Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с анаэробных бактерий )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Spinoloricus nov. sp. , метазоа, который метаболизируется с водородом, лишен митохондрий и вместо этого использует гидрогеносомы .

Анаэробный организм или анаэробный любое организм , который не требует кислорода для роста. Он может отрицательно отреагировать или даже умереть, если присутствует свободный кислород. Напротив, аэробный организм (аэроб) - это организм, которому требуется насыщенная кислородом среда. Анаэробы могут быть одноклеточными (например , простейшими , [1] бактерии [2] ) или многоклеточные. [3] Большинство грибов являются облигатными аэробами , которым для выживания необходим кислород, однако некоторые виды, такие как Chytridiomycota , обитающие в рубце крупного рогатого скота, являются облигатными анаэробами.; для этих видов используется анаэробное дыхание, потому что кислород нарушает их метаболизм или убивает их. Глубокие воды океана - обычная бескислородная среда. [3]

Первое наблюдение [ править ]

В своем письме Королевскому обществу от 14 июня 1680 года Антони ван Левенгукописал эксперимент, который он провел, наполнив две одинаковые стеклянные пробирки примерно наполовину измельченным перцовым порошком, в который было добавлено немного чистой дождевой воды. Ван Левенгук запечатал одну из стеклянных трубок с помощью пламени, а другую оставил открытой. Несколькими днями позже он обнаружил в открытой стеклянной трубке «множество очень маленьких животныхкуул разных видов, имеющих свое собственное движение». Не ожидая увидеть никакой жизни в запечатанной стеклянной трубке, Ван Левенгук, к своему удивлению, увидел «своего рода живые животные, которые были круглыми и крупнее, чем самые большие виды, которые, как я сказал, находились в другой воде». Условия в запаянной пробирке стали достаточно анаэробными из-за потребления кислорода аэробными микроорганизмами. [4]

В 1913 году Мартинус Бейеринк повторил эксперимент Ван Левенгука и идентифицировал Clostridium butyricum как заметную анаэробную бактерию в запечатанной жидкости из перцовой трубки для инфузии. Бейеринк прокомментировал:

Таким образом, мы приходим к замечательному выводу, что, вне всякого сомнения, Ван Левенгук в своем эксперименте с полностью закрытой пробиркой культивировал и видел настоящие анаэробные бактерии, что повторилось бы только через 200 лет, а именно около 1862 г., Пастер. То, что Левенгук за сто лет до открытия кислорода и состава воздуха не осознавал смысла своих наблюдений, понятно. Но тот факт, что в закрытой пробирке он наблюдал повышенное давление газа, вызванное ферментативными бактериями, и, кроме того, видел бактерии, в любом случае доказывает, что он не только был хорошим наблюдателем, но и смог спланировать эксперимент, из которого был сделан вывод. можно было нарисовать ». [4]

Классификация [ править ]

Аэробные и анаэробные бактерии можно идентифицировать, выращивая их в пробирках с тиогликолатным бульоном :
1. Облигатным аэробам нужен кислород, потому что они не могут ферментировать или дышать анаэробно. Они собираются в верхней части трубки, где концентрация кислорода самая высокая.
2: Облигатные анаэробы отравлены кислородом, поэтому они собираются на дне трубки, где концентрация кислорода самая низкая.
3. Факультативные анаэробы могут расти с кислородом или без него, потому что они могут метаболизировать энергию аэробно или анаэробно. Они собираются в основном наверху, потому что аэробное дыхание производит больше аденозинтрифосфата.(АТФ), чем ферментация или анаэробное дыхание.
4. Микроаэрофилы нуждаются в кислороде, потому что они не могут ферментировать или дышать анаэробно. Однако они отравлены высокой концентрацией кислорода. Они собираются в верхней части пробирки, но не в самом верху.
5. Аэротолерантные организмы не нуждаются в кислороде, поскольку они метаболизируют энергию анаэробно. Однако в отличие от облигатных анаэробов они не отравляются кислородом . Их можно найти равномерно распределенными по всей пробирке.

Для практических целей различают три категории анаэробов:

  • Облигатные анаэробы , которым вредит присутствие кислорода. [5] [6] Двумя примерами облигатных анаэробов являются Clostridium botulinum и бактерии, обитающие возле гидротермальных источников на глубоководном дне океана.
  • Аэротолерантные организмы , которые не могут использовать кислород для роста, но переносят его присутствие. [7]
  • Факультативные анаэробы , которые могут расти без кислорода, но используют кислород, если он присутствует. [7]

Однако эта классификация была подвергнута сомнению в связи с тем, что недавние исследования показали, что человеческие «облигатные анаэробы» (такие как Finegoldia magna или метаногенные археи Methanobrevibacter smithii ) можно выращивать в аэробной атмосфере, если питательная среда дополнена антиоксидантами, такими как аскорбиновая кислота. , глутатион и мочевая кислота. [8] [9] [10] [11]

Энергетический метаболизм [ править ]

Некоторые облигатные анаэробы используют брожение , другие - анаэробное дыхание . [12] Аэротолерантные организмы строго ферментируют. [13] В присутствии кислорода факультативные анаэробы используют аэробное дыхание ; без кислорода некоторые из них ферментируют; некоторые используют анаэробное дыхание. [7]

Ферментация [ править ]

Существует множество анаэробных ферментативных реакций.

