极端环境微生物学(类型和例子)

表的内容

什么是极端环境?

极端环境是指比人类或其他生物发展的最佳范围更恶劣的环境条件的栖息地。
极端环境具有各种不利条件，包括高温或低温、高压或低压、酸性或碱性pH。
一个地区要被认为是极端的，就必须认为环境的某些条件或方面对不同形式的生命来说是非常难以生存的。
极端环境的例子包括极地地区、沙漠、火山地区、深海海沟、外太空，以及太阳系中除地球以外的所有其他行星。
一些常见的极端环境包括碱性、酸性、极热或极冷、高盐浓度、无水或无氧的地区。

根据极端物理化学条件的不同，极端环境可分为以下几类:

极端温度:可以描述两种极端环境;冷和热。

极端寒冷的环境是指环境温度低于5°C的环境。它们可以在深海生态位、高山的山峰或极地地区找到。
极热环境的特点是环境温度高于45°C。这些环境受地温活动的影响，如大陆火山区的间歇泉和喷孔或深海喷口。

极端的pH值:极端环境也可以根据pH值分为酸性或碱性。

极端酸性环境是pH值低于5的自然栖息地。
极端碱性环境是指pH值超过9的环境。

极端的离子强度:

高盐环境是指离子浓度高于海水(大于3.5%)的环境。

极端的压力:

极端压力环境是指处于极端静水压力或岩性压力下的环境，如水深2000米以上的水生栖息地或深层次表层生态系统。

高辐射环境是指那些暴露在异常高剂量辐射下的地区，包括紫外线或伽马辐射，比如沙漠和高山之巅。

干旱的环境是干旱的栖息地，水分活动有限。寒冷和炎热的沙漠就是这些极端环境的一些例子。

极端微生物是什么?

极端微生物是具有在极端环境中生存和繁衍的能力的生物，其生理和分子适应能力不同。
这些生物在极端的生态位、冰、盐溶液以及酸性和碱性条件下茁壮成长。
有些可能生长在有毒废料、有机溶剂、重金属，或其他几种被认为不适合生命生存的栖息地。
大多数极端微生物是原核生物，很少有真核生物。这些嗜极生物是由它们能够最佳生存和繁衍的环境条件所决定的。
极端微生物可分为两类:一类是需要一种或多种极端条件才能生存的极端微生物，另一类是即使在中性条件下生长最优，也能耐受一种或多种物理参数的极端条件的极端微生物。
极端微生物包括所有三个生命领域的成员;细菌、古生菌和真核生物。
大多数极端微生物是原核生物，属于古细菌的比例很高，但一些生物可能是真核生物，如原生生物(如藻类、真菌和原生动物)和多细胞生物。
它们根据生长条件被分类为:嗜热菌和超嗜热菌(分别在高温或非常高温下生长的生物)、嗜酸菌(分别在低温下生长的生物)、嗜酸菌和嗜碱菌(分别在酸性或碱性pH值环境中生长的生物)、嗜压菌(在压力下生长最好的生物)和嗜盐菌(在NaCl环境中生长良好的生物)。

极端微生物的特点

极端微生物的特点是能够在极端环境中茁壮成长，这是由于不同形式的生理和分子适应的结果。
嗜极生物多为原核生物和单细胞真核生物。
古细菌是一类重要的微生物，由于其适应不同极端环境的能力，往往成为极端微生物。
这些生物具有广泛而多样的代谢多样性，以及在极端环境中生存的非凡生理能力。
这些适应形式是通过长期的各种进化过程发展起来的。

极端温度下微生物(嗜冷/嗜热/嗜超)

低温微生物定义和特点

嗜冷生物，字面上的意思是爱冷，是适应低温生长的生物，其最适生长温度大于15°C，最高生长温度大于20°C。
嗜冷微生物已经成功地在所有永久寒冷的环境中定居，从深海到山区和极地地区。
由于地球生物圈80%以上的温度永久低于5°C，适合嗜冷动物生存的环境广泛存在，其中包括海水、永久冻土、冰川、南极岩石、雪地和极地冰盖。
其中一些微生物，根据它们的最佳生长温度，也被称为耐冷菌或嗜冷菌。
嗜冷菌已经成功地克服了低温生长过程中出现的两个主要挑战:第一，低温，因为温度的任何指数级下降都会影响生化反应的速度;第二，水环境的粘度。
原核嗜冷菌对氧的需求和耐受性各不相同，包括(严格)好氧、(严格)厌氧和兼性物种。
除了极端的寒冷外，许多嗜冷菌还能忍受或在某些情况下需要其他极端的环境条件来生长和生存。
例如，深海嗜冷菌可能需要高压才能生长，因此成为嗜冷菌。

