HALOPHILES: CLASSIFICATION, OSMOSE, APPLICATIONS, EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

Les organismes halophiles sont une catégorie de micro-organismes, à la fois procaryotes et eucaryotes, capables de se reproduire et de vivre dans des environnements à fortes concentrations de sel comme l'eau de mer et les zones arides hypersalines. Le terme halophile vient des mots grecs halos et filo, qui signifie «amoureux du sel».

Les organismes classés dans cette catégorie appartiennent également au grand groupe des organismes extrémophiles car ils prolifèrent dans des habitats extrêmement salins, où la plupart des cellules vivantes seraient incapables de survivre.

Salinas, environnements de salinité extrême où prolifèrent les cellules halophiles extrêmes. Par H. Zell, de Wikimedia Commons.

En fait, la grande majorité des cellules existantes perdent rapidement de l'eau lorsqu'elles sont exposées à des milieux riches en sel et c'est cette déshydratation qui, dans de nombreux cas, conduit rapidement à la mort.

La capacité des organismes halophiles à pouvoir vivre dans ces environnements est due au fait qu'ils peuvent équilibrer leur pression osmotique par rapport à l'environnement et maintenir leur cytoplasme isosmotique avec l'environnement extracellulaire.

Ils ont été classés en fonction de la concentration de sel, dans laquelle ils peuvent vivre dans des halophiles extrêmes, modérés, faibles et halotolérants.

Certains représentants halophiles sont l'algue verte Dunaliella salina, le crustacé du genre Artemia ou puce d'eau, et les champignons Aspergillus penicillioides et Aspergillus terreu.

Classification

Tous les organismes halophiles ne sont pas capables de proliférer dans une large gamme de concentrations de sel. Au contraire, ils diffèrent par le degré de salinité qu'ils sont capables de tolérer.

Ce niveau de tolérance, qui varie entre des concentrations très spécifiques de NaCl, a servi à les classer comme halophiles extrêmes, modérés, faibles et halotolérants.

Le groupe des halophiles extrêmes comprend tous les organismes capables de peupler des environnements où les concentrations de NaCl dépassent 20%.

Ceux-ci sont suivis par des halophiles modérés qui prolifèrent à des concentrations de NaCl comprises entre 10 et 20%; et les halophiles faibles, qui le font à des concentrations inférieures variant entre 0,5 et 10%.

Enfin les halotolerantes, sont des organismes qui ne sont capables de supporter que de faibles concentrations de sel.

Osmose et salinité

Il existe une grande variété d'halophiles procaryotes capables de résister à des concentrations élevées de NaCl.

Cette capacité à résister à des conditions de salinité qui varient de faible, mais supérieure à celles que la plupart des cellules vivantes sont capables de tolérer, à des conditions très extrêmes, a été acquise grâce au développement de stratégies multiples.

La stratégie principale ou centrale est d'éviter les conséquences d'un processus physique appelé osmose.

Ce phénomène se réfère au mouvement de l'eau à travers une membrane semi-perméable, d'un endroit avec une faible concentration de solutés à un avec une concentration plus élevée.

Par conséquent, si dans l'environnement extracellulaire (environnement où se développe un organisme) il y a des concentrations de sel supérieures à celles de son cytosol, il perdra de l'eau vers l'extérieur et il se déshydratera à mort.

Parallèlement, pour éviter cette perte d'eau, ils stockent de fortes concentrations de solutés (sels) dans leur cytoplasme afin de compenser les effets de la pression osmotique.

Stratégies adaptatives pour faire face à la salinité

Bactéries halophiles. Par Maulucioni basé sur des images de Commons, de Wikimedia Commons.

Certaines des stratégies utilisées par ces organismes sont: la synthèse d'enzymes capables de maintenir leur activité à de fortes concentrations de sel, des membranes violettes qui permettent la croissance par phototrophie, des capteurs qui régulent la réponse phototactique comme la rhodopsine et des vésicules de gaz qui favorisent leur croissance. flottation.

De plus, il faut noter que les environnements dans lesquels ces organismes se développent sont assez changeants, ce qui crée un risque pour leur survie. Par conséquent, ils développent d'autres stratégies adaptées à ces conditions.

L'un des facteurs changeants est la concentration de solutés, qui n'est pas seulement importante dans les environnements hypersalins, mais dans tout environnement où les pluies ou les températures élevées peuvent provoquer une dessiccation et par conséquent des variations d'osmolarité.

Pour faire face à ces changements, les microorganismes halophiles ont développé deux mécanismes qui leur permettent de maintenir un cytoplasme hyperosmotique. L'un d'eux appelé "salt-in" et l'autre "salt-out"

Mécanisme Salt-in

Ce mécanisme est mis en œuvre par les Archeas et les Haloanaerobiales (bactéries halophiles modérées anaérobies strictes) et consiste à élever les concentrations internes de KCl dans leur cytoplasme.

