好冷菌：特性、種類、例 - 生物学 - 2024

低温性は極限のサブタイプであり、通常、-20〜°Cと10°Cの温度に耐える低いことを特徴とし、永久的に冷たい生息地を占めます。これらの生物は通常細菌または古細菌ですが、地衣類、藻類、真菌、線虫、さらには昆虫や脊椎動物などの後生動物もあります。

寒冷環境は地球の生物圏を支配し、地球規模の生物地球化学サイクルで潜在的に重要な役割を果たす多種多様な微生物がコロニーを形成しています。

苔癬Xanthoria elegansは、-24°Cの低温で光合成できる有名な低温菌です。カナダのアルバータ州で撮影した写真。出典：https://en.wikipedia.org/wiki/File:Xanthoria_elegans_97571_wb1.jpg経由のJason Hollinger

低温に耐えることに加えて、好冷菌は、高圧、高濃度の塩、高紫外線などの他の極端な条件にも適応する必要があります。

好冷菌の特徴

生息地

好冷性生物の主な生息地は次のとおりです。

-極性海洋環境。

-銀行または海氷。

-極地環境。

-高地と緯度の湖。

-氷河下の湖。

-寒冷高山地域。

-氷河の表面。

-極性の砂漠。

-深海。

適応

好冷菌はさまざまな改造によって凍結から保護されています。それらの1つは、細胞膜の柔軟性です。これは、脂質膜の構造に短い不飽和脂肪酸を多く含むことで実現します。

これらの脂肪酸の組み込みの効果は、その流動性とその抵抗を同時に増加させる融点の低下です。

好冷菌のもう1つの重要な適応は、不凍タンパク質の合成です。これらのタンパク質は、体の水分を液体の状態に保ち、温度が水の氷点を下回ったときにDNAを保護します。また、氷の形成や再結晶の発生を防ぎます。

好冷菌の種類と例

単細胞生物

単細胞好冷菌の多様性は非常に大きく、これらの中で、ほとんどの細菌系統のメンバーに言及できます：アシドバクテリア、放線菌、バクテロイデス、クロロフレキシ、シアノバクテリア、フィルミキューテス、ジェマチモナデテス、OP10、およびプランクトミセス。

さらに、プロテオバクテリアとヴェルコミクロビアは、北極、南極、および高山の低温圏で検出されています。それらは、グリーンランド、カナダ、チベット、ヒマラヤでも検出されました。

低温性藍藻には、Leptolvngbva、Phormidium、Nostocがあります。他の一般的な属は、単細胞のAphanothece、Chroococcus、およびCharnaesiphon、および糸状のOscillatoria、Microcoleus、Schizothrix、Anabaena、Calothrix、Crinalium、およびPlectonernaです。

多細胞生物

好冷性の昆虫の中では、ヒマラヤ（ネパール）のディアメサ属に名前を付けることができます。これは、気温が-16°Cに達するまで活動し続けます。

また、翼のない蚊、南極大陸固有のBelgica Antarctica、長さ2〜6 mmも見られます。これは大陸で唯一の昆虫であり、唯一の陸生動物でもあります。

図2.南極の固有の昆虫であるミジンコ属の蚊Belgica antarctica。出典：Wikimedia CommonsのTasteofcrayons

脊椎動物も好冷菌になる可能性があります。いくつかの例には、冬の間に細胞を保護する生存戦略として細胞外水凍結（細胞外の水）を使用する少数のカエル、カメ、およびヘビが含まれます。

南極の線虫Panagrolaimus davidiは、細胞内の水の凍結に耐え、その後再成長および繁殖することができます。

また、南極大陸と南アメリカ南部の冷たい水に生息するChannichthyidae科の魚は、不凍タンパク質を使用して細胞を完全な凍結から保護します。

成長温度と好冷菌

生物の最高成長温度（T _max）は、生物が許容できる最高温度です。成長に最適な温度（T _opt）は、生物がより速く成長する温度です。

低温環境で生存および繁殖するすべての生物は、一般的に好冷菌と見なされます。しかし、私たちが知っているように、好冷菌という用語は、T _maxが20°Cの生物にのみ適用する必要があります（つまり、高温では生存できません）。

微生物は非常に寒い地域から分離されており、20°C以上の実験室条件で成長する可能性があります。これは、それらは低温に適応しているものの、好冷菌とは見なされないことを示しています。これらの微生物は「メソトレラント」と呼ばれ、中程度の温度に耐えます。

Methanococcoides burtonii

Sphingopyxis alaskensis

Sphingopyxis alaskensisは、北半球の海水から分離された細菌で、4〜10°Cの温度が優勢です。一方、塩分濃度の高い水に生息する古細菌であるハロアーキアは、-20℃の温度で生育します。

自然の生息地に多くの個体数があるにもかかわらず、これらの微生物はどれも4°C未満の実験室では培養できませんでした。

次に、S。alaskensisのT _maxは45°Cであり、好古細菌は30°Cを超える温度で成長する可能性があるため、好冷性とは見なされませんでした。しかし、彼らの人口はよく適応されており、極寒の地域では非常に豊富です。

上記から、これらの生物の自然生息地での生存に影響を与える他の制限的な環境要因があり、温度は最大の重みを持つ要因ではないと想定できます。

バイオテクノロジーのアプリケーション

好冷菌の酵素は、低温および中程度の温度での高い活性を特徴としています。さらに、これらの酵素は熱安定性が低い。

これらの特徴により、低温性生物の酵素は、とりわけ食品産業、医学、分子生物学、製薬産業などのさまざまなプロセスに適用することが非常に魅力的です。

参考文献

1. カヴィッキオーリ、R。（2015）。好冷菌の概念について。ISME Journal、10（4）、793–795。土井：10.1038 / ismej.2015.160
2. クレムス、C。およびデミング、JW（2008）。海氷への微生物適応におけるエキソポリマーの役割。In：Margesin、R.、Schirmer、F.、Marx、J.-C.およびGerday、C. reds）好冷菌：生物多様性からバイオテクノロジーまで。Springer-Verlag、ベルリン、ドイツ、pp。247-264。
3. 児島誠（1984）ヒマラヤ氷河で発見された新しい耐寒性昆虫。Nature、310（5974）、225-227。土井：10.1038 / 310225a0
4. Margesin、R.（編集者）。（2017）。好冷菌：生物多様性からバイオテクノロジーまで。第二版。Springer Verlag、ハイデルベルク、ドイツ。pp。685。
5. Miteva、V（2008）。雪と氷の中の細菌。In：Margesin、R.およびSchirmer、F.（eds）Psychrophiles：生物多様性からバイオテクノロジーまで。Springer Verlag、ハイデルベルク、ドイツ、pp。31-50。
6. 価格、PB（2000）。南極の深い氷の中の好冷菌の生息地。アメリカ合衆国の全米科学アカデミーの議事録97、1247-1251。