嗜冷者适应模式

一个蛋白质。

嗜冷菌产生蛋白质和酶，在低温下发挥最佳作用。
我们观察到，一般的冷活性酶具有较多的α-螺旋结构和较少的β-片二级结构。
因为这些β-薄片倾向于形成更坚硬的结构，冷活性酶的α-螺旋含量使蛋白质在低温下具有更大的灵活性。
嗜冷菌还能产生防冻蛋白，这种蛋白能够通过一个大的互补表面与冰晶结合，从而产生热滞后，降低生物体生长的温度。
另一种增加蛋白质弹性的机制是通过减少形成多个氢键和盐桥的精氨酸和脯氨酸的产量，从而降低构象弹性。

b。膜

嗜冷菌的细胞质膜含有较多的不饱和脂肪酸，有助于维持膜的半流体状态。
进一步提高膜流动性的方法包括增加大脂质头群、蛋白质和非极性类胡萝卜素的含量。
一些嗜冷菌的脂质中还含有多不饱和脂肪酸和具有多个双键的长链碳氢化合物，增加了脂膜的流动性。

c。基因组结构

嗜冷菌的基因组结构包含明显的高G+C基因组区域，主要编码信息蛋白，如tRNAs，延伸因子和RNA聚合酶。
此外，嗜冷微生物的基因组存在高度冗余，编码多种tRNA物种，用于所有氨基酸的生物合成，并增加了伴侣的种类和数量。

低温微生物的例子

一些常见的嗜冷者的例子包括Psychrobacter的成员Halomonas种，嗜冷种的假单胞菌而且Alteromonassps,生丝单胞菌属spp,Sphingomonasspp,Chryseobacteriumgreenlandensis，Desulfotalea psychrophila, arcticus，等。

喜温的定义和特点

嗜热生物(字面意思是热爱好者)是指生长在维持大多数生命形式的温度(25-40°C)以上的生物。通常，嗜热菌在45°C以上的温度下生长速度最快。
有很多极端温度环境的例子。高温环境包括陆地和海底环境。
世界各地不同的生境都适合嗜热菌的生长。它们的范围可以从地表开始土壤堆肥桩。
嗜热菌通常出现在热喷口、温泉和沸腾蒸汽喷口等区域。
嗜热菌又分为不同的组;兼性嗜热菌和专性嗜热菌。
兼性嗜热菌可以在高温和中等温度下茁壮成长，而专性嗜热菌则需要高温来生长。
就像嗜冷菌一样，嗜热菌也有不同的生理和分子适应能力，使它们能够在通常会使蛋白质、细胞膜和遗传物质变性的温度下生存。

嗜热适应模式

一个蛋白质。

这些微生物中的酶和其他蛋白质比中嗜热微生物中的更稳定。
可以看出，在酶的一个或几个位置上的关键氨基酸取代使它们能够以与热稳定性一致的方式折叠。
此外，某些溶质如磷酸二肌醇和单甘油酯的大量产生有助于稳定蛋白质，防止热降解。

b。细胞膜

除了酶和细胞的其他成分外，嗜热菌的细胞质膜也需要保持稳定。
嗜热菌通常含有丰富的脂质饱和脂肪酸，从而使细胞膜在高温下保持稳定和功能。
饱和脂肪酸比不饱和脂肪酸形成更强的疏水环境，这也增加了膜的稳定性。

c。核酸

嗜热菌含有特殊的DNA结合蛋白，可以将DNA排列成更耐融化的球状颗粒。
此外，在所有嗜热菌中普遍存在的另一个因素是，存在一种独特的DNA旋回酶，它在DNA中引入正超螺旋，提供相当大的热稳定性。

喜温的例子

一些常见的嗜热生物的例子包括嗜热甲烷菌，wolfei甲烷菌，热自养甲烷菌，深巨藻，酸土阿里环杆菌，a.acidocaidarius等。

超嗜热菌定义和特点

超嗜热菌是能够在极高温度(80°C以上)下生存和生长的生物。
低温嗜热菌是一种比其他嗜热菌更能忍受高温的嗜热菌。
超嗜热菌生长的最适温度为80°C，但在100°C以上也能存活。
大多数超嗜热菌能够承受其他极端条件，如更高的pH值和更高的压力。
大多数嗜热生物都存在于温泉和沸腾的蒸汽喷口，在那里，即使是中等嗜热生物也无法生存或繁衍。
嗜热菌大多属于古细菌群，很少有细菌种类。

