耐塩性

耐塩性とは、生物が成長に必要な塩濃度を超えて生存できる能力のことである。^{[ 1 ]}耐塩性種は塩水や塩分を含む土壌に生息している。^{[ 1 ]}耐塩性微生物には、細菌^{[ 2 ]}、古細菌^{[ 3 ] 、真菌[ 4 ]} が含まれる。好塩性微生物は成長に塩分を必要とする。^{[ 5 ]}耐塩性生物はある程度好塩性に分類される場合もあるが、高塩分環境を必要としないため、好塩性とは区別されることが多い。^{[ 4 ]}耐塩性微生物は、塩性生態系における役割が不明であるため、バイオテクノロジー的に非常に興味深い^{[ 6 ] 。 [ 4 ]}

耐塩性に関連する科学研究分野には、生化学、分子生物学、細胞生物学、生理学、生態学、遺伝学などがある。

微生物の耐塩性メカニズムの研究は、ますます塩分濃度が高くなる環境における生物の成長や生態系の動態に応用できる。^{[ 7 ]}耐塩性は汚染や気候変動にも応用でき、耐塩性プロセスは汚染による被害を制限するために実施できる可能性がある。^{[ 7 ]}

一部の耐塩性微生物は、光エネルギーを利用してプロトンと塩化物の勾配を生成し、それによって生体エネルギープロセスを起こすことができる。^{[ 6 ]}光変換タンパク質であるバクテリオロドプシンは、この経路を可能にし、ホログラフィー、人工網膜、ニューラルネットワーク光コンピューティング、その他の技術的手法に応用されている。^{[ 8 ]}

耐塩性微生物は、汚染された土壌や廃水中のバイオレミデターとして利用できる。 ^{[ 7 ]}特定の耐塩性微生物は、炭化水素で汚染された塩分環境でもバイオサーファクタントを生成できる^{[ 6 ]。}他の微生物は、そのような環境では生存できず、バイオサーファクタントを生成できない。耐塩性細菌は、土壌中のNa含有量とナトリウム吸収率を低下させ、有毒化合物を分解することで、塩分土壌を効果的に浄化する。^{[ 9 ]}

塩を使用する食品の発酵プロセスでは、耐塩性微生物を利用できます。ラクトバチルス・パンタラムは漬物やザワークラウトの製造に使用され、その他の耐塩性細菌は魚醤や醤油の製造に使用されます。^{[ 6 ]}

耐塩性の研究の目的には、土壌塩害の影響を受けている土地や塩水しか利用できない土地の農業生産性を向上させることが含まれます。塩分は作物の生産性と成長を制限するため、従来の農業種は、自然に耐塩性のある種からの遺伝子導入（従来の育種または遺伝子工学による）または耐塩性のメカニズムの理解に基づいて開発された処理を適用することによって、より耐塩性を高めることができます。^{[ 10 ]}

干ばつや極端な気温などの環境ストレス要因は浸透圧の変化を引き起こしたり、誘発したりする可能性があるため、耐塩性に関する知識を応用することは、水分や温度が極端な環境において重要である。^{[ 11 ]}

耐塩性生物の生物活性代謝産物は、特に肺がんや乳がんなどの癌の増殖を抑制する可能性があり、化学療法耐性や治療関連毒性への応用が期待される。^{[ 12 ]}

高塩分条件に対する耐性は、いくつかの生理学的メカニズムによって生じます。植物が生息する土壌や水中の高濃度の塩分は、イオンバランスの崩れを引き起こし、呼吸や光合成に合併症を生じさせ、成長速度の低下、重症の場合は損傷や死亡につながります。^{[ 13 ]}塩分条件に対する耐性があるとみなされるためには、プロトプラストは、塩分濃度の上昇による毒性および浸透圧効果のバランスをとる方法を示す必要があります。

耐塩性生物は、変化する高塩分ストレスに対処しなければなりません。^{[ 14 ]}高塩分環境では細胞に浸透圧ストレスとイオンストレスがかかります。^{[ 15 ]}高塩分環境では細胞内の水分が失われるため、耐塩性生物は細胞内に水分を保持し塩分を隔離するメカニズムを発達させてきました。^{[ 1 ]}耐塩性生物は、高塩分環境に耐えるために複数のメカニズムを組み合わせて利用している可能性があります。

耐塩性生物は浸透圧保護物質を生成または蓄積することで浸透圧バランスを維持します。^{[ 14 ]}このメカニズムにより、細胞は代謝細胞プロセスを阻害することなく水分吸収を維持することで、高塩分条件下でも水分を保持することができます。高塩分に応答して、適合溶質の遺伝子の転写速度が増加します。^{[ 14 ]}

多くの耐塩性生物では、細胞が高濃度の塩分を吸収して、環境よりも低い浸透圧を維持し、水分の吸収を確保します。耐塩性生物が過剰な塩分に耐えるメカニズムの一つは、塩分を液胞に隔離することです。これにより、細胞質内の塩分濃度が低く保たれ、細胞の代謝活動が継続できます。^{[ 16 ]}

一部の生物では、塩分濃度が高い環境では鞭毛関連遺伝子の発現が抑制され、運動エネルギーが浸透圧保護に利用される。^{[ 17 ]}

耐塩性の程度は、細菌の種類によって大きく異なります。^{[ 18 ]}ボツワナの大きな高塩分湖であるマカディカディ塩湖のシアノバクテリアなど、多くのシアノバクテリアは耐塩性があります。^{[ 19 ]}シアノバクテリアは生理学的に高い柔軟性を持っています。オミクスアプローチを用いたシアノバクテリアの耐塩性メカニズムに関する最近の研究は、浸透保護物質を生成するものなど、耐塩性の遺伝子ネットワークと生化学的経路を特定することを目的としています。^{[ 20 ]}

2000 年代以前は、菌類は極めて塩分濃度の高い環境には生息しないと考えられていましたが、太陽塩田で菌類が発見されたことで、この考えは否定されました。 ^{[ 21 ]}塩分濃度が高い生息地の菌類はほとんどが耐塩性で、好塩性はごくわずかです。 ^{[ 15 ]}耐塩性菌類は、太陽塩田 のような高塩分環境の群集において、比較的大きな割合を占め、かつ一定の割合で存在しています。^{[ 22 ]}よく研究されている例としては、酵母のDebaryomyces hanseniiや黒色酵母のAureobasidium pullulansおよびHortaea werneckiiがあり、これらは高塩分条件下で生育できるため、耐塩性を研究するためのモデル生物となっています。^{[ 21 ]}後者は、塩分を含まない培地だけでなく、ほぼ飽和したNaCl溶液でも生育できます。この異常に広い適応性を強調するために、一部の著者はH. werneckii を「極めて耐塩性」と表現しています。^{[ 23 ]}

真菌の耐塩性メカニズムには、細胞内イオン濃度の調節や浸透圧保護物質の蓄積による毒性や細胞代謝活動の阻害を伴わない浸透圧バランスの維持などが含まれる。^{[ 21 ]}

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