Кіріспе
Гидростатикалық қысымда тіршілік ететін организмдер Пиезофиль (грекше "пиезо" қысым және "филе" сүйіспеншілік) - гидростатикалық қысымда оптималды өсуге ие организм, яғни барлық рұқсат етілген температурада сыналғанда , гидростатикалық қысымда немесе одан жоғары өсудің ең жоғары жылдамдығына ие организм. Бастапқыда бұл организмдерге барофиль деген термин қолданылған, бірақ "баро" префиксі салмақты білдіретіндіктен, пьезофиль деген терминге артықшылық берілді. Экстремофильдердің барлық анықтамасы сияқты, пьезофильдердің анықтамасы антропоцентрикалық және адамдар гидростатикалық қысымның орташа мәндері 1 атм (= 0,1 МПа = 14,7 пс) шамасында деп санайды, ал бұл "шығыс" қысымдар - бұл организмдердің қалыпты өмір сүру жағдайлары. Гиперпизофилдер - олардың ең жоғары өсу қарқыны 50 МПа-дан жоғары (= 493 атм = 7,252 пс). Гидростатикалық қысымның атмосфералық қысымда өсетін организмдерге зиянды әсері болса да, терең теңіздегі жоғары қысымды мекендерде ғана кездесетін бұл организмдер, шын мәнінде, олардың оңтайлы өсуі үшін жоғары қысымға мұқтаж. Көбінесе олардың өсуі төмен қысымда өсетін организмдерге қарағанда әлдеқайда жоғары қысымда (мысалы, 100 МПа) жалғаса алады. Ол Мариана орманының түбінен шіріп бара жатқан Hirondellea gigas амфиподынан оқшауланды. Алғашқы термофильді пьезофильді архей Pyrococcus yayanosii CH1 штаммы терең теңіздегі гидротермальдық шамынан Ашадзе сайтынан оқшауланды. MT 41 штаммының өсу қысымы 2 °C температурада 70 МПа, ал CH1 штаммының өсу қысымы 98 °C температурада 52 МПа болады. Олар 20 МПа-дан төмен немесе оған тең қысымда өсе алмайды, ал екеуі де 100 МПа-дан жоғары қысымда өсе алады. Өсуі байқалған ең жоғары гидростатикалық қысымның қазіргі рекорды Colwellia marinimaniae MTCD1 көрсеткендей 140 МПа. "Міндетті пьезофильді" термині 0,1 МПа сияқты төмен гидростатикалық қысымда өсе алмайтын организмдерді білдіреді. Керісінше, пьезотолерантты организмдер - бұл гидростатикалық қысымда 10 МПа-дан төмен ең жоғары өсу қарқыны бар, бірақ жоғары гидростатикалық қысымда төмен жылдамдықпен өсуге қабілетті. Жердің биосферасының көп бөлігі (көлем бойынша) жоғары гидростатикалық қысымға ұшырайды, ал пьезосфера терең теңізді (1000 м және одан да терең) және терең жер асты (теңіз түбінен немесе континенттік бетінен 5000 м дейін созылуы мүмкін) қамтиды. Терең теңіздің орташа температурасы 1 - 3 °C шамасында болады және онда психопиезофилдер басым. Ал терең жер асты және теңіз түбіндегі гидротермальдық шұңқырларда 45 °C жоғары температурада өркендейтін термопиезофилдер басым. Пиезосферада қоректік заттардың алынуы мен метаболизмін зерттеу әлі де балалық шақта болса да, органикалық заттардың көпшілігі эвтрофтық аймақтағы отқа төзімді күрделі полимерлер екені түсінікті. Пьезосферада гетеротрофты метаболизм де, автотрофты фиксация да бар және қосымша зерттеулер темірлі минералдар мен көміртек оксиді метаболизмі маңызды екенін көрсетеді. Пьезосфералық метаболизмді толық түсіну және сипаттау үшін қосымша зерттеулер қажет.