超嗜热适应模式

一个蛋白质。

嗜热古菌在其嗜热适应过程中利用基于结构的物理机制来增加其蛋白质的热稳定性。
由于结构中盐桥(在氨基酸残基之间架起电荷的阳离子)数量的增加，在超嗜热菌中蛋白质和酶的稳定性得到改善。
此外，各种氨基酸正负电荷之间离子键数目的增加也使蛋白质稳定。
增加的离子键会在蛋白质内部形成密集的高度疏水结构，从而防止蛋白质在高温下展开。
一些超热稳定蛋白甚至采用一种替代的、基于序列的热稳定机制。

膜b。

大多数嗜热古菌的膜中不含任何脂肪酸;相反，它们有带有碳氢链分支的脂质。
这些链由五碳化合物异戊二烯的重复单元组成，通过醚键相互结合。
醚键是更稳定的键，这反过来，稳定膜对热破碎，分支降低膜流动性。
膜的整体结构形成了一个脂质单层，它比中温生物的脂质双层更耐热。

c。基因转移

DNA转移是一些极端嗜热生物在极端高温下生存的关键部分。
基因水平转移发生在高温或紫外线辐射存在的物种之间。
其他过程，如同源重组发生在一些超温古菌，以修复受损的DNA。

超嗜热菌的例子

一些常见的极端嗜热生物的例子是乌氏热变形菌、海葡萄球菌、深海焦球菌、狂热热球菌、丁酸热球菌、woesei原球菌、brockii焦球菌、occultum焦球菌等。

极端pH条件下的微生物(嗜酸/嗜碱)

嗜酸细胞定义和特点

嗜酸菌是能够在高酸性条件下(通常pH为2.0)生存和繁衍的生物。
嗜酸微生物在极低pH值的自然环境和人为环境中繁殖，如酸性湖泊、一些热液系统、酸性硫酸盐土壤、硫化物风化层和矿石，以及金属和煤矿影响的环境。
高酸性环境是由金属和其他硫化物矿物的氧化形成的，这些矿物由一系列嗜酸和耐酸的原核生物和真核生物构成。
异养、嗜酸细菌，往往生活在密切联系的化能石养初级生产者，也已从极端酸性环境隔离。
最广泛研究的嗜酸生物是氧化还原铁和硫的原核生物。它们能催化黄铁矿等金属硫化物的氧化溶解₂)，从而严重酸化它们生长的环境(通常pH值低于3)。
有几种天然酸性环境，包括火山地区、热液源、深海喷口、金属矿区和动物的胃。
嗜酸生物属于这三个生命领域;古细菌、细菌和真细菌，但古细菌代表了最大的嗜酸生物群。
在生理上，嗜酸生物非常多样化:好氧和兼性厌氧、化能无机养生物，以及不同类型的异养原核生物、光自养真核生物、掠食性原生动物等。

嗜酸适应模式

一个膜。

嗜酸菌维持细胞内pH值的适应性之一是细胞膜的不渗透性，这限制了质子进入细胞质。
在嗜酸古菌中，细胞膜中存在的四乙醚脂类与耐酸pH之间有很强的联系。
减少膜通道的孔径被认为是维持pH平衡以阻止质子进入细胞的另一种机制。
另一种成功的改性方法是加入占膜脂肪酸50%以上的长链二羧酸。
这些特殊的机制阻止质子进入细胞和膜的酸水解。

细胞质b。

嗜酸菌通过不同的机制从细胞质中去除多余的质子来维持pH的稳态。
例如细菌芽孢杆菌acidocaldarius而且t . acidophilum能够主动从细胞质中泵出质子来维持pH的稳态，这个过程与呼吸链有关。
此外，大量的质子驱动的二级转运体也作为在低pH环境中生存的一种适应。
嗜酸菌细胞质的缓冲能力也是嗜酸菌生理适应的重要手段。
细胞中含有缓冲分子，其中含有碱性氨基酸，如赖氨酸、组氨酸和精氨酸，这些分子有助于质子的去除。

c。有机酸

有机酸如乙酸或乳酸在低pH值下通过质子化形式扩散到细胞中作为呼吸链的解偶联剂。
因此，异养嗜酸菌可以利用降解这些有机酸来防止它们的有害影响。

嗜酸细胞的例子

一些嗜酸生物的例子包括乳酸杆菌，硫杆菌、嗜酸芽孢杆菌、嗜酸热原体、嗜酸微球菌、嗜酸铁原体、嗜酸硫杆菌、钩端螺旋体、酸杆菌m。Sulfobacillus等。

Alkaliphile定义和特点

嗜碱菌是一类能在pH值极高(9-13)、最适pH为10的环境中生存和繁衍的极端微生物。
嗜碱分子有两种类型;专性亲碱菌只生长在pH高于9的环境中，兼性亲碱菌可以在中性pH和碱性条件下生存。
到目前为止，大多数被描述为生长在碱性条件下的生物是原核生物，包括一组不同种类的真细菌和一些古细菌的例子。
嗜碱菌可以从“正常”环境中分离出来，例如花园土壤，这可能是因为生物活动在这样的环境中产生了短暂的碱性条件。
嗜碱生物被认为是地球上最早的生命形式，起源于数十亿年前的深海碱性热液喷口系统。
嗜碱菌在地球上的许多地理位置茁壮成长，包括在自然的和人为的碱性环境中，如碱性苏打湖、苏打沙漠和盐碱土壤。
其他碱性生物活跃的自然栖息地包括碱性蛇形湖、海洋体、伊凯特凝灰岩柱和碱性热液喷口。

