Halofilik Archaea

Doğada halofilik Archaea dağılımını belirleyen temel faktörler; total tuz konsantrasyonu, tuzların iyonik kompozisyonu ve mevcut besinlerdir. Dünya üzerinde halofilik Archaea, evaporasyon ile denizden orjinlenen ve dominant iyon kompozisyonu Na+ ve CI- olan thalassohaline ortamlarda ve oldukça farklı iyonik kompozisyona sahip athalassohaline sularda da yaĢamaktadırlar (Rodriguez-Valera et al. 1979, Rodriguez- Valera 1988, Tindall 1988, Oren 1994, Kamekura 1999, Arulazhagan and Vasudevan 2009).

Archaea domaini içindeki halofilik mikroorganizmalar 3 familyada bulunurlar: Halobacteriaceae, Methanospirillaceae, Methanosarcinaceae. Tuzlu ve aĢırı tuzlu

Ģartlara uyum sağlamıĢ organizmaları olduğu kadar halofilik olmayan organizmaları da içermektedirler. Bunlardan bazıları 300 g/l tuz konsantrasyonlarında dahi geliĢebilmektedirler. Halobacteriales takımı içindeki tek familya Halobacteriaceae tamamiyle halofillerden oluĢmuĢtur. Tüm mikroorganizmalar içinde en çok tuza ihtiyaç duyan ve tuza en toleranslı olanlar bu familya içinde yer almaktadır (Grant 1986, Ma et

al. 2010, Trigui et al. 2011).

Halofilik Archaea türlerinin çoğu içerdikleri C50 ve C40 karotenoidlerinden dolayı kırmızı tonlarındadır ve yüksek komunite yoğunluğuna ulaĢtıkları zaman nötral ve alkali aĢırı tuzlu suların kırmızı renk tonlarında görünmelerine neden olmaktadırlar

(Arahal et al. 1996, Oren and Rodriguez-Valera 2001, Oren 2002a). Asidofilik halofilik

Archaea tipleri henüz rapor edilmemiĢtir. Halofilik Archaea türlerinin pek çoğu

optimum olarak 35-50 ºC arasındaki ve bazen daha yüksek sıcaklıklarda üremektedirler (Shand and Perez 1999). Buna karĢılık su sıcaklığı +11.5 ile 0 ºC arasında değiĢmektedir (Franzmann et al. 1988). Halofilik Archaea üyeleri sulu ortamların yanı sıra tuzlu topraklardan da izole edilmiĢlerdir (Queseda et al. 1982, Kulicheuskaya et al. 1992, Zyvagintseva and Tarasov 1988). Halobacteriaceae üyeleri ayrıca, korunması için tuzlanmıĢ yiyecek, deri ve diğer ürünlerde de bulunabilmektedirler (Rodriguez- Valera 1988).

Halofilik Archaea üyeleri çok yüksek miktarda hatta bazen doygunluğa yakın miktarda tuza ihtiyaç duymaktadırlar. Üremeleri için en az 1,5 M NaCl’e ihtiyaç duymakta olup suĢların çoğunluğu 3-5 M NaCl konsantrasyonunda en iyi üreme göstemektedir (Oren 2000, Trigui et al. 2011).

Doygun tuz konsantrasyonunda (5.2 M NaCl) yaĢayan Halobacteriales ordosu üyeleri, ortamdaki yüksek ozmotik basınca karĢı koyabilmek için sitoplazmalarında baĢta K+

ve Cl- olmak üzere yüksek oranlarda iyonlar biriktirirler ("salt-in" stratejisi). 3.5 M NaCl’den daha yüksek olan hücre içi tuz konsantrasyonunun (yaklaĢık 5 M) büyük kısmını KCl ve daha az olmak üzere NaCl oluĢturmaktadır (Kushner 1985, Hough and Danson 1989, Ma et al. 2010). Halofilik Archaea üyeleri, iç ortamlarında ozmolit çözünür madde olarak dıĢ ortamdakinin 100 katı oranında KCl biriktirdikleri için, hücresel bileĢenleri de bu tuz konsantrasyonuna adapte olup proteinlerin stabilitesi ve fonksiyonu için bu tuz oranı gereklidir. Halofilik enzimler yaklaĢık 1 M’ın altındaki NaCl/KCl konsantrasyonlarında hızla denatüre olmaktadırlar. Bu nedenle halofilik

Archaea türlerinin protein yapılarında, diğer canlılara göre negatif yüklü aminoasit

oranı %20 daha fazladır. Ortamın “salting-out” etkisini kompanse etmek için polar olmayan aminoasit miktarını azaltarak adapte olmuĢlardır. (Danson and Hough 1997, Hough and Danson 1999, Sellek and Chaudhuri 1999, Kunte et al. 2001, Ma et al. 2010). Halobacterium salinarum NRC-1 proteomunun oldukça asidik karakterde

olduğu (izolektrik noktası 4.9) ve diğer canlıların proteinlerinin denatüre olduğu doygunluk derecesindeki hücre içi tuz konsantrasyonunda stabil kaldığı belirtilmiĢtir. Bazı halofilik Archaea türlerinin (Natronococcus occultus, Natronobacterium gregoryi v.b.) sitoplazmalarında yüksek tuz konsantrasyonunun yanısıra organik ozmolit çözünür madde olarak 2-sülfo trehaloz da saptanmıĢtır. Enzimatik mekanizmanın adaptasyonunda organik ozmolit biriktirilmesinin enerjetik yönden KCl’e göre ekonomik olmadığı belirtilmiĢtir. Salt-in sitoplazma stratejisiyle hücre içerisinde dıĢarıya göre daha yüksek oranda K+

