‫תנאי סביבה‬ ‫‪ .1‬טמפרטורה‬ ‫‪ .2‬לחץ הידרוסטטי‬ ‫‪pH .3‬‬ ‫‪Osmotic effects .4‬‬ ‫•לחיידקים יכולת אדפטציה מופלאה‬ ‫•מיקרואורגניזמים מתקיימים בכל בית גידול על פני כדור הארץ‬ ‫•למיקרואורגניזמים יכולת הסתגלות מדהימה לתנאי סביבה שונים‬ ‫•כל סביבת חיים קיצונית ככל שתהיה נתן למצוא בה‬ ‫מיקרואורגניזמים )‪(Extremophiles‬‬ ‫‪Extremophiles are microbes that live in conditions that would kill others‬‬ ‫‪ .1‬טמפרטורה‬ ‫לכל אורגניזם ‪ 3‬טמפרטורות אופייניות‬ ‫‪ .1‬טמפרטורת מינימום שמתחתיה אינו יכול לגדול‬ ‫‪ .2‬טמפרטורה אופטימלית בה הגידול המהיר ביותר‬ ‫‪ .3‬טמפרטורה מקסימלית שמעליה הגידול אינו אפשרי‬ ‫טמפרטורת האופטימום קרובה תמיד יותר לטמפרטורה‬ ‫המקסימלית‪.‬‬ ‫טווח טמפרטורות הגידול )צר‪ ,‬רחב(‬ ‫לרוב האורגניזמים טווח של לא יותר מ‪ -‬מעלות ‪30‬‬ ‫‪Chryseobacterium oranimense 5-37°C optimum, 30-33°C‬‬ ‫‪(39) 8-48 E. coli‬‬ ‫התאמה לקב' אקולוגית בהתאם לטמפ' הגדילה‬ ‫קור‬ ‫‪ -psychrophiles 9‬טמפרטורה אופטימלית נמוכה מ‪15 -‬טמפ' מקסימלית מתחת‬ ‫ל‪ 20 -‬מעלות צלסיוס‬ ‫‪– psychrotroph = psychrotolerant 9‬יכול בטמפ' נמוכה )בין ‪ 0-7‬מעלות(‬ ‫אך הטמפרטורה האופטימלית לגידולו היא מעל ‪ 20‬מעלות‬ ‫הסתגלות‬ ‫•ח‪ .‬שומן לא רוויות בממברנה‬ ‫•חלבונים הידרופיליים יחסית לחיידקים מזופיליים‪) .‬מכילים אחוז גבוה יותר של ח‪ .‬אמינו פולריות‪.‬‬ ‫הפולריות מסייעת לחלבונים לשמור על מצב של גמישות = מאפשרת פעילות אנזימתית בקור(‬ ‫הסתגלות מולקולרית לקור‬ ‫חלבונים במבנה של ‪α-helix‬‬ ‫מבנה של ‪ α-helix‬גמיש‬ ‫יותר ממבנה של ‪b-Sheet‬‬ ‫קיפאון‬ ‫מי ‪ -‬ים קופאים ב‪ -2.5 -‬מעלות צלסיוס‬ ‫טמפ' הקיפאון תלויה בריכוז המומסים במים‪ .‬ככל שריכוזם‬ ‫גבוה כך טמפ' הקיפאון יורדת‬ ‫בתוך קרחונים קיימים כיסי מים‬ ‫קיפאון מונע גדילה אך לא בהכרח הורג‬ ‫הקפאת חיידקים למשל בנוכחות של ‪ 10%‬גליצרול או‬ ‫‪ DMSO‬מונעת נזק לתא )ייבוש או התגבשות של קרח( ונתן‬ ‫לשמר חיידקים תקופה ארוכה בנוכחות חומרים אלה‬ ‫בהקפאה של עד ‪ -196‬מעלות‪.