Alcalófilo

Os alcalófilos (ou alcalífilos) son un tipo de microbios extremófilos que poden vivir en ambientes alcalinos (pH entre 8,5 e 11), e crecen optimamente arredor do pH 10. Son bacterias ou arqueas. Estes organismos poden ser clasificados como alcalófilos obrigados (se requiren pH altos para sobrevivir), facultativos (se sobreviven a pH alto, pero tamén crecen en condicións normais) e haloalcalófilos (se requiren ademais altas concentracións de sal para sobrevivir).Horikoshi, Koki. "Alkaliphiles: Some Applications of Their Products for Biotechnology." Microbiology and molecular biology reviews 63.4 (1999): 735-50. Print.	

 Introdución 

O crecemento microbiano en condicións alcalinas presenta varias complicacións para a actividade bioquímica normal e a reprodución, xa que o pH alto é prexudicial para os procesos celulares. Por exemplo, a alcalinidade pode causar a desnaturalización do ADN, a inestabilidade da membrana plasmática e a inactivación dos encimas citosólicos, xunto con outros cambios desfavorables.Higashibata, Akira, Taketomo Fujiwara, and Yoshihiro Fukumori. "Studies on the Respiratory System in Alkaliphilic Bacillus; a Proposed New Respiratory System." Extremophiles 2 (1998): 83-92. Print. Así, para sortear adecuadamente estes problemas, os alcalófilos deben posuír ou ben unha maquinaria celular específica que funcione mellor en condicións alcalinas, ou ben deben ter métodos para acidificar o citosol en relación co medio extracelular. Para determinar cal destas dúas posibilidades utilizan os alcalófilos, a experimentación demostrou que os alcalófilos teñen encimas con pHs óptimos relativamente habituais, polo que os seus encimas non están adaptados a pHs altos. En realidade, estes encimas funcionan máis eficientemente a pHs próximos ao pH fisiolóxico neutro (entre 7,5-8,5). Como o pH citosólico debe permanecer case neutro, a conclusión foi que os alcalófilos deben ter un ou máis mecanismos para acidificar o seu citosol.

 Mecanismos de acidificación citosólica 

Os alcalófios manteñen a acidificación citosólica por medios pasivos e activos. Na acidificación pasiva, propúxose que as paredes celulares conteñen compostos poliméricos con residuos ácidos como o ácido galacturónico, ácido glicónico, ácido glutámico, ácido aspártico, e ácido fosfónico. En conxunto, estes residuos forman unha matriz ácida que axuda a protexer a membrana plasmática das condicións alcalinas ao previr a entrada de ións hidróxido, e permitir a captación de ións sodio e H+. Ademais, o peptidoglicano do Bacillus subtilis alcalófilo contén altos niveis de hexosaminas e aminoácidos en comparación cos seus similares neutrófilos. Cando os alcalófilos perden estes residuos ácidos por medio de mutacións inducidas, a súa capacidade para crecer en condicións alcalinas queda gravemente afectada. 
Porén, hai un acordo xeral sobre que os métodos pasivos de acidificación citosólica non son dabondo para manter un pH de 2-2,3 interno por debaixo do pH máis alto externo; debe haber tamén formas activas de acidificación. O método máis caracterizado de acidificación activa é por medio de antiportadores de Na+/H+. Neste modelo, os ións H+ son primeiro pasados por unha cadea de transporte de electróns nas células en respiración e ata certo punto a través dunha ATPase nas células fermentativas. Este paso de protóns por esas vías establece un gradiente de protóns que impulsa os antiportadores electroxénicos, o cal pula a saída da célula do Na+ intracelular que se intercambia cun gran número de H+, o que leva a unha acumulación neta interna de protóns. Esta acumulación de protóns baixa o pH citosólico. O Na+ expulsado pode utilizarse para o simporte de solutos, que son necesarios para procesos celulares. Comprobouse que o antiporte Na+/H+ é necesario para o crecemento acidófilo, mentres que os antiportadores K+/H+ ou Na+/H+ poden utilizarse polas bacterias neutrófilas. Se os antiportadores Na+/H+ están inutilizados por unha mutación ou por outros medios, as bacterias convértense en neutrófilas.Krulwich, Terry A., Mashahiro Ito, Ray Gilmour, and Arthur A. Guffanti. "Mechanisms of Cytoplasmic PH Regulation in Alkaliphilic Strains of Bacillus." Extremophiles 1 (1997): 163-69. Print. O sodio requirido por este sistema de antiporte é a razón pola que os alcalófilos extremos só poden crecer en ambientes moi salinos.

 Diferenzas na produción de ATP en alcalífilos 

Ademais do método do transporte de protóns mencionado antes, crese que o método xeral de respiración celular é diferente nos alcalófilos obrigados que nos neutrófilos. En xeral, a produción de ATP funciona estabilizando un gradiente de protóns (maior concentración de H+ fóra da membrana) e un potencial eléctrico transmembrana (con carga posiiva fóra da membrana). Porén, como os alcalófilos teñen un gradiente de pH invertido, parecería que a produción de ATP, que está baseada nunha potente forza protón motriz, quedaría gravemente reducida. Porén, o verdadeiro é o contrario. Propúxose que aínda que o gradiente de pH foi invertido, o potencial eléctrico transmembrana é moi incrementado. Este incremento na carga causa a produción de maiores cantidades de ATP por cada protón translocado cando pasa por unha ATPase.Hirabayashi, Toshikazu, Toshitaka Goto, Hajime Morimoto, Kazuaki Yoshimune, Hidetoshi Matsuyama, and Isao Yumoto. "Relationship between Rates of Respiratory Proton Extrusion and ATP Synthesis in Obligately Alkaliphilic Bacillus Clarkii DSM 8720T." J Bioenerg Biomembr 44 (2012): 265-72. Print. As investigacións nesta área continúan.

 Usos e investigacións futuras 

Os alcalófilos prometen varios usos interesantes en biotecnoloxía e futuras investigacións. Os métodos alcalófilos de regular o pH e producir ATP son interesantes para a comunidade científica. Porén, quizais a maior área de interese dos alcalófilos son algúns dos seus encimas: proteases alcalinas; encimas que degradan o amidón; celulases; lipases; xilanases; pectinases; quitinases e os seus metabolitos, como: 2-fenilamina; carotenoides; sideróforos; derivados do ácido cólico e ácidos orgánicos. Espérase que futuras investigacións nos encimas alcalófilos permitirán utilizalos en condicións básicas. As investigacións que tratan de descubrir antibióticos producidos por alcalófilos tiveron algún éxito, pero non se desenvolveron porque algúns produtos a altos pHs son inestables e non se poden usar a pHs fisiolóxicos.

 Exemplos 
Exemplos de alcalófilos son: Halorhodospira halochloris, Natronomonas pharaonis, e Thiohalospira alkaliphila.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Acidófilo
 Extremófilo
 Neutrófilo (organismo)

Categoría:Extremófilos