Введение

Класс солестойких архей Haloarchaea (галофильные археи, галофильные архебактерии, галобактерии) - это класс прокариотических организмов под археальным слоем Euryarchaeota, обнаруженных в воде, насыщенной или почти насыщенной солью. Галобактерии теперь признаны скорее археями, чем бактериями, и являются одной из крупнейших групп. Название "галобактерии" было присвоено этой группе организмов до того, как было понято существование домена Archaea, и, хотя оно действительно в соответствии с таксономическими правилами, должно быть обновлено. Галофильные археи обычно называют галоархеями, чтобы отличить их от галофильных бактерий. Эти микроорганизмы относятся к числу халофильных организмов, для роста которых требуется высокая концентрация соли, причем большинству видов для роста и выживания требуется более 2,0 М NaCl. Они являются отдельной эволюционной ветвью Археи, отличающейся наличием липидов, связанных с эфиром, и отсутствием муреина в их клеточных стенах. Галоархеи могут расти аэробным или анаэробным путем. Части мембран галоархеи имеют фиолетовый цвет, а большие цветки галоархеи выглядят красноватыми, из-за пигмента бактериородопсина, связанного с пигментом сетчатки родопсина, который он использует для преобразования световой энергии в химическую энергию процессом, не связанным с фотосинтезом на основе хлорофилла. Галоархеи обладают потенциалом для растворения фосфора. Фосфор, растворяющий галофильные археи, может играть роль в P (фосфорном) питании растительности, растущей в гиперсольных почвах. Галоархеи могут также использоваться в качестве инкулянтов для культур, произрастающих в гиперсольных регионах.

Молекулярные сигнатуры

Подробный филогенетический и сравнительный анализ последовательностей генома членов класса Haloarchaea привел к разделению этого класса на три ордена, Halobacteriales, Haloferacales и Natrialbales, которые можно надежно отличить друг от друга, а также от всех других архей / бактерий с помощью молекулярных подписей, известных как консервативные подписи. Однако галоархеи могут вырасти до насыщения (около 37% солей). Оптимальный рост также происходит при нейтральном или базовом уровне рН и температуре 45°C. Некоторые галоархеи могут расти даже при температуре выше 50°C. Пигментация усиливается, когда уровень кислорода низкий из-за увеличения красного пигмента АТФ. Некоторые из них даже более старые, по имеющимся сведениям, более 250 миллионов лет. Галоархеи также используются для очистки воды с высоким содержанием солености. Это связано с его способностью выдерживать высокие уровни питательных веществ и тяжелых металлов, которые могут присутствовать. Количество растворенных веществ вызывает осмотический стресс у микробов, который может вызвать лиз клеток, раскрытие белков и инактивацию ферментов, когда существует достаточно большой дисбаланс. Галоархеи борются с этим, сохраняя совместимые растворенные вещества, такие как хлорид калия (KCl), в своем внутриклеточном пространстве, чтобы позволить им сбалансировать осмотическое давление. Задержка этих солей называется методом "соль в", при котором клетка накапливает высокую внутреннюю концентрацию калия. Из-за повышенного уровня калия у галоархеи имеются специализированные белки, которые имеют высоко отрицательный поверхностный заряд, чтобы переносить высокие концентрации калия. Галоархеи приспособились к использованию глицерина в качестве углерода и источника энергии в катаболических процессах, который часто присутствует в средах с высоким содержанием соли из-за видов Dunaliella, которые производят глицерин в больших количествах. Ранняя эволюция белков сетчатки была предложена как гипотеза о фиолетовой Земле. Недавно галоархеи были отправлены на 36 км в атмосферу Земли, в воздушном шаре. Два типа, которые были отправлены, смогли выжить при морозе и высоких уровнях радиации. Это только расширяет теорию о том, что на Марсе могут существовать галофилы.

Медицинское применение

Было обнаружено, что некоторые типы галоархеи производят каротиноиды, которые обычно должны синтезироваться с использованием химических веществ. Поскольку галоархеи производят его естественным путем, теперь существует естественный способ синтезировать каротиноиды для медицинского использования. Галоархеи также предлагается использовать для удовлетворения высокого спроса на каротиноиды фармацевтическими компаниями из-за того, как легко их выращивать в лаборатории. Гены в Haloarchaea также могут быть изменены для производства различных нитей каротиноидов, что в дальнейшем помогает удовлетворить потребности фармацевтических компаний.

Изменение климата

По мнению некоторых исследователей, некоторые виды галоархеи могут использоваться для производства биоразлагаемых пластмасс, что может помочь снизить загрязнение пластмассой. При воздействии определенных условий галоархеи способны производить полигидроксиалканоты (ПГК), полигидроксибутират (ПГК) и полигидроксиваленрат (ПГК). Для крупномасштабного производства этих биопластиков предпочтительны галоархеи из-за низкой стоимости, быстрого роста и отсутствия необходимости стерилизации площади из-за соленой среды, которую они предпочитают. Они также являются более чистым вариантом для биопластиков, поскольку им не нужны химические вещества для клеточного лизиса и имеют более высокую рециклируемость процесса. Также было обнаружено, что некоторые типы галоархеи обладают характеристиками денитрификации. Если галоархеи являются полными денитрификаторами, они могут помочь соляным болотям и другим солевым средам, буферируя эти области нитрата и нитрита. Это может помочь разнообразию животных и уменьшить загрязнение этих водных путей. Однако при лабораторных испытаниях галоархеи оказались частично денитрифицирующими. Это означает, что если галоархеи используются для обработки мест, где высокое содержание нитритов и нитратов, они могут способствовать загрязнению азотом и вызвать увеличение разрушения озонового слоя, способствуя изменению климата. Единственный тип галоархеи, который, как было установлено, снижает загрязнение азотом до атмосферного азота, был Haloferax mediterranei. Это показывает, что галоархеи могут способствовать загрязнению азотом и не являются подходящим решением для снижения нитратов и нитритов в районах с высокой соленостью.