‬‬ ‫‪ – Mesophilies‬טמפ' אופטימלית ממוצעת )‪( 45 - 20‬‬ ‫לדוגמא‪E. Coli :‬‬ ‫טמפ' אופטימלית ‪ 39‬מעלות‬ ‫טווח גידול בין ‪ 48 -8‬מעלות צלסיוס‬ ‫‪– Thermophiles‬‬ ‫טרמופיליים – טמפ' אופטימלית מעל ‪ 45‬מעלות )טווח ‪(45-80‬‬ ‫היפרטרמופיליים – טמפ' אופטימלית מעל ‪80‬‬ ‫מיני חיידקים יכולים להתקיים גם בטמפרטורות מעל ‪ 100‬מעלות )בניגוד‬ ‫לאאוקריוטיים להם נרשם גבול עליון של ‪ 65‬מעלות(‪.‬‬ ‫פרוקריוטיים השייכים לדומיין ארכיאה הם אלו שנמצאו בעלי יכולת גדילה‬ ‫בטמפ' הגבוהות ביותר )‪ 113‬מעלות צלסיוס(‬ ‫חום‬ ‫טמפרטורות מעל ‪ 50‬מעלות מתקיימת‪:‬‬ ‫‪ .1‬באדמה בה בצהרי היום הטמפרטורה יכולה להגיע גם ל‪70-‬‬ ‫‪ .2‬מעיינות חמים‪ ,‬גייזרים‪ ,‬התפרצויות וולקניות‬ ‫‪ .3‬מים חמים היוצאים מצינורות קירור במפעלים תעשייתיים )סביבה‬ ‫מלאכותית(‬ ‫‪ – Hydrothermal vents .4‬עד ‪ 350‬מעלות )טמפ' המתקיימות במים רק בלחץ‬ ‫גבוה(‬ Microcolony of prokaryotes that developed on a microscope slide immersed in a boiling spring ‫נמצא קצב גידול מהיר של הכפלה כל שעה‬ ‫טחבים‬ ‫חום‬ ‫פרוקריוטיים מסוגלים להתקיים בטמפ' גבוהות‬ ‫‪.1‬‬ ‫יותר מאשר אאוקריוטיים‬ ‫מבין הפרוקריוטיים נמצא כי מיני ‪ Archea‬הם‬ ‫‪.2‬‬ ‫אלו שנמצאו בטמפרטורות גבוהות יותר‬ ‫אורגניזמים שאינם פוטוטרופיים מסוגלים‬ ‫‪.3‬‬ ‫לגדול בטמפ' גבוהות יותר מאשר ‪phototrophs‬‬ ‫• הסתגלות מולקולרית לחום‬ ‫ממברנה‬ ‫ח‪ .‬שומן רוויות בממברנה‬ ‫ל‪ Archaea -‬ממברנה חד שכבתית )לא ח‪ .‬שומן( עם קשר אתרי לגליצרול‬ ‫היציבה לחום‬ ‫תזכורת‪:‬‬ ‫מבנה הממברנה החד שכבתית בחלק מהחיידקים השייכים‬ ‫לדומיין הארכיאה‬ ‫•חלבונים – עמידות לדנטורציה‬ ‫•שינוי חומצה אמינית אחת או יותר מאפשרת קיפול החלבון בצורה‬ ‫שהוא יהיה עמיד יותר לחום )פחות גמיש(‬ ‫•קשרים יוניים בין ח‪ .‬אמינו טעונות הופכות את החלבונים‬ ‫להידרופוביים יחסית לחלבונים בחיידקים מזופיליים ועמידים יותר‬ ‫לדנטורציה בחום‬ ‫•נמצא )בהיפרטרמופיליים( כי סנטיזה בכמויות משמעותיות של‬ ‫מומסים בתא דוגמת‪:‬‬ ‫‪,di-inositol phosphate, diglycerol phosphate‬‬ ‫ו‪ -manosylglycerate‬מייצבים את החלבונים בתא ושומרים עליהם‬ ‫מדנטורציה בטמפרטורות גבוהות‪ .