HALOFIL: KLASIFIKASI, OSMOSIS, APLIKASI, CONTOH - BIOLOGI - 2025

The organisme halofilik adalah kategori mikroorganisme, baik prokariota dan eukariota, mampu mereproduksi dan hidup di lingkungan dengan konsentrasi tinggi garam seperti air laut dan hypersaline daerah kering. Istilah halophile berasal dari kata Yunani halos dan filo, yang berarti "pencinta garam".

Organisme yang diklasifikasikan dalam kategori ini juga termasuk dalam kelompok besar organisme Ekstremofilik karena mereka berkembang biak di habitat yang sangat asin, di mana sebagian besar sel hidup tidak dapat bertahan hidup.

Salina, lingkungan dengan salinitas ekstrim dimana sel halofilik ekstrim berkembang biak. Oleh H. Zell, dari Wikimedia Commons.

Faktanya, sebagian besar sel yang ada dengan cepat kehilangan air ketika terkena media yang kaya garam dan dehidrasi inilah yang dalam banyak kasus dengan cepat menyebabkan kematian.

Kemampuan organisme halofilik untuk dapat hidup pada lingkungan tersebut disebabkan karena dapat menyeimbangkan tekanan osmotiknya dalam hubungannya dengan lingkungan dan mempertahankan sitoplasma isosmotiknya dengan lingkungan ekstraseluler.

Mereka telah diklasifikasikan berdasarkan konsentrasi garam, di mana mereka dapat hidup dalam halofil yang ekstrim, sedang, lemah dan halotoleran.

Beberapa perwakilan halofilik adalah alga hijau Dunaliella salina, krustasea dari genus Artemia atau kutu air dan jamur Aspergillus penicillioides dan Aspergillus terreu.

Klasifikasi

Tidak semua organisme halofilik mampu berkembang biak dalam berbagai konsentrasi garam. Sebaliknya, mereka berbeda dalam tingkat salinitas yang dapat mereka toleransi.

Tingkat toleransi ini, yang bervariasi antara konsentrasi NaCl yang sangat spesifik, telah berfungsi untuk mengklasifikasikannya sebagai halofil ekstrim, sedang, lemah, dan halotolerant.

Kelompok halofil ekstrim mencakup semua organisme yang mampu menempati lingkungan di mana konsentrasi NaCl melebihi 20%.

Ini diikuti oleh halofil sedang yang berproliferasi pada konsentrasi NaCl antara 10 dan 20%; dan halofil lemah, yang terjadi pada konsentrasi rendah yang bervariasi antara 0,5 dan 10%.

Terakhir, halotolerantes, adalah organisme yang hanya mampu mendukung konsentrasi garam yang rendah.

Osmosis dan salinitas

Ada berbagai macam halofil prokariotik yang mampu menahan konsentrasi tinggi NaCl.

Kemampuan untuk menahan kondisi salinitas yang bervariasi dari rendah, tetapi lebih tinggi daripada yang mampu ditoleransi oleh sebagian besar sel hidup, hingga kondisi yang sangat ekstrem, diperoleh berkat pengembangan berbagai strategi.

Strategi utama atau sentralnya adalah menghindari konsekuensi dari proses fisik yang dikenal sebagai osmosis.

Fenomena ini mengacu pada pergerakan air melalui membran semi permeabel, dari tempat dengan konsentrasi zat terlarut rendah ke tempat dengan konsentrasi lebih tinggi.

Akibatnya, jika di lingkungan ekstraseluler (lingkungan di mana organisme berkembang) terdapat konsentrasi garam yang lebih tinggi daripada di sitosolnya, ia akan kehilangan air ke luar dan akan mengalami dehidrasi hingga mati.

Sementara itu, untuk menghindari kehilangan air, mereka menyimpan konsentrasi zat terlarut (garam) yang tinggi di dalam sitoplasma mereka untuk mengkompensasi efek tekanan osmotik.

Strategi adaptif untuk mengatasi salinitas

Bakteri halofilik. Oleh Maulucioni berdasarkan gambar dari Commons, dari Wikimedia Commons.

Beberapa strategi yang digunakan oleh organisme ini adalah: sintesis enzim yang mampu mempertahankan aktivitasnya pada konsentrasi garam yang tinggi, membran ungu yang memungkinkan pertumbuhan melalui fototrofi, sensor yang mengatur respons fototaktik seperti rhodopsin, dan vesikel gas yang mendorong pertumbuhannya. pengapungan.

Selain itu, perlu diperhatikan bahwa lingkungan tempat organisme ini tumbuh cukup berubah-ubah, yang menimbulkan risiko bagi kelangsungan hidupnya. Oleh karena itu, mereka mengembangkan strategi lain yang disesuaikan dengan kondisi tersebut.

Salah satu faktor yang berubah adalah konsentrasi zat terlarut, yang tidak hanya penting dalam media hipersalin, tetapi di lingkungan mana pun di mana hujan atau suhu tinggi dapat menyebabkan pengeringan dan akibatnya variasi osmolaritas.

