Ekstremofile to mikroorganizmy, które są wstanie przetrwać bardzo niesprzyjające warunki środowiskowe – ekstremalne temperatury, ciśnienie, pH czy wysoką toksyczność. W większości to archeony i bakterie, chociaż spotyka się wśród nich również organizmy jądrowe. Często produkują one enzymy, które podobnie jak one, są odporne na ekstremalne warunki, przez co stanowią bardzo ważne źródło biokatalizatorów, które mogą być zastosowane w celu zoptymalizowania wielu procesów biotechnologicznych. Optymalizacja taka sprawia, że produkcja może być tańsza i szybsza, a produkty mogą być lepszej jakości.

Ekstremofile można podzielić na wiele grup z racji ich zdolności do przetrwania w określonych warunkach. Do najważniejszych należą:

• Psychrofile – organizmy przystosowane do życia w temperaturze poniżej 15 stopni Celsjusza
• Termofile - organizmy przystosowane do życia w temperaturze powyżej 80 stopni Celsjusza
• Halofile - organizmy przystosowane do życia w wyjątkowo słonym środowisku
• Acydo/Alkalofile - organizmy przystosowane do życia w niskim/wysokim pH

Istnieje również wiele innych grup, których przedstawiciele są w stanie przetrwać np. wysokie stężenie cukru w środowisku (osmofile) czy skażenie radioaktywne (radiofile).

Co łączy te wszystkie organizmy? Co sprawia, że są w stanie przeżyć i rozmnażać się w warunkach zabójczych dla innych mikroorganizmów?

W wypadku organizmów termofilnych czy psychrofilnych kluczem była modyfikacja białek. I tak termofile wykształciły substancje ochraniające DNA czy uodparniające na denaturacje, tak psychrofile posiadają białka obniżające temperaturę zamarzania płynów wewnątrzkomórkowych oraz aktywny transport składników odżywczych w niskich temperaturach. Podobne cechy wykazują acydo- i alkalofile. Ich białka wykazują bardzo wysoką stabilność w określonym pH, ponadto często wytwarzają substancje skutecznie neutralizujące przestrzeń wewnątrzkomórkową.

Białka oraz ochrona DNA to jedno, co natomiast z halofilami i ciśnieniem osmotycznym? Kluczem do ich sukcesu są strategie, jakie wytworzyły na drodze ewolucji. Jedna z nich polega na wytwarzaniu tzw. osmoprotektantów, czyli substancji organicznych, które utrzymują niskie stężenie soli w cytoplazmie na drodze zmiany potencjału osmotycznego oraz na wypompowywaniu obecnej już soli z wnętrza komórki. Natomiast druga strategia – wysalanie – polega na utrzymywaniu ciśnienia osmotycznego wewnątrz komórki równemu zewnętrznemu na drodze akumulacji wysokiego stężenia chlorku potasu, a wypompowywaniu kationów sodu.

Dalsze badania oraz obserwacja rozwoju ekstremofilów mogą zaowocować odkryciem wielu substancji zdolnych do zrewolucjonizowania przemysłu biotechnologicznego. Już teraz wiele ekstremolitów – substancji syntetyzowanych przez ekstremofile – znajduje swoje zastosowanie w przemyśle biotechnologicznym, począwszy od polimeraz DNA stosowanych w technice PCR, po przeróżne proteazy czy lipazy stosowane w produkcji żywności.

Rafał Madaj