嗜碱适应模式

答:pH稳态

细胞内pH平衡是所有嗜碱菌共有的重要适应，因为所有嗜碱菌保持的细胞质pH低于其外部环境。
在pH平衡中发挥重要作用的一些最重要的适应机制是获得H⁺从细胞外环境，减少H⁺从细胞质中泄漏，产生有机酸，并阻止OH的扩散^{- - - - - -}来自细胞外环境。
交换细胞内阳离子的一价阳离子或质子反转运体，如钠离子⁺和李⁺细胞外H⁺是增加H⁺细胞质中的浓度。
在不具有ATP酶活性的情况下，亲碱菌的ATP合酶对pH的内稳态也有显著的贡献，因此，在运输链中阻止质子从膜中释放出来。

b。酸生产

嗜碱菌通过糖发酵和氨基酸脱氨酶产生代谢酸。
酸的产生主要通过增加细胞质H来促进pH的平衡⁺浓度。
此外，产酸除防止细胞质碱化外，还可增加H⁺在牢房附近。

c。细胞信封

嗜碱菌的细胞壁由富含负电荷残基的次级细胞壁聚合物组成，如天冬氨酸、半乳糖醛酸、谷氨酸和磷酸。
高负电荷的细胞壁结构与阳离子相互作用，如H⁺可以延缓H的快速丢失⁺从细胞表面，增强嗜碱菌的生物能量学。
嗜碱菌的细胞膜由大约90%的支链脂肪酸组成，这些支链脂肪酸通过减少H来帮助pH平衡⁺泄漏。

d.损坏修复系统

嗜碱生物也通过不同的损伤修复系统来维持必要的功能性生物分子水平，修复细胞质碱化引起的损伤。
伴侣蛋白水平的增加和蛋白质损伤修复酶的释放是一些研究良好的机制。
已知伴侣蛋白参与重新折叠的蛋白质展开的压力，从而增加耐受性水平。

Alkaliphile例子

一些嗜碱分子的例子包括嗜碱芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌，卤代芽孢杆菌，盐杆菌，矛盾梭菌，潘氏卤单胞菌，嗜碱热液芽孢杆菌等。

极低湿度/水活性微生物(嗜旱菌)

嗜旱菌的定义和特征

嗜旱菌是一组极端微生物，能够在低可用水或低水活度的环境中生存。
一般来说，嗜旱生物能够在低温条件下生长_w值低于耐干性微生物(a_w低于0.8)。
有两种主要的环境为最喜干的生物提供栖息地，即通过某种形式的脱水或有机溶质促进的a的降低来保存食物_w和盐湖，低a_w值是无机离子的结果。
在可利用的水很少的环境中，生物必须吸收和保持足够的水来对抗极端的浓度梯度，以支持细胞过程。
嗜旱生物属于不同的生物群体，属于不同的类型。嗜旱真菌是一大类嗜旱生物。
像植物这样能够在低水分条件下生存的真核生物，也被称为旱生植物，也是嗜旱生物。
嗜旱菌与嗜盐菌关系密切，因为嗜盐环境往往具有较低的水活度。
尽管水在生物的许多生物分子过程中是至关重要的，但嗜旱菌有复杂的手段在低水活度条件下生存。

适应模式

一个休眠。

原核生物对低水分条件最常见的反应之一是可逆的休眠。
这些生物体以孢子的形式处于暂时的休眠状态，从而减少代谢活动，并在适当的条件下恢复正常代谢。
孢子的形成和代谢活动的减少为许多微生物以及较大的真核生物提供了长时间的生存。

b.胞外多糖与生物膜形成

各种嗜干生物形成生物膜，因为它允许生物在低水分的环境中生存。
这些生物膜由微生物聚集体和由这些生物产生的胞外多糖组成。
生物膜中的胞外多糖是亲水的，这有助于快速的吸水速率和光合活性的恢复。
生物膜的形成也减少了对大量水的需求，因为它们占用更少的空间和代谢活动更少。

c。细胞膜

嗜干生物的细胞膜往往有一个增加的脂肪酸比例，这创造了一个更紧密的脂质包装，以保护膜在干燥。
膜中环丙烷脂肪酸含量的增加也降低了膜对质子的通透性，从而有助于平衡细胞内pH。
嗜旱微生物通过增加带负电荷的磷脂的浓度来适应较低的水活度，从而促进膜双层结构完整性的保存。

d。蛋白质

在旱生植物的情况下，产生了一系列抵消低水分活度影响的蛋白质。
这些蛋白质富含甘氨酸，具有高度疏水的主链，在干燥条件下转变为有序结构，防止变性。
嗜旱蓝藻编码脱水过程中各种休克反应基因，这些基因在脱水过程中调节水的利用。

