Ακραιόφιλοι οργανισμοί: ακραίοι ή όχι τελικά;

Βέβαια, είναι σημαντικό να καταλάβουμε ότι τους ονομάζουμε έτσι απλώς και μόνο επειδή οι συνθήκες διαβίωσής τους είναι άκρως ακατάλληλες για εμάς. Ενώ πρέπει να έχουμε στο μυαλό μας ότι όχι μόνο ζουν, αλλά και ακμάζουν σε αυτές τις «ακραίες» συνθήκες, έχοντας αναπτύξει ειδικές προσαρμογές.

Τέτοια παραδείγματα προσαρμογών είναι η αλλαγή στη σύσταση και στη διαπερατότητα της μεμβράνης τους, νέοι τρόποι επιδιόρθωσης του DNA και διαφορετικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πρωτεϊνών. Αναλόγως με τα περιβάλλοντα όπου ευδοκιμούν, αναπτύσσουν και διαφορετικές προσαρμογές, ενώ πολλοί ακραιόφιλοι οργανισμοί έχουν την ικανότητα διαβίωσης σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα. Γενικά οι οργανισμοί αυτοί μπορεί να είναι ανθεκτικοί σε πολύ υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες, σε ακραίες τιμές pH, σε ακραίες τιμές αλατότητας, σε πολύ υψηλές πιέσεις, αλλά και σε πολύ υψηλά επίπεδα υπεριώδους ακτινοβολίας.

Εφαρμογές των ακραιόφιλων οργανισμών στη βιομηχανία

Μετά την πανδημία, όλοι μάθαμε την έννοια του PCR τεστ. Πώς θα σας φαινόταν, λοιπόν, αν μαθαίνατε ότι το ένζυμο που πραγματοποιεί την συγκεκριμένη αντίδραση έχει απομονωθεί από θερμόφιλους οργανισμούς που ζουν σε θερμοκρασίες πολύ πάνω από τους 37°C; Γενικά, τα ένζυμα που απομονώνονται από τους ακραιόφιλους οργανισμούς είναι πρωτεϊνικές δομές εξαιρετικά σταθερές σε ακραίες θερμοκρασίες και pH, καθώς και ανθεκτικές οργανικούς διαλύτες, με αποτέλεσμα να έχουν πολλαπλές εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανίες. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρησιμοποίηση ακραιόφιλων οργανισμών και των ενζύμων τους για την παραγωγή βιοκαυσίμων, κάτι που χαρακτηρίζεται ως ένας πολύ αποτελεσματικός και βιώσιμος τρόπος για την παραγωγή ενέργειας. Ακόμη, οι ακραιόφιλοι οργανισμοί μπορούν να βοηθήσουν στην βιοαποικοδόμιση, δηλαδή τον καθαρισμό μολυσμένων περιβαλλόντων μέσω διαδικασιών που περιλαμβάνουν τον μετασχηματισμό, την αδρανοποίηση ή την αποικοδόμηση των ρύπων σε μη τοξικές ουσίες. Αν αναλογιστούμε την κλιματική κρίση και τις τρέχουσες τάσεις στην ενέργεια, η περαιτέρω χρήση ακραιόφιλων οργανισμών στη βιοαποικοδόμηση και στα βιοκαύσιμα μπορεί να βοηθήσει στη μείωση του φορτίου ρύπανσης.

