, trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất amylase và glucoamylase được sử dụng để chế biến tinh bột, làm bánh và chế biến nước hoa quả.

Ngoài ra, chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất protease và xenlulaza được sử dụng làm thành phần thức ăn chăn nuôi và sản xuất dược phẩm.

Người giới thiệu

1. Baker-Austin C, Dopson M. Sống trong axit: Cân bằng nội môi pH ở những người ưa axit. Xu hướng Microbiol. Năm 2007; 15 (4): 165-71.
2. Edwards KJ, Bond PL, Gihring TM, Banfield JF. Một Arqueal Iron-Oxidizing Extreme Acidophile Quan trọng trong hệ thống thoát nước mỏ axit. Khoa học. Năm 2000; 287: 1796-1799.
3. Horikoshi K. Alkaliphiles: Một số ứng dụng sản phẩm của họ cho công nghệ sinh học. Nhận xét Vi sinh vật và Sinh học Phân tử. Năm 1999; 63: 735-750.
4. Kar NS, Dasgupta AK. Vai trò có thể có của điện tích bề mặt trong tổ chức màng ở loài ưa axit, Ấn Độ. Tạp chí Hóa sinh và Lý sinh. 1996; 33: 398-402.
5. Macalady JL, Vestling MM, Baumler D, Boekelheide N, Kaspar CW, Banfield JF. Các đơn lớp màng liên kết Tetraether trong Ferroplasma spp: chìa khóa để tồn tại trong môi trường axit. Những kẻ cực đoan. Năm 2004; 8: 411-419
6. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2003. Đa dạng sinh vật nhân sơ: Archea. Trong: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. (eds). Brock Vi sinh vật học của vi sinh vật. Phiên bản mười. Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid, trang 741-766.
7. Schleper C, Pühler G, Kühlmorgen B, Zillig W. Sống ở pH cực thấp. Thiên nhiên. 1995; 375: 741-742.
8. Wiegel J, Keubrin UV. Alkalitermophiles. Giao dịch xã hội sinh hóa. Năm 2004; 32: 193-198.