Untuk mengatasi perubahan ini, mikroorganisme halofilik telah mengembangkan dua mekanisme yang memungkinkan mereka untuk mempertahankan sitoplasma hiperosmotik. Salah satunya disebut "salt-in" dan yang lainnya "salt-out"

Mekanisme asin

Mekanisme ini dilakukan oleh Archeas dan Haloanaerobiales (bakteri halofilik moderat anaerobik ketat) dan terdiri dari peningkatan konsentrasi internal KCl dalam sitoplasma mereka.

Namun, konsentrasi garam yang tinggi di dalam sitoplasma menyebabkan mereka melakukan adaptasi molekuler untuk fungsi normal enzim intraseluler.

Adaptasi ini pada dasarnya terdiri dari sintesis protein dan enzim yang kaya asam amino asam dan miskin asam amino hidrofobik.

Batasan untuk jenis strategi ini adalah bahwa organisme yang melaksanakannya memiliki kapasitas yang buruk untuk beradaptasi dengan perubahan mendadak dalam osmolaritas, membatasi pertumbuhannya pada lingkungan dengan konsentrasi garam yang sangat tinggi.

Mekanisme Salt-out

Mekanisme ini digunakan oleh bakteri halofilik dan non-halofilik, selain arkea metanogenik halofilik sedang.

Dalam hal ini, mikroorganisme halofilik melakukan keseimbangan osmotik menggunakan molekul organik kecil yang dapat disintesis olehnya atau diambil dari mediumnya.

Molekul-molekul ini dapat berupa poliol (seperti gliserol dan arabinitol), gula seperti sukrosa, trehalosa atau glukosil-gliserol atau asam amino dan turunan dari amina kuaterner seperti glisin-betain.

Semuanya memiliki kelarutan yang tinggi dalam air, tidak memiliki muatan pada pH fisiologis dan dapat mencapai nilai konsentrasi yang memungkinkan mikroorganisme ini menjaga keseimbangan osmotik dengan lingkungan luar tanpa mempengaruhi fungsi enzimnya sendiri.

Selain itu, molekul-molekul ini memiliki kemampuan untuk menstabilkan protein terhadap panas, pengeringan atau pembekuan.

Aplikasi

Mikroorganisme halofilik sangat berguna untuk mendapatkan molekul untuk keperluan bioteknologi.

Bakteri ini tidak menimbulkan kesulitan besar untuk dibudidayakan karena kebutuhan nutrisi yang rendah pada medianya. Toleransi mereka terhadap konsentrasi garam yang tinggi meminimalkan risiko kontaminasi, yang menjadikan mereka organisme alternatif yang lebih menguntungkan daripada E. coli.

Selain itu, dengan menggabungkan kapasitas produksinya dengan ketahanannya terhadap kondisi salinitas yang ekstrim, mikroorganisme sangat diminati sebagai sumber produk industri, baik di bidang farmasi, kosmetik dan bioteknologi.

Beberapa contoh:

Enzim

Banyak proses industri dikembangkan dalam kondisi ekstrim, yang menawarkan bidang aplikasi untuk enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme ekstremofilik, yang mampu bekerja pada nilai suhu, pH atau salinitas yang ekstrim. Jadi, amilase dan protease, yang digunakan dalam biologi molekuler, telah dijelaskan.

Polimer

Demikian pula, bakteri halofilik adalah penghasil polimer dengan surfaktan dan sifat pengemulsi yang sangat penting dalam industri minyak karena mereka berkontribusi pada ekstraksi minyak mentah dari lapisan tanah.

Larutan yang kompatibel

Zat terlarut yang terakumulasi oleh bakteri ini dalam sitoplasma mereka memiliki daya penstabil dan perlindungan yang tinggi untuk enzim, asam nukleat, membran, dan bahkan seluruh sel, terhadap pembekuan, pengeringan, denaturasi panas, dan salinitas tinggi.

Semua ini telah digunakan dalam teknologi enzim serta dalam industri makanan dan kosmetik untuk memperpanjang umur produk.

Biodegradasi limbah

Bakteri halofilik mampu mengurai residu racun seperti pestisida, farmasi, herbisida, logam berat, dan proses ekstraksi minyak dan gas.

Makanan

Di bidang pangan mereka berpartisipasi dalam produksi kecap.

Referensi

1. Dennis PP, Shimmin LC. Divergensi evolusioner dan seleksi yang dimediasi salinitas di Archaea halofilik. Microbiol Mol berbagai Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Strategi adaptasi mikroorganisme halofilik dan Debaryomyces hansenii (ragi halofilik). Jurnal Mikrobiologi Amerika Latin. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Aspek Oren A. Bionergetik halofilisme. Microbiol Mol berbagai Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Bakteri halofilik dan aplikasi bioteknologinya. Pendeta Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Kayu JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Akumulasi zat terlarut yang kompatibel dengan osmoregulasi dan osmoregulasi oleh bakteri. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.