‬הסברה היא כי מומסים אלו מגינים‬ ‫גם על ה‪.DNA -‬‬ ‫למשל מונעים איבוד נוקליאוטידים כתוצאה מהידרוליזה‪.‬‬ ‫הסתגלות מולקולרית לחום ‪ -‬המשך‬ ‫•חלבונים – המשך‬ ‫•‪chaperonins –heat-shock protins‬‬ ‫•דוגמא‪:‬‬ ‫•לארכיאה –‪ ) Pyrodictium‬טמפ' אופטימלית ‪ 105‬גדל גם ב‪(113 -‬‬ ‫צ'פרונין עיקרי הקרוי ‪ thermosome‬מאפשר לחיידק לשרוד בטמפ' של‬ ‫אוטוקלב משך שעה‬ ‫‪DNA‬‬ ‫•צ'פרונים קיימים בתאים )גם‬ ‫אאוקריוטיים( המתקיימים בכל‬ ‫טווחי הטמפ' ותפקידם בקיפול‬ ‫חלבונים שסונטזו ובתיקון חלבונים‬ ‫שהמבנה השלישוני שלהם ניזוק‪.‬‬ ‫‪The action of a‬‬ ‫‪molecular chaperone‬‬ ‫מהו גבול הטמפ' העליון המאפשר קיום חיים?‬ ‫יתכן כי מעל ‪ 130‬מעלות אך ההשערה כיום היא כי לא יתכנו חיים מעל‬ ‫‪ 140-150‬מעלות צלסיוס‬ ‫הרי געש במעמקי הים‪:‬‬ ‫הטמפ' מגיעה עד ‪ 350‬מעלות צלסיוס‬ ‫עד כה נמצא כי דגימות מ‪ 250 -‬מעלות היו סטריליות‬ ‫ביוטכנולוגיה – חיפוש אורגניזמים השורדים טמפ' גבוהות במטרה‬ ‫לפתח טכנולוגיות חדשות‬ ‫תנאי סביבה‬ ‫‪ .1‬טמפרטורה‬ ‫‪ .2‬לחץ הידרוסטטי‬ ‫‪pH .3‬‬ ‫‪Osmotic effects .4‬‬ ‫‪ .2‬לחץ הידרוסטטי גבוה‬ ‫‪ 10‬מטרים של מים‬ ‫= ‪ 1‬אטמוספרה‬ ‫⇐ בעומק של ‪ 5,000‬מטר‬ ‫הלחץ ‪ 500‬אטמוספרות‬ ‫‪Barotolerant and Barophilic Bacteria‬‬ ‫‪ – Barotolerant‬יכולים לחיות עד לחץ של ‪ 500‬אטמוספרות‬ ‫בלחץ של ‪ 1‬אטמוספירה נמצא בחיידקים אלה מטבוליזם גבוה יותר מאשר‬ ‫ב‪ 300 -‬אטמוספירות‬ ‫‪Barophilic‬‬ ‫אופטימום גידול ‪ 400‬אטמוספירות‪ .‬גם הם יכולים לגדול בלחץ של ‪1‬‬ ‫אטמוספירה‬ ‫‪.‬‬ ‫‪Extreme obligate barophilic‬‬ ‫זקוקים ללחץ גבוה על מנת לגדול‪ .‬בעומק ‪ 10,000‬מטר בודד חיידק שלא‬ ‫צמח בלחץ נמוך מזה של ‪ 400‬אטמ'‪ .‬מת כאשר הושאר בלחץ אטמוספרי‬ ‫לחץ אטמוספרי גבוה‬ ‫לחץ גבוה מאט את קצב הגדילה‬ ‫גורם לירידה ביכולת קישור חלבונים ואנזימים לסובסטראט לכן המבנה‬ ‫השלישוני של חלבונים חייב להיות שונה‬ ‫ממברנה‬ ‫ח‪ .‬שומן לא רוויות בממברנה‬ ‫בחיידקים גרם שליליים היכולים לגדול ב‪ 500-600 -‬אטמוספירות נמצא כי‬ ‫הרכב חלבוני הממברנה החיצונית היה שונה ב לחץ אטמוספרי גבוה לעומת‬ ‫‪ 1‬אטמוספירה‪ .