Πλην όμως των ενζύμων, οι ακραιόφιλοι οργανισμοί παράγουν και χρήσιμες βιολογικά δραστικές ουσίες που υπερέχουν των αντίστοιχων συνθετικών, γιατί είναι λιγότερο τοξικές και περισσότερο βιοδιασπώμενες. Εξαιτίας αυτών των ιδιοτήτων, έχουν πολλαπλές εφαρμογές στην φαρμακοβιομηχανία, στην ιατρική, στις βιομηχανίες γεωργίας και διατροφής. Για παράδειγμα, μία μεγάλη ποικιλία βιοενεργών μεταβολιτών χρησιμοποιούνται σε δερματολογικές εφαρμογές. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η επούλωση τραυμάτων, που πιθανότατα σχετίζεται με την ικανότητα των συγκεκριμένων ουσιών να μειώνουν το οξειδωτικό στρες. Επιπλέον, λόγω της χαμηλής τοξικότητάς τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη μεταφορά φαρμάκων εντός των κυττάρων, ενώ συνδυαστικά με την συμμετοχή ορισμένων εξ αυτών στην ενίσχυση της ανοσολογικής απόκρισης, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και ως ανοσοενισχυτικά στη χορήγηση εμβολίων. Ακόμη, οι ακραιόφιλοι οργανισμοί παράγουν καροτενοειδή, τα οποία μπορούν να δράσουν ως πρόδρομες ουσίες για τη βιταμίνη Α και ως αντιοξειδωτικά, αφού μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση των βλαβών που προκαλούνται από την οξείδωση και την έκθεση των κυττάρων σε υψηλή ηλιακή ακτινοβολία. Συνεπώς, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη φαρμακοβιομηχανία, στη βιομηχανία καλλυντικών, αλλά και στην παραγωγή υφασμάτων λόγω της ικανότητάς τους να παράγουν χρώματα, όπως είναι το ανοιχτό κίτρινο και το κόκκινο.

Τι σχέση έχουν οι ακραιόφιλοι οργανισμοί και η Αστροβιολογία;

Ένα από τα βασικά υπαρξιακά ερωτήματα του ανθρώπου είναι αν υπάρχει ζωή σε άλλους πλανήτες. Αυτό ακριβώς προσπαθεί να απαντήσει η επιστήμη της Αστροβιολογίας, μελετώντας τη ζωή από τη δημιουργία της μέχρι και σήμερα. Ωστόσο, οι συνθήκες που επικρατούσαν στη Γη κατά την εμφάνιση της πρώτης μορφής ζωής πριν από περίπου 3.7-3.8 δισεκατομμύρια χρόνια, ήταν πολύ διαφορετικές σε σχέση με τις σημερινές. Σε αυτό ακριβώς το σημείο έρχονται να βοηθήσουν οι ακραιόφιλοι οργανισμοί, αφού κάποιοι εξ αυτών θα μπορούσαν να προσομοιάζουν τις πρώτες μορφές ζωής.

Πρόσφατες μελέτες διαφορετικών ακραιόφιλων οργανισμών και ακραίων περιβαλλόντων του πλανήτη μας έχουν προσφέρει την ευκαιρία για καλύτερη κατανόηση των χαρακτηριστικών των πρώτων μορφών ζωής. Ακόμη παρέχουν πληροφορίες για τα όρια της ζωής στη Γη, διευρύνοντάς τα. Βλέπουμε, επομένως, ότι ο βυθός των ωκεανών, οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες και όλα τα ακραία περιβάλλοντα που συναντάμε σε άλλους πλανήτες μπορούν να φιλοξενήσουν μορφές ζωής, απλώς διαφορετικές από αυτές που έχουμε στο μυαλό μας. Συνεπώς, τα ακραία περιβάλλοντα στη Γη μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως περιβάλλοντα προσομοίωσης για τη διερεύνηση της δυνατότητας ζωής σε άλλα πλανητικά σώματα.

Ποιο είναι, όμως, το συμπέρασμα;

Μετά από όλα αυτά μπορούμε να καταλάβουμε ότι η μελέτη των ακραιόφιλων οργανισμών έχει τεράστιες προοπτικές και ότι όσο αυξάνεται η γνώση μας γύρω από αυτούς και τη μοναδική βιοχημεία τους, τόσο περισσότερο θα αυξάνονται και οι εφαρμογές τους στη βιοτεχνολογία, στην ιατρική, στην αστροβιολογία και… Η λίστα δεν έχει τέλος!