A piezophile (from Greek "piezo " for pressure and " phile" for loving) is an organism with optimal growth under high hydrostatic pressure, i. e., an organism that has its maximum rate of growth at a hydrostatic pressure equal to or above , when tested over all permissible temperatures. Originally, the term barophile was used for these organisms, but since the prefix "baro " stands for weight, the term piezophile was given preference. Like all definitions of extremophiles, the definition of piezophiles is anthropocentric, and humans consider that moderate values for hydrostatic pressure are those around 1 atm (= 0.1 MPa = 14.7 psi), whereas those "extreme" pressures are the normal living conditions for those organisms. Hyperpiezophiles are organisms that have their maximum growth rate above 50 MPa (= 493 atm = 7,252 psi). Though the high hydrostatic pressure has deleterious effects on organisms growing at atmospheric pressure, these organisms which are solely found at high pressure habitats at deep sea in fact need high pressures for their optimum growth. Often their growth is able to continue at much higher pressures (such as 100MPa) compared to those organisms which normally grow at low pressures. It was isolated from a decaying amphipod Hirondellea gigas from the bottom of Mariana Trench. The first thermophilic piezophilic archaea Pyrococcus yayanosii strain CH1 was isolated from the Ashadze site, a deep sea hydrothermal vent. Strain MT 41 has an optimal growth pressure at 70MPa at 2 °C and strain CH1 has a optimal growth pressure at 52MPa at 98 °C. They are unable to grow at pressures lower than or equal to 20MPa, and both can grow at pressures above 100MPa. The current record for highest hydrostatic pressure where growth was observed is 140MPa shown by Colwellia marinimaniae MTCD1. The term "obligate piezophile" refers to organisms that are unable to grow under lower hydrostatic pressures, such as 0.1 MPa. In contrast, piezotolerant organisms are those that have their maximum rate of growth at a hydrostatic pressure under 10 MPa, but that nevertheless are able to grow at lower rates under higher hydrostatic pressures. Most of the Earth's biosphere (in terms of volume) is subject to high hydrostatic pressure, and the piezosphere comprises the deep sea (at the depth of 1,000 m and greater) plus the deep subsurface (which can extend up to 5,000 m beneath the seafloor or the continental surface). The deep sea has a mean temperature around 1 to 3 °C, and it is dominated by psychropiezophiles. In contrast, deep subsurface and hydrothermal vents in the seafloor are dominated by thermopiezophiles that prosper in temperatures above 45 °C (113 °F). Although the study of nutrient acquisition and metabolism within the piezosphere is still in its infancy, it is understood that most of the organic matter present are refractory complex polymers from the eutrophic zone. Both heterotrophic metabolism and autotrophic fixation are present within the piezosphere and additional research suggests significant metabolism of iron bearing minerals and carbon monoxide. Additional research is required to fully understand and characterize piezosphere metabolism.
Пизофильдік бейімделулер
Жоғары қысым биологиялық жүйелерге бірнеше әсер етеді. Қысымның әсерінен тепе-теңдік күйі кіші көлемді алып жатқан күйге ауысады, ол молекулааралық қашықтықты өзгертеді және конформацияларға әсер етеді. Бұл клеткалардың қызметіне де әсер етеді. Пиезофилдер осы жоғары гидростатикалық қысымға бейімделу үшін бірнеше механизмдерді қолданады. Олар ген экспрессиясын қысымға қарай реттейді, сонымен қатар биомолекулаларын қысымның айырмашылығына бейімдейді.
Нуклеин қышқылдары
Жоғары қысым сутекті байланыстарды және ДНК-ның үйілу әрекеттесуін тұрақтандырады. Осылайша ол ДНК-ның қос жіпті дуплекс құрылымына қолайлы. Алайда, ДНК репликациясы, транскрипциясы және трансляциясы сияқты бірнеше процестерді жүзеге асыру үшін бір жіптік құрылымға көшу қажет, бұл жоғары қысым балқу температурасын арттыра отырып, қиынға соғады, Tm. Осылайша, бұл процестер қиындықтарға тап болуы мүмкін.
Жасушалық мембраналар
Қысым артқанда жасуша мембранасының сұйықтығы төмендейді, өйткені көлемдегі шектеулер олардың конформациясын және буып-түюін өзгертеді. Бұл жасуша мембранасының суға және басқа да молекулаларға өткізгіштігін төмендетеді. Қоршаған ортадағы флуктуацияға жауап ретінде олар мембраналық құрылымын өзгертеді. Пиезофильді бактериялар өздерінің ацилдік тізбектерінің ұзындығын өзгертіп, қанықпаған май қышқылдарын жинап, белгілі бір полярлық бас топтарын және тармақталған май қышқылдарын жинап, осылай жасайды. Пиезофильді археялар археол мен шерамхеол негізіндегі полярлы липидтерді, биполярлы тетраэтер липидтерін синтездейді, циклопентан сақиналарын қосады және қанықпауды арттырады. Қысымға төзімді емес түрлерде жалпы көлем азаюымен протеиндер жоғары қысымда тығызданып, ашылады. Алайда пиезофильді ақуыздарда тұтас алғанда бос кеңістік аз және тығыздалу мен ашылу қысымын азайту үшін кішірек бос кеңістік болады. Амин қышқылдарының өзара әрекеттесуі де өзгереді. Жалпы алғанда, олар қысымға өте төзімді. Жоғары қысым окистену және қайтару реакцияларының тепе-теңдігін бұзады, реактивті оттегі түрлерінің (РОС) салыстырмалы түрде жоғары концентрациясын тудырады. Пьезофильдерде ROS-пен күресу үшін антиоксидациялық гендер мен белоктардың саны көбейеді, өйткені олар көбінесе жасушаларға зақым келтіреді.