Schlüsselbegriffe
- Halotoleranz: Die Anpassung eines lebenden Organismus an Bedingungen mit hohem Salzgehalt (gelöstes Salz).
- Zwitterionisch: Bezieht sich auf ein neutrales Molekül, das sowohl positive als auch negative Ladungen enthält.
- Osmoprotektivum: Jeder Osmolyt, der einem Organismus hilft, osmotischen Stress zu überleben
Halophile sind Extremophile, die in Umgebungen mit sehr hohen Salzkonzentrationen gedeihen. Tatsächlich stammt der Name „halophil“ von dem griechischen Wort für „salzliebend“. „Obwohl es einige halophile Bakterien und Eukaryoten gibt, ist die größte Klassifizierung der Halophilen im Bereich der Archaea zu finden.
Halophile können überall dort gefunden werden, wo die Salzkonzentration mindestens fünfmal höher ist als die des Ozeans. Basierend auf dem Ausmaß ihrer Halotoleranz werden sie als leicht, moderat oder extrem halophil kategorisiert. Halophile gedeihen an Orten wie dem Großen Salzsee, dem Owens Lake in Kalifornien, Verdunstungsteichen und dem Toten Meer – Orte, die für die meisten Lebensformen eine unwirtliche Umgebung darstellen.
Der hohe Salzgehalt stellt eine extreme Umgebung dar, an die sich nur relativ wenige Organismen anpassen und bewohnen konnten. Die meisten halophilen Organismen kommen mit den hohen Salzkonzentrationen zurecht, indem sie Energie aufwenden, um das Salz aus ihrem Zytoplasma auszuschließen, um eine Proteinaggregation oder ein „Aussalzen“ zu vermeiden. „Normale“ Organismen würden unter diesen Bedingungen austrocknen und Wasser durch Osmose aus dem Zytoplasma verlieren. Halophile verhindern diesen Wasserverlust, indem sie die interne Osmolarität der Zelle erhöhen. Eine Möglichkeit, wie halophile Archaeen ihre interne Osmolarität erhöhen können, ist die Anreicherung von organischen Verbindungen – so genannten Osmoprotectants – in ihrem Zytoplasma. Diese kompatiblen gelösten Stoffe können aus der Umgebung akkumuliert oder synthetisiert werden. Die häufigsten kompatiblen Solute sind neutral oder zwitterionisch und umfassen Aminosäuren, Zucker, Polyole, Betaine und Ektoine sowie Derivate einiger dieser Verbindungen.
Eine radikalere Anpassung zur Verhinderung von Wasserverlusten ist der selektive Einstrom von Kalium (K+)-Ionen in das Zytoplasma. Bei Archaeen ist diese Anpassung auf die extrem halophile Familie der Haloarchaea (oft als Halobacteriaceae bezeichnet) beschränkt. Für diese Methode muss die gesamte intrazelluläre Maschinerie – einschließlich Enzymen, Strukturproteinen und geladenen Aminosäuren, die das Zurückhalten von Wassermolekülen auf ihren Oberflächen ermöglichen – an hohe Salzgehalte angepasst sein. Bei der Anpassung an kompatible Solute sind nur wenige oder gar keine Anpassungen der intrazellulären Makromoleküle erforderlich – tatsächlich wirken die kompatiblen Solute oft sowohl als allgemeine Stressschutzmittel als auch als Osmoprotektiva.
Die extrem halophilen Haloarchaea benötigen eine Salzkonzentration von mindestens 2 M und sind in der Regel in gesättigten Lösungen (etwa 36% w/v Salze) zu finden. Sie sind die primären Bewohner von Salzseen, Binnenmeeren und Verdunstungsteichen von Meerwasser. Die rote Farbe der tiefen Salzseen ist auf die Carotinoide (organisches Pigment) dieser Archaeen zurückzuführen. Diese Archaeen benötigen Salz für ihr Wachstum und sie lysieren, wenn sie einer weniger salzhaltigen Umgebung ausgesetzt sind.