Xerophile例子

一些常见的嗜旱者的例子是青霉曲霉、蜡样芽孢、耐辐射球菌、盐生蚜虫、鱼腥菌、缓生根瘤菌、酵母等。

极端盐度下的微生物(嗜盐菌)

嗜盐菌的定义和特征

嗜盐菌是一种需要高盐浓度才能生存和生长的极端微生物。
嗜盐菌有两种类型;专性嗜盐菌需要3%或以上的NaCl浓度，耐盐菌在平均盐浓度和更高的盐浓度下都能存活。
嗜盐微生物是高盐生态系统的天然微生物群落，广泛分布于世界各地。
嗜盐微生物的一般特征是营养需求低，耐高浓度盐，有能力平衡环境渗透压。
嗜盐菌的需盐量分为三类;低(1-3%)、中等(3-15%)和极端(15-30%)。
盐的需求量取决于温度、pH值和生长介质等因素。
它们在生理上是多样化的;主要是有氧和厌氧、异养、光养和化学自养。
在生态学上，嗜盐微生物栖息在盐度高于海水的不同生态系统中，从高盐土壤、泉水、盐湖、sabkhas到海洋沉积物。
这些生物存在于所有三个生命领域，即古生菌、细菌和真核生物。
嗜盐细菌在特定的系统发育亚群中较为丰富，大部分属于变形菌科(Proteobacteria)中的Halomonadaceae。

嗜盐菌的适应模式

为了避免高盐条件下过多的水分流失，嗜盐菌采用了两种不同的策略来增加其细胞质与外部环境的渗透活性，要么产生兼容的有机溶质，要么在其细胞质中积累大量的盐浓度，以达到细胞内整体盐浓度与环境相关的平衡状态。

a.高盐策略

高盐策略是另一种适应技术，保护嗜盐菌免受盐环境的影响，在这种环境中，它们在细胞内积累无机离子，以平衡环境中的盐浓度。
这个过程涉及氯^{- - - - - -}只存在于运输氯的嗜盐菌中^{- - - - - -}从环境进入细胞质。
精氨酸和赖氨酸位于通道两端以促进Cl的生成^{- - - - - -}吸收和释放。
极端嗜盐菌通过浓缩钾维持渗透平衡⁺细胞内的离子。
这是通过膜结合的质子泵细菌紫质、ATP合酶和钠的联合作用实现的⁺产生驱动钾吸收的电势的反向转运体⁺进入细胞。

b.有机盐浸策略

高盐策略可能不适合在盐度波动的生境中茁壮成长的中度嗜盐菌的生存。
溶质在策略包括惰性的演化，相容的有机溶质(渗透溶质)在嗜盐菌。
这些渗透性物质保护微生物蛋白在低盐浓度的水中不变性，同时增强它们对外部盐水环境剧烈波动的耐受性。

酶c。

高盐环境实质上影响蛋白质的溶解性和稳定性，从而影响其功能。
通过调节其净电荷，可以避免因脱水而破坏内部微生物蛋白的不利相互作用。
嗜盐菌的蛋白质和酶在其表面有较大比例的谷氨酸和天冬氨酸，导致大量的蛋白质电荷和增加的疏水性。
这两种机制都是嗜盐酶分子晕适应的一种形式。
嗜盐酶由于其多嗜盐特性，比非嗜盐酶更稳定。
这些酶在高盐环境中保持活性，耐热，亲碱。

喜盐生物的例子

以下是一些常见的嗜盐生物的需盐量:

略嗜盐的:Erwinia，湖南芽孢杆菌，zhaodong单胞菌，thalassium碱性杆菌等。
中度嗜盐的:海水螺旋杆菌，sediminis盐杆菌，salicampi盐杆菌，鱼肠杆菌，Idiomarina aquatica等。
极端的数据:盐生球菌，盐生菌，嗜盐Limimonas halophilia，泡菜Lentibacillus kimchii，盐生芽孢盐生菌等。

极端糖浓度下的微生物(嗜渗透菌)