biriktiren halofilik Archaea üyeleri, Na+ iyonlarını Na+/H+ antiport sistemi ile dıĢarı atmaktadırlar (Oren 1999, Oren 2000, Roeßler and Müller 2001, Oren 2002a). Potasyum ile birlikte karĢıt iyon olarak Cl-

da stoplazmada yüksek oranda bulunmaktadır ve enerji gereksinimi olan aktif Cl-

alımının büyüme ve bölünme aĢamalarında hücre hacmini arttırmaları için gerekli olduğu belirtilmiĢtir. Halofilik Archaea üyelerinde Cl- alımı ile ilgi 2 sistem tanımlanmıĢtır. Bunlardan biri ıĢıkla çalıĢan klor pompası rodopsin, diğeri ise ıĢığa bağımlı olmayan transport sistemidir (Kunte et al. 2001). Ayrıca KCl’ün Halobacterium salinarum’da DNA’da zarar oluĢturan oksidatif letal faktörlere karĢı organizmayı koruduğu da rapor edilmiĢtir (Shahmohommadi et al. 1998).

Halofilik Archaea’nın hücre Ģekli, diğer mikroorganizmalarda olduğu gibi, kendi hücre duvarları tarafından belirlenir. Halobacteriaceae familyasının türleri farklı Ģekillere sahiptirler. Çubuk (Halobacterium ve diğerleri), küre (Halococcus, Natronococcus)’ye ek olarak Haloferax gibi yassı pleomorfik türler de mevcuttur. AlıĢılmadık biçimler halofilik Archaea üyelerinin önemli bir turgor basıncına sahip olmasının eseridir. Üçgen Ģekilli (Haloarcula japonica) hücrelerin yanı sıra; ince, yassı ve kare Ģekilli Archaea mevcuttur (Oren 2002b).

Belirli halofilik Archaea türleri hücre duvarı dıĢında ayrıca polisakkarit kapsüle sahiptir. Çok miktarda ekzopolisakkarit Haloferax genusu tarafından salgılanır. Haloferax

mediterranei üzerinde yapılan ilk analizler; ekstraselüler kısmın heteropolisakkarit ve

majör komponentin mannoz olduğu olduğunu göstermiĢtir. Heteropolisakkarit yapıda glukoz, galaktoz, diğer belirlenememiĢ Ģekerler ve bunlar kadar aminoasit Ģekerler,

üronik asit de tespit edilmiĢ olup bunların sülfat bağları içerdikleri belirlenmiĢtir (Oren 2002a).

Halobacteriales’in birçok üyesi flagella yardımıyla hareket etmektedir. Halobacterial

flagella sağa dönümlü heliks yapıdadır ve sola dönümlü Bacteria’dan farklıdır. Hareketlilik en fazla Halobacterium salinarium’da çalıĢılmıĢtır. Halofilik Archaea flagellumunun saat yönündeki rotasyonu hücrenin ileri doğru ilerlemesini, saat yönüne ters yapılan rotasyonu ise geriye doğru ilerlemesini sağlar (Oren 2002b).

Halofilik Archaea’da sitoplazmik membran, lipit ve proteinlerden oluĢur.

Halobacteriales ordosu üyelerinin hücre zarlarında, gliserole eter bağlı dallanmıĢ 20-

karbonlu (fitanil) ve bazen de 25-karbonlu zincirleri bulunmaktadır. Nötral lipitlerden farklı olarak fosfolipit, sülfolipit ve glikolipitlerden oluĢan polar lipit tipleri suĢların taksonomisinde önemli bir özellik olarak kullanılmaktadır (Torreblanca et al. 1986, Kates 1993). Besinlerin ve diğer bileĢiklerin, iyonların içeri ve dıĢarı geçiĢleri, dıĢ çevreden bilgi alan sensörleri, solunum elektron transportu için gerekli olan tüm fonksiyonları içeren yapıdır. Ayrıca retinal iyon pompası bakteriyorodopsin ve halorodopsin birçok halofilik Archaea membranında bulunur (Oren 2002b).

Gaz vezikülleri protein alt ünitelerinden yapılmıĢ silindirik yapılardır. Gaz vezikül proteinleri halofilik Archaea’nın stabilizasyonu için tuza gereksinim duymayan proteinlerden biridir. Halobacteriaceae’de gaz vezikülleri basınca karĢı hassastır ve düĢük basınçta bile parçalanabilir. Gaz veziküllerine sahip olma, tuzlu su yüzeyinde yüzebilme aerobik halofilik mikroorganizmalar açısından avantajlıdır. Çünkü tuzca doymuĢ tuzlu sularda oksijen ve diğer gazların çözünürlüğü azdır (Oren 2002b).

Bazı Halobacteriaceae üyeleri çok miktarda polihidroksialkonat (PHA) polimeri üretirler. Özellikle Haloferax mediterranei ve Haloarcula marismortui PHA biriktirmektedir (Oren 2002b).

Halorubrum distributum dinlenme safhası için kalın duvarlı kist benzeri yapılar

oluĢtururlar. Yaygın kültürlerin hücre duvarı ile kistlerin hücre duvarı arasında karĢılaĢtırmalı bir bilgi yoktur. Gerçek endospor oluĢumu Archaea üyeleri için Ģu ana kadar tanımlanamamıĢtır (Oren 2002b).