‬נמצא כי פורין ‪ OmpH‬שהוא חלבון של הממברנה החיצונית‬ ‫מסונטז רק כאשר חיידק גדל בלחץ אטמוספרי גבוה‬ ‫גם לגבי חלבונים נספים נמצא כי קיימת בקרת גנים שונה בתנאי לחץ שונים‬ ‫‪Deep sea‬‬ ‫‪ - Photic zone‬האזור אליו יש חדירת אור‬ ‫ ‪ - a-photic zone‬אור לא חודר לעומק של יותר מ‪300 -‬‬ ‫מטר באוקיינוסים )באיזור החופים בו יש כמות גדולה שלמרחפים במים ‪1-‬‬ ‫מטר(‬ ‫מתחת עד לעומק של ‪ 1,000‬מטרים עדיין יש חיים‬ ‫למעלה מ‪ 75% -‬ממי האוקיינוסים הם בעומק של למעלה‬ ‫מ‪ 1000 -‬מטר )עד ‪(6000‬‬ ‫התנאים במעמקי הים‬ ‫‪ .1‬מיעוט נוטריינטים‬ ‫‪ .2‬טמפרטורה נמוכה – ‪ 3 – 2‬מעלות צלזסיוס‬ ‫‪ .3‬לחץ גבוה‬ (‫מה גדל במעמקי הים? )בד"כ הטמפ' נמוכה מאד‬ Psychrophilic barotolerant Psychrophilic barophilic In terms of prokaryotes, species of the domain Bacteria tend to predominate in oceanic surface waters, whereas Archaea are more prevalent in deeper waters ‫התנאים במעמקי הים‬ ‫‪ .1‬מיעוט נוטריינטים‬ ‫‪ .2‬טמפרטורה נמוכה – ‪ 3 – 2‬מעלות צלזסיוס‬ ‫‪ .3‬לחץ גבוה‬ ‫יוצאים מן הכלל‬ ‫‪ – Hydrothermal Vent‬מוצא מעיינות חמים‬ ‫קיימים מס' בע"ח המשגשגים בעומק יחד עם מיקרואורגניזמים‬ ‫במקומות בהם יש פריצת מעיינות חמים מתוך מעמקי האוקיינוסים‬ Map of known hydrothermal vent biogeographic provinces and major mid-ocean ridges ‫‪Hydrothermal Vent‬‬ ‫•‪– Hot vent‬‬ ‫•‪black smokers‬‬ ‫‪ 270–380‬מעלות צלסיוס‬ ‫ענן שחור עשיר במינרלים‪.‬‬ ‫קצב יציאת המים ‪ 1-2‬מטרים לשניה‪.‬‬ ‫• ‪- Worm vent‬‬ ‫• מעלות צלסיוס ‪6-23‬‬ ‫• קצב יציאת המים עד ‪ 2‬ס"מ לשניה‬ ‫עומק ‪ 2,000‬מטר‬ ‫התגלו ב‪1979 -‬‬ ‫‪ 8‬שנים אחרי שנל ארמסטרונג הלך על הירח‬ ‫רק כ‪ 1%-‬נחקרו עד היום‬ ‫קירות הארובה מלאים בחיידקים היפרטרמופיליים‬ ‫אנליזה כימית של מוצא המעיינות החמים הראתה כי יש שם כמות גדולה של חומרים‬ ‫אנאורגניים מחוזרים‬ Vents communities Tube worms (2m long!!!) sometimes tubeworms provide food for other deep-sea dwellers. Fish and • crabs may nibble off the tubeworm’s red plume. Tube worms Riftia pachyptila (up to 2m long!!!) Depth 2,250, ‫ לגרם תולעת‬109*3 ‫כמות החיידקים‬