渗透性的定义和特征

嗜渗透菌是一组适应在高渗透压环境中生存的生物，如高糖浓度。
嗜渗生物与嗜盐生物相似，也与嗜旱生物相似，因为它们都有能力在低水活度的环境中生存。
嗜渗透菌主要存在于高蔗糖含量的食物和高渗透压的环境中。
真菌是最常见的一种嗜渗透生物。然而，古细菌和细菌群的生物也是重要的亲渗透生物。
世界各地都有嗜锇生物，特别是在食物来源等含糖量高的地区。
适应外部渗透压波动的能力以及发展特定的机制来实现这种适应是细胞生存的基础。
大多数细胞在细胞质中保持着高于周围环境渗透压的渗透压，从而产生一种向外的压力，即膨胀，这种压力的维持对细胞分裂和生长至关重要。
环境渗透压的任何变化都可能触发水通过细胞质膜的通量。因此，嗜渗透生物发展出不同的机制来克服渗透不平衡。

渗透适应模式

一。Osmoprotectatnts

嗜渗透菌产生不同的渗透保护剂，如酒精和氨基酸，以防止细胞内渗透压的变化。
这些溶质增加细胞内的渗透压，以平衡外界环境对细胞的膨胀压力。

酶b。

在渗透菌中的蛋白质和酶有更多的蛋白质电荷和疏水性，保护它们免受细胞质中溶质组成的变化。
通过调节其净电荷，可以避免因脱水而破坏内部微生物蛋白的不利相互作用。

Osmophile例子

一些常见的渗透性例子包括Zygosaccharomyces, Torula, schizoscharomyces octosprus等。

极压微生物(嗜压菌/嗜压菌)

亲压电剂的定义和特征

嗜压菌被定义为在比大气压力更大的压力下生长和茁壮成长的生物。
“piezophile”这个词被用来代替“barophile”，因为“piezo”在希腊语中是压力的意思。
嗜碱性细菌已经从世界各地的各种深海环境中分离出来，并在低温和高压下快速生长。
生活在深海中的细菌显示出一些不同寻常的特征，这些特征使它们能够在极端的环境中茁壮成长。
大多数嗜冷生物倾向于嗜冷，因此不能在20°C以上的温度下培养。
类似地，许多嗜嗜细菌倾向于专性嗜嗜细菌，很少有古菌作为中度嗜嗜细菌。
人们已经看到，在2°C的最大繁殖速率所需的压力可能反映了隔离物的真实栖息地深度。
高压影响微生物的生存，它影响细胞膜结构和细胞的功能。
深海环境中的高压和低温降低了脂类的流动性，甚至抑制了生物膜的功能。

适应模式

一个膜。

高压可能会导致凝胶状膜的形成，从而降低营养物质的吸收和加工。
嗜压菌会增加脂质中不饱和脂肪酸的含量，而增加脂肪酸不饱和程度可以使膜在高压、低温或两者兼有的情况下保持功能性液晶状态。
减少的流动性给膜一个明确的结构，支持细胞的正常功能。

b。蛋白质

适合嗜压菌的高压条件导致抑制其功能的蛋白质的构象变化。
为了防止这种变化，嗜碱性蛋白通常具有较低浓度的脯氨酸残基和较高浓度的甘氨酸残基。
脯氨酸残基具有破坏α -螺旋的环状侧链，而甘氨酸残基具有较小的侧链，具有较高的构象灵活性。
增加的灵活性可以防止α螺旋的破坏，并保护这些蛋白质的功能。

Piezophile例子

一些常见的嗜碱性微生物的例子是底泽希瓦氏菌、亚氏桑氏菌、紫泽希瓦氏菌、深光细菌、日本桑氏菌、孢子菌spp等等。

岩石中的微生物(endoolith /Hypolith)

Endolith定义和特点

Endolith是一种生物，在世界各地的各种不适宜居住的环境中生存，尤其是在岩石、动物壳、珊瑚礁和土壤中的沙粒中。
内生岩在多孔和半透明的岩石和矿物下面和之间栖息。
岩石孔隙为微生物的定植提供了间隙，而半透明使光合作用得以发生。
尽管它们有限的水资源、寒冷的温度、强风以及太阳辐射输入的巨大变化，寒冷的沙漠仍然孕育着石器时代内的微生物。
微生物生命可以茁壮成长，在南极地区，人们对石器时代内的微生物群落进行了深入的研究，该地区的特点是极端的气候条件，低湿度和降水使其实际上不适合生物生存。
在陆地系统中，这些微环境通常提供保护，免受强烈的太阳辐射和干燥，以及营养物质、水分和来自矿物质的基质的来源。
在海洋系统中，石器时代内的群落同样开发了多岩石的海底，但也居住在石灰岩和大量海洋动物的矿化骨骼中。
除了耐受干燥条件和极端温度外，生活在这种干旱条件下的微生物还受到高盐浓度的渗透胁迫。
由于很少有水分通过孔隙渗透到岩石中，由内石器时代微生物殖民的砂岩的含水量为重量的0.1-0.2%。

