Χιλιανοί θερμοπίδακες και θερμοπηγές ως πηγή θερμοανεκτικών μικροβιακών φυτασών

Η Χιλή είναι γνωστή ως ηφαιστειακή χώρα με μια τεράστια ποικιλία από παρθένα και ακραία περιβάλλοντα. Τα ακραία περιβάλλοντα της Χιλής, όπως οι έρημοι (η έρημος Ατακάμα, το πιο ξηρό μέρος στον κόσμο), οι εκτεταμένες πεδιάδες που μοιάζουν με στέπα (Παταγονία), τα μεγάλα υψόμετρα (όρη των Άνδεων και το Αλτιπλάνο) και η πολική περιοχή (Ανταρκτική), μπορούν να φιλοξενήσουν μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών οργανισμών (έντομα, φυτά, μικροοργανισμοί κ.λπ.).

Οι αυτόχθονες οργανισμοί ακραίων περιβαλλόντων, γνωστοί και ως «Εξτραμόφιλοι», έχουν προσαρμοσθεί για να επιβιώσουν και να πολλαπλασιαστούν υπό τοπικές συνθήκες κατακερματισμού. Παρά το γεγονός ότι τα εξτρεμόφιλα έχουν ελάχιστα μελετηθεί μέχρι στιγμής, η διεθνής επιστημονική κοινότητα τα αναγνωρίζει ως μια ανεξερεύνητη πηγή νέων βιοδραστικών ενώσεων (αντιμικροβιακά, αντικαρκινικά, χρωστικές κ.λπ.) με μεγάλες βιοτεχνολογικές δυνατότητες σε διάφορους τομείς, όπως η ιατρική, η φαρμακευτική βιομηχανία, βιομηχανία τροφίμων, βιομηχανία καλλυντικών, περιβαλλοντικές επιστήμες, γεωργία κ.λπ.

Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Μικροβιακής Οικολογίας (EMAlab) από το Universidad de La Frontera (Χιλή), σε σκηνοθεσία Δρ. Milko A. Jorquera, διερεύνησε το ρόλο των γηγενών βακτηριακών κοινοτήτων στον κύκλο των θρεπτικών συστατικών στη φύση καθώς και τη γενετική και βιοχημική τους δυνατότητες για βιοτεχνολογικές εφαρμογές, κυρίως στη γεωργία. Σε ακραία περιβάλλοντα της Χιλής, μελέτες που έγιναν από το EMAlab έχουν δείξει την εμφάνιση βακτηριακών κοινοτήτων με γονίδια και ενζυμικές δραστηριότητες που εμπλέκονται στον κύκλο του οργανικού φωσφόρου (Po), όπως οι φωσφομονοεστεράσες και οι φυτάσες.

Οι φυτάσες [μυο-ινοσιτόλη(1,2,3,4,5,6)εξακισφωσφορικές φωσφοϋδρολάσες] είναι ένζυμα που χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία ζωοτροφών για τη βελτίωση της χρήσης φυτικών αλάτων, που είναι η κύρια αποθήκευση Po στη φύση και θεωρείται ως αντιθρεπτικό στον άνθρωπο και στα θηλαστικά. Ωστόσο, ο κύριος περιορισμός για την εφαρμογή φυτάσης στην επεξεργασία τροφίμων είναι η χαμηλή θερμική ανοχή τους σε όλες τις φυτάσες που έχουν χαρακτηριστεί μέχρι τώρα. Επομένως, τα ακραία, τόσο τα θερμόφιλα (ανάπτυξη στους 50-80ºC) όσο και τα υπερθερμόφιλα (αύξηση στους 80-113ºC), φαίνεται να είναι μια αξιόπιστη πηγή για την αναζήτηση θερμοανεκτικών φυτασών στη φύση.

Τα υδροθερμικά περιβάλλοντα που βρίσκονται σε ακραία περιβάλλοντα της Χιλής, όπως τα πεδία με θερμοπίδακες «Tatio» στην έρημο Atacama και οι θερμές πηγές «La Araucania» στα βουνά των Άνδεων είναι πολύ ελκυστικά παρθένα οικοσυστήματα για τους τουρίστες, αλλά οι εγγενείς μικροβιακές κοινότητες τους ως πηγή νέων βιοδραστικών ενώσεων έχουν σχεδόν εξερευνηθεί, ειδικά στην έρευνα φυτάσης. Στο πλαίσιο αυτό, το EMAlab συνεργάστηκε εντατικά με τον Δρ. Ralf Greiner από το Ομοσπονδιακό Ερευνητικό Ινστιτούτο Διατροφής και Τροφίμων Max Rubner–Institut (Γερμανία) κατά την τελευταία δεκαετία. Από το 1993, ο Δρ. Greiner και η ομάδα του έχουν επικεντρώσει τις μελέτες τους στον καθαρισμό και τον χαρακτηρισμό φυτασών και την εφαρμογή τους στην ενζυματική μείωση των φυτικών αλάτων σε φυτικά τρόφιμα, προκειμένου να μειωθεί ο υποσιτισμός σε ευάλωτες ομάδες, όπως οι γυναίκες που τεκνοποιούν. , αυστηρά χορτοφάγοι και κάτοικοι αναπτυσσόμενων χωρών.

El Tatio (22°19′ 53″ S, 68° 0′ 37″W). Πίστωση: Milko A. Jorquera

Ως αποτέλεσμα της συλλογικής μας εργασίας, πρόσφατα εξετάσαμε και χαρακτηρίσαμε βακτηριακές φυτάσες από υδροθερμικά περιβάλλοντα της Χιλής (γκέιζερ και θερμές πηγές). Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι το 60% των θερμόφιλων (60ºC) απομονώσεων εμφάνισαν δραστηριότητα φυτάσης σε εκχυλίσματα ακατέργαστων πρωτεϊνών. Ο χαρακτηρισμός της φυτάσης από δύο επιλεγμένα στελέχη (που ταυτοποιούνται ως Bacillus sp. 9B και Geobacillus sp. 15C) αποκάλυψε ότι και οι δύο απομονώσεις παράγουν φυτάσες με βέλτιστο pH στο 5,0 και βέλτιστη θερμοκρασία μεταξύ 60°C και 50°C.

Μία φυτάση έδειξε επίσης υπολειμματική δραστικότητα 46% μετά από επώαση στους 90ºC για 20 λεπτά. Έτσι, η μελέτη μας δείχνει ότι τα υδροθερμικά περιβάλλοντα της Χιλής αντιπροσωπεύουν μια ανεξερεύνητη πηγή για θερμοσταθερές μικροβιακές φυτάσες για βιοτεχνολογικές εφαρμογές, για παράδειγμα, στην επεξεργασία τροφίμων. Ωστόσο, σημαντικές προσπάθειες θα πρέπει να κατευθυνθούν προς τον καθαρισμό, τον χαρακτηρισμό και την έκφραση νέων θερμοανεκτικών φυτασών.

La Araucania (39° 44′ 5″ S, 71° 51′ 15″W). Πίστωση: Milko A. Jorquera

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο «Screening and χαρακτηρισμός φυτασών από βακτήρια που απομονώθηκαν από υδροθερμικά περιβάλλοντα της Χιλής», που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Microbial Ecology. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Milko A. Jorquera, Nitza G. Inostroza, Jacquelinne J. Acuña και Marco A. Campos από το Universidad de La Frontera και Stefanie Gabler, Daniel Menezes-Blackburn και Ralf Greiner από το Ομοσπονδιακό Ερευνητικό Ινστιτούτο Διατροφής και Food Max Rubner–Institut.