Введение

Организмы, живущие под высоким гидростатическим давлением Пиезофилом (от греческого "пиезо" - давление и "филе" - любовь) является организм с оптимальным ростом при высоком гидростатическом давлении, т.е. организм, который имеет максимальную скорость роста при гидростатическом давлении, равной или выше , при испытании при всех допустимых температурах. Первоначально для этих организмов использовался термин барофил, но поскольку префикс "baro" означает вес, предпочтение было отдано термину пьезофил. Как и все определения экстремофилов, определение пьезофилов антропоцентрично, и люди считают, что умеренные значения гидростатического давления составляют около 1 атм (= 0,1 МПа = 14,7 пс), тогда как эти "экстремальные" давления являются нормальными условиями жизни для этих организмов. Гиперпиезофилы - это организмы, максимальная скорость роста которых превышает 50 МПа (= 493 атм = 7252 пс). Хотя высокое гидростатическое давление оказывает пагубное воздействие на организмы, растущие при атмосферном давлении, эти организмы, которые встречаются только в местах обитания высокого давления в глубоком море, на самом деле нуждаются в высоком давлении для их оптимального роста. Часто их рост может продолжаться при гораздо более высоких давлениях (например, 100 МПа) по сравнению с теми организмами, которые обычно растут при низких давлениях. Он был изолирован из разлагающегося амфипода Hirondellea gigas с дна Марианской впадины. Первый термофильный пьезофильный архейный Pyrococcus yayanosii штамм CH1 был изолирован с сайта Ашадзе, глубоководного гидротермального отверстия. Стресс MT 41 имеет оптимальное давление роста при 70MPa при 2 °C, а штамм CH1 имеет оптимальное давление роста при 52MPa при 98 °C. Они не способны расти при давлении ниже или равном 20 МПа, и оба могут расти при давлении выше 100 МПа. Нынешний рекорд по наивысшему гидростатическому давлению, где наблюдался рост, составляет 140 МПа, показанный Colwellia marinimaniae MTCD1. Термин "обязательный пьезофил" относится к организмам, которые не способны расти при более низком гидростатическом давлении, например, 0,1 МПа. В отличие от этого, пьезотолерантные организмы - это те, которые имеют максимальную скорость роста при гидростатическом давлении менее 10 МПа, но тем не менее способны расти с более низкими темпами при более высоких гидростатических давлениях. Большая часть биосферы Земли (по объему) подвержена высокому гидростатическому давлению, а пьезосфера включает глубокое море (на глубине 1000 м и более) плюс глубокое подземное пространство (которое может простираться до 5000 м под морским дном или континентальной поверхностью). Средняя температура в глубине моря составляет от 1 до 3 °C, и в ней преобладают психопиезофилы. В отличие от этого, в глубоких подземных и гидротермальных отверстиях на морском дне доминируют термопиезофилы, которые процветают при температуре выше 45 ° C (113 ° F). Хотя изучение усвоения питательных веществ и метаболизма в пьезосфере все еще находится в зачаточном состоянии, понимается, что большая часть органического вещества, присутствующего в ней, представляет собой рефракторные сложные полимеры из эвтрофической зоны. В пьезосфере присутствуют как гетеротрофный метаболизм, так и автотрофная фиксация, и дополнительные исследования показывают значительный метаболизм железосодержащих минералов и окиси углерода. Для полного понимания и характеристики метаболизма пьезосферы необходимы дополнительные исследования.

Пизофильные адаптации

Высокое давление оказывает несколько воздействий на биологические системы. Применение давления приводит к сдвигу равновесия в сторону состояния, занимающего небольшой объем, и это изменяет межмолекулярные расстояния и влияет на конформации. Это также влияет на функциональность клеток. Пиезофилы используют несколько механизмов для адаптации к этим высоким гидростатическим давлениям. Они регулируют экспрессию генов в зависимости от давления, а также адаптируют свои биомолекулы к различным давлениям.

Нуклеиновые кислоты

Высокое давление стабилизирует водородные связи и взаимодействия склеивания ДНК. Таким образом, он способствует двойной нитевой дуплексной структуре ДНК. Однако для выполнения нескольких процессов, таких как репликация, транскрипция и трансляция ДНК, необходим переход к одноцепочечной структуре, что становится затруднительным, поскольку высокое давление увеличивает температуру плавления, Tm. Таким образом, эти процессы могут столкнуться с трудностями.

Клеточные мембраны

При увеличении давления текучесть клеточной мембраны снижается, поскольку из-за ограничений в объеме они меняют свою конформацию и упаковку. Это уменьшает проницаемость клеточной мембраны для воды и других молекул. В ответ на флуктуацию в окружающей среде они меняют структуру своей мембраны. Пиезофильные бактерии делают это, изменяя длину своей ациловой цепи, накапливая ненасыщенные жирные кислоты, накапливая специфические полярные группы и разветвленные жирные кислоты. Пиезофильные археи синтезируют полярные липиды на основе археола и серахеола, биполярные тетраэфирные липиды, включают циклопентанные кольца и увеличивают ненасыщенность. У видов, не переносящих давление, белки имеют тенденцию сжиматься и раскладываться под высоким давлением, поскольку общий объем уменьшается. Однако пиезофильные белки, как правило, имеют меньше пустого пространства и меньшие пустые пространства в целом, чтобы смягчить уплотнение и разворачивающееся давление. Также существуют изменения в различных взаимодействиях между аминокислотами. В общем, они очень устойчивы к давлению. Высокое давление также может вызвать дисбаланс в окислительных и редуцирующих реакциях, генерирующих относительно высокие концентрации реактивных видов кислорода (РОС). В пьезофилах обнаруживается увеличенное количество антиоксидационных генов и белков для борьбы с ROS, поскольку они часто вызывают повреждение клеток.