适应模式

一个代谢活动。

内生岩能够“开关”它们的代谢活动，以响应环境条件的快速变化。
在寒冷的地区，生物在不破坏细胞结构的“冻干”状态下是不活跃的。
随着温度的升高，少量的水可以维持足够的湿度来进行代谢活动。

b。生物膜的形成

各种嗜干生物形成生物膜，因为它允许生物在低水分的环境中生存。
这些生物膜由微生物聚集体和由这些生物产生的胞外多糖组成。
生物膜中的胞外多糖是亲水的，这有助于快速的吸水速率和光合活性的恢复。

c。风化过程

地衣和藻类是这种环境中的先驱物种，在这种环境中，各种酶的释放导致岩石颗粒的降解。
随着风化过程的继续，该地区的有机物增加，所以新的微生物群可以在这样的气候下茁壮成长。

Endolith例子

内含岩的一些例子包括lepttolyngbya, Helicobacter recurvirostre, Gloeocapsa sanguine, acomyyochloris, chrroococccidiopsis, Anabaena, spirrirestis rafaensis等。

Hypolith定义和特点

地下生物是生活在岩石底部或岩石-土壤界面的生物或生物群落。
地底微生物是一种存在于炎热干旱气候下的光合微生物，通常存在于岩石和土壤的交界面。
出现在这一地区的微生物群落被称为低虫群。
存在于岩石下的微生物受到保护，免受太阳和风的强烈辐射。
这些岩石甚至可以留住水分，供这些微生物利用。
在土壤和岩石中发现了不同形式的矿物，比如石英，它们也支持着不同形式的生命。
然而，有不同的压力，包括低水活度和急剧的温度变化，这限制了这些栖息地的生物多样性。
亚底虫最常见的栖息地包括沙漠和极地地区，这些地区的气候变化相当剧烈，迅速干旱和水合作用。

Hypolith适应模式

一个生物膜。

岩石表面微生物生存的最成功的方法之一是产生外多糖，使微生物聚集在一起形成生物膜。
生物膜有助于保持水分，也减少这些生物的代谢活动，这有助于保存能量和营养。
生物膜还能保护低虫免受有害辐射和这种栖息地的极端高温条件的伤害。

b。休眠阶段

在水活度低的情况下，一些亚底虫以孢子的形式进入休眠阶段，帮助保存表面的营养物质和水分。
当气候和环境中的营养成分变得充足时，休眠阶段就会转变成活跃的形式。
孢子的形成和代谢活动的减少为许多微生物以及较大的真核生物提供了长时间的生存。

Hypolith例子

伪君子的一些常见例子包括念珠菌，Bryum, Hennediella, Stichococcus mirabilis, ichthyosporeaceae等。

重金属中的微生物(耐金属)

耐金属的定义和特征

耐金属微生物是能够耐受高浓度溶解重金属并解毒的微生物。
微生物利用金属作为生物分子的结构成分，作为可逆氧化/还原反应的辅助因子，以及在能量守恒过程中作为电子转移链的辅助因子。
然而，如果金属在细胞内的浓度过高，它们就会变得有毒。
大多数耐金属微生物往往是嗜酸的，因为这些微生物的生理活动使它们能够耐受高金属浓度。
由于许多金属在酸性pH下更容易溶解，嗜酸菌通常暴露在高浓度的金属中，其存活数量比嗜中性微生物高出1000倍。
耐金属微生物属于所有研究的细菌群，主要是好氧和兼氧化学异养微生物。
未经处理的工业和城市废物污染的土壤和水以及含有高浓度金属的自然环境样本是耐金属微生物的重要栖息地。
这些生物有不同的机制来支持它们在非常高的金属浓度下生存。

耐金属适应方式

一个膜。

耐金属微生物的细胞膜上装有各种通道，阻止金属离子进入细胞质。
一种称为金属吸附的过程在耐金属微生物中很常见，其中金属离子与膜结合但不能进入细胞。
此外，不同的运输通道都有铁离子摄取调控器，调控大量铁离子进入细胞。

b。矿化

把有机化合物转化成无机形式以便它们能被排出细胞外的过程称为矿化。
这一过程在许多金属耐受性中是常见的，它们有不同的酶催化矿化过程。
在这些生物中，还研究了通过酶促氧化和还原将有毒金属转化为低毒性金属的其他代谢过程。