Cependant, la forte concentration de sel dans le cytoplasme les a amenés à faire des adaptations moléculaires pour le fonctionnement normal des enzymes intracellulaires.

Ces adaptations consistent essentiellement en la synthèse de protéines et d'enzymes riches en acides aminés acides et pauvres en acides aminés hydrophobes.

Une limitation de ce type de stratégie est que les organismes qui la mettent en œuvre ont une faible capacité à s'adapter aux changements soudains d'osmolarité, limitant leur croissance à des environnements avec des concentrations salines très élevées.

Mécanisme Salt-out

Ce mécanisme est utilisé à la fois par les bactéries halophiles et non halophiles, en plus des archées méthanogènes halophiles modérées.

En cela, le microorganisme halophile réalise l'équilibre osmotique à l'aide de petites molécules organiques qui peuvent être synthétisées par lui ou prélevées dans le milieu.

Ces molécules peuvent être des polyols (tels que le glycérol et l'arabinitol), des sucres tels que le saccharose, le tréhalose ou le glucosyl-glycérol ou des acides aminés et dérivés d'amines quaternaires tels que la glycine-bétaïne.

Tous ont une solubilité élevée dans l'eau, n'ont pas de charge au pH physiologique et peuvent atteindre des valeurs de concentration qui permettent à ces microorganismes de maintenir l'équilibre osmotique avec l'environnement extérieur sans affecter le fonctionnement de leurs propres enzymes.

De plus, ces molécules ont la capacité de stabiliser les protéines contre la chaleur, la dessiccation ou la congélation.

Applications

Les microorganismes halophiles sont très utiles pour obtenir des molécules à des fins biotechnologiques.

Ces bactéries ne présentent pas de difficultés majeures à être cultivées en raison des faibles besoins nutritionnels de leurs milieux. Leur tolérance à des concentrations salines élevées minimise les risques de contamination, ce qui en fait des organismes alternatifs plus avantageux que E. coli.

De plus, en combinant sa capacité de production à sa résistance aux conditions de salinité extrême, les microorganismes présentent un grand intérêt comme source de produits industriels, tant dans les domaines pharmaceutique, cosmétique que biotechnologique.

Quelques exemples:

Les enzymes

De nombreux procédés industriels sont développés dans des conditions extrêmes, ce qui offre un champ d'application pour les enzymes produites par des microorganismes extrémophiles, capables d'agir à des valeurs extrêmes de température, de pH ou de salinité. Ainsi, des amylases et des protéases, utilisées en biologie moléculaire, ont été décrites.

Polymères

De même, les bactéries halophiles sont productrices de polymères aux propriétés tensioactives et émulsifiantes d'une grande importance dans l'industrie pétrolière car elles contribuent à l'extraction du pétrole brut du sous-sol.

Solutés compatibles

Les solutés que ces bactéries accumulent dans leur cytoplasme ont un fort pouvoir stabilisant et protecteur des enzymes, des acides nucléiques, des membranes et même des cellules entières, contre la congélation, la dessiccation, la dénaturation thermique et la salinité élevée.

Tout cela a été utilisé dans la technologie enzymatique ainsi que dans l'industrie alimentaire et cosmétique pour prolonger la durée de vie des produits.

Biodégradation des déchets

Les bactéries halophiles sont capables de décomposer les résidus toxiques tels que les pesticides, les produits pharmaceutiques, les herbicides, les métaux lourds et les procédés d'extraction de pétrole et de gaz.

nourriture

Dans le domaine de l'alimentation, ils participent à la production de sauce soja.

Références

1. Dennis PP, Shimmin LC. Divergence évolutive et sélection médiée par la salinité chez les archées halophiles. Microbiol Mol Biol Rev. 1997; 61: 90-104.
2. González-Hernández JC, Peña A. Stratégies d'adaptation des micro-organismes halophiles et Debaryomyces hansenii (levure halophile). Journal latino-américain de microbiologie. 2002; 44 (3): 137-156.
3. Oren A. Aspects bionergétiques de l'halophilisme. Microbiol Mol Biol Rev. 1999; 63: 334-48.
4. Ramírez N, Sandoval AH, Serrano JA. Les bactéries halophiles et leurs applications biotechnologiques. Rev Soc Ven Microbiol. 2004; 24: 1-2.
5. Wood JM, Bremer E, Csonka LN, Krämer R, Poolman B, Van der Heide T, Smith LT. Accumulation de solutés osmosensibles et osmorégulateurs compatibles par les bactéries. Comp Biochem Physiol. 2001; 130: 437-460.