Kluczowe terminy
- halotolerancja: Przystosowanie żywego organizmu do warunków wysokiego zasolenia (rozpuszczonej soli).
- zwitterionic: Pertaining to a neutral molecule containing both positive and negative charge.
- osmoprotectant: Any osmolyte that helps an organism to survive osmotic stress
Halophiles are extremophiles that thrive in environments with very high concentrations of salt. W rzeczywistości, sama nazwa „halofil” pochodzi od greckiego słowa oznaczającego „kochający sól”. „Chociaż istnieją halofilne bakterie i eukarionty, największa klasyfikacja halofilów znajduje się w domenie Archaea.
Halofile można znaleźć wszędzie tam, gdzie stężenie soli jest co najmniej pięć razy większe niż w oceanie. Są one skategoryzowane jako lekkie, umiarkowane lub ekstremalne halofile w oparciu o zakres ich halotolerancji. Halofile rozwijają się w miejscach takich jak Wielkie Jezioro Słone, Jezioro Owens w Kalifornii, stawy odparowujące i Morze Martwe – miejscach, które zapewniają niegościnne środowisko dla większości form życia.
Wysokie zasolenie stanowi ekstremalne środowisko, do którego stosunkowo niewiele organizmów zdołało się przystosować i je zająć. Większość organizmów halofilnych radzi sobie z wysokimi stężeniami soli, wydatkując energię na wykluczenie soli z ich cytoplazmy, aby uniknąć agregacji białek, czyli „zasolenia”. „Normalne” organizmy w takich warunkach wysychałyby, tracąc wodę poprzez osmozę z cytoplazmy. Halofile zapobiegają tej utracie wody poprzez zwiększenie wewnętrznej osmolarności komórki. Jednym ze sposobów, w jaki archaea halofilne mogą zwiększyć swoją wewnętrzną osmolarność, jest gromadzenie w cytoplazmie związków organicznych, zwanych osmoprotektantami. Te kompatybilne rozpuszczalniki mogą być gromadzone z otoczenia lub syntetyzowane. Najczęściej spotykane zgodne soluty są obojętne lub zwitterionowe i obejmują aminokwasy, cukry, poliole, betainy i ektoiny, a także pochodne niektórych z tych związków.
Jeszcze bardziej radykalna adaptacja do zapobiegania utracie wody polega na selektywnym napływie jonów potasu (K+) do cytoplazmy. U archaii adaptacja ta jest ograniczona do niezwykle halofilnej rodziny Haloarchaea (często znanej jako Halobacteriaceae). Aby wykorzystać tę metodę, cała maszyneria wewnątrzkomórkowa – w tym enzymy, białka strukturalne i naładowane aminokwasy, które umożliwiają zatrzymywanie cząsteczek wody na ich powierzchniach – musi być przystosowana do wysokiego poziomu soli. W adaptacji zgodnych solutów, niewiele lub wcale nie jest wymagane dostosowanie wewnątrzkomórkowych makrocząsteczek – w rzeczywistości, zgodne soluty często działają jako ogólne środki chroniące przed stresem, jak również osmoprotektanty.
Niezwykle halofilne Haloarchaea wymagają co najmniej 2 M stężenia soli i są zwykle znajdowane w nasyconych roztworach (około 36% w/v soli). Są one głównymi mieszkańcami słonych jezior, mórz śródlądowych i stawów odparowujących wodę morską. Czerwony kolor głębokich solanek zawdzięczają karotenoidom (pigment organiczny) występującym w tych archaach. Archaea te wymagają soli do wzrostu i ulegają rozkładowi, jeśli są wystawione na działanie mniej słonego środowiska.