Metallotolerant例子

一些常见的耐金属物种包括枯草芽孢杆菌，巨型芽孢杆菌，嗜酸氧化亚铁硫杆菌，嗜酸caldus硫杆菌，白喉棒状杆菌，红色嗜酸菌，多疱嗜酸菌等。

极端辐射中的微生物(嗜辐射菌)

亲辐射物的定义和特征

嗜辐射生物是一组能够在电离辐射(伽马射线)和紫外线辐射等极端形式的辐射中生存的极端微生物。
对嗜辐射生物的研究相当有限，因为它们与其他行星的外太空等极端环境隔离开来。
这些生物多样性较低，均属于古菌科和细菌科。
嗜辐射者可以是耐辐射的，也可以是耐辐射的。耐辐射微生物可以在一段时间内承受有害辐射，而耐辐射微生物可以承受更长的时间。
辐射对中性粒细胞是有害的，因为辐射会破坏各种重要的生物分子，如DNA、蛋白质和酶，导致电离。
非电离辐射反过来会导致活性氧的形成，比如超氧化物，进而影响这些细胞的新陈代谢。
辐射爱好者对电离辐射和非电离辐射的适应机制可能不同。

适应模式

一个电离辐射。

电离辐射是造成生物基因组双链断裂的主要原因。
然而，它也被证明会破坏蛋白质和脂质，并诱导持续的氧化应激。
因此，耐电离辐射的生物已经发展出了所有的，或者是不同策略的组合，比如新的和适应性的DNA修复机制，抗氧化和酶防御系统，以及浓缩的类核。
在嗜辐射生物中，通过核苷酸切除修复途径实现电离辐射的存活，基因组的快速和准确修复是必不可少的。
其他形式的氧化应激预防和耐受机制包括通过氧化大分子的消除来清除细胞，选择性保护蛋白质免受氧化损伤，以及抑制活性氧的产生。
浓缩的类核也被证明可以提高DNA修复的效率和准确性，并限制辐射产生的DNA片段的扩散。

b。非电离辐射

与伽马辐射不同，紫外线辐射通过形成环丁烯嘧啶二聚体以更微妙的方式损害DNA。
为了修复这些DNA损伤，生物使用光活化基因、核苷酸切除修复、基底切除修复和同源重组的组合。
这些生物还开发了一套光保护装置，以保护自己免受持续暴露在紫外线辐射下。
类胡萝卜素、超氧化物歧化酶和氢过氧化物以及通过多倍体的基因复制过程作为光保护装置。
减少联嘧啶序列数量的生物的基因组组成也提供了防止暴露的保护。

Radiophile例子

一些常见的嗜辐射者的例子是耐辐射球菌，布莱单胞菌，红球菌，卤单胞菌，Herbaspirillum，膜杆菌，红杆菌等。

极端微生物的应用

嗜极胞酶已成为研究极端条件下酶进化、酶稳定性、活性、机制、蛋白质结构、功能和生物催化剂的模型系统。
嗜热菌已产生稳定的α-淀粉酶用于淀粉水解，氧合酶用于纸张漂白，蛋白酶用于酿造和洗涤剂的目的。
碱性活性蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、甘露聚糖酶、脂肪酶等用于重型洗衣和洗碗机洗涤剂的配方，因为它们能有效地去除污渍，并允许有效的低温(30-40°C)洗涤。
一些嗜酸微生物不仅可以减少矿山废水污染，还可以通过选择性生物矿化从酸性废水中回收金属。
外向酶，比如Taq聚合酶水生栖热菌是聚合酶链反应的理想选择，因为它减少了在反应过程中添加额外的聚合酶的需要。
用于各种极端微生物的纤维素已被用于果汁的处理、洗涤剂的增色，以及处理含有纤维素的生物质和作物，以提高其消化率和营养质量。
同样，嗜盐菌也被开发为药用胡萝卜素、相容溶质、甘油和表面活性剂的潜在来源。
一些极端微生物也可能包含大量的新型治疗药物，例如铁结合的抗真菌化合物，从嗜盐菌中分离的pychelin假单胞菌．
一种来自嗜热物种的耐热型葡萄糖激酶，芽孢杆菌stereothermphiolus，可作为葡萄糖传感器用于快速葡萄糖测定。
碱性活性酶在纺织和纤维加工中有重要的应用，如棉纤维划痕和纤维脱胶等。
亲碱分子及其酶在各种合成反应中都有尝试，其中以多肽合成反应最为重要。
关于极端生态系统的微生物组成和生物地球化学循环的信息也有助于理解全球变化、生物面临的威胁和机遇。
从极端微生物中提取的酶也可以用于生物修复过程，如有毒的废水和空气，从污水和工业中去除金属废物。
不同的嗜压酶用于不同压力条件下的产品生产和灭菌。

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