Ферментативные анаэробные организмы в основном используют путь молочнокислого брожения:

C 6 H 12 O 6 + 2 АДФ + 2 фосфат → 2 молочная кислота + 2 АТФ

Энергия, выделяемая в этом уравнении, составляет приблизительно 150 кДж на моль , что сохраняется при регенерации двух АТФ из АДФ на глюкозу . Это всего лишь 5% энергии на молекулу сахара, которую генерирует типичная аэробная реакция.

Растения и грибы (например, дрожжи) обычно используют спиртовое (этанольное) брожение, когда кислород становится ограниченным:

C 6 H 12 O 6 ( глюкоза ) + 2 АДФ + 2 фосфата → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 ↑ + 2 АТФ

Выделяемая энергия составляет около 180 кДж на моль, что сохраняется при регенерации двух АТФ из АДФ на глюкозу.

Анаэробные бактерии и археи использовать эти и многие другие ферментативные пути, например, кислоты , пропионовой брожения, масляная кислота брожения, ферментации растворителя, кислоты брожения смешивают, бутандиол ферментации , Stickland ферментации , acetogenesis или Метаногенез .

Выращивание анаэробов [ править ]

Поскольку нормальное культивирование микробов происходит в атмосферном воздухе, который является аэробной средой, культивирование анаэробов представляет проблему. Поэтому микробиологи используют ряд методов при культивировании анаэробных организмов, например, обращение с бактериями в перчаточном ящике, заполненном азотом, или использование других специально запечатанных контейнеров, или таких методов, как инъекция бактерий в двудольные растения, которые это среда с ограниченным содержанием кислорода. Система GasPak представляет собой изолированный контейнер, в котором создается анаэробная среда за счет реакции воды с борогидридом натрия и таблетками бикарбоната натрия с образованием газообразного водорода и диоксида углерода. Водородзатем реагирует с газообразным кислородом на палладиевом катализаторе с образованием большего количества воды, тем самым удаляя газообразный кислород. Проблема с методом Гаспака заключается в том, что может иметь место побочная реакция, при которой бактерии могут погибнуть, поэтому следует использовать среду с тиогликолятом . Тиогликолят обеспечивает среду, имитирующую среду двудольных растений, тем самым обеспечивая не только анаэробную среду, но и все питательные вещества, необходимые для размножения бактерий. [14]

Недавно французская группа ученых доказала связь между окислительно-восстановительным потенциалом и кишечными анаэробами [15], основываясь на клинических исследованиях тяжелого острого недоедания. [16] Эти открытия привели к развитию аэробной культуры «анаэробов» путем добавления антиоксидантов в культуральную среду. [17]

Многоклеточность [ править ]

Немногие сложные [ требуется пояснение ] многоклеточные формы жизни являются анаэробными. Исключение составляют три вида анаэробных Loricifera и 10-клеточная Henneguya zschokkei . [18]

В 2010 году три вида анаэробных лорицифер были обнаружены в гиперсоленом бескислородном бассейне Л'Аталанте на дне Средиземного моря . У них отсутствуют митохондрии, которые содержат путь окислительного фосфорилирования , который у всех других животных объединяет кислород с глюкозой для выработки метаболической энергии, и поэтому они не потребляют кислород. Вместо этого эти лорициферы получают энергию из водорода с помощью гидрогеносом . [19] [3]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Upcroft P, Upcroft JA (январь 2001). «Лекарственные мишени и механизмы резистентности в России» . Clin. Microbiol. Ред . 14 (1): 150–164. DOI : 10.1128 / CMR.14.1.150-164.2001 . PMC  88967 . PMID  11148007 .
  2. Перейти ↑ Levinson, W. (2010). Обзор медицинской микробиологии и иммунологии (11-е изд.). Макгроу-Хилл. С. 91–93. ISBN 978-0-07-174268-9.
  3. ^ a b c Дановаро Р; Dell'anno A; Pusceddu A; Гамби С; и другие. (Апрель 2010 г.). «Первые метазоа, постоянно живущие в бескислородных условиях» . BMC Biology . 8 (1): 30. DOI : 10.1186 / 1741-7007-8-30 . PMC 2907586 . PMID 20370908 .  
  4. ^ a b Гест, Ховард. (2004) Открытие микроорганизмов Робертом Гуком и Антони ван Левенгук, членами Королевского общества , в: Королевское общество, май 2004 г. Том: 58 Выпуск: 2: стр. 12.
  5. Перейти ↑ Prescott LM, Harley JP, Klein DA (1996). Микробиология (3-е изд.). Wm. C. Brown Publishers. С. 130–131. ISBN 978-0-697-29390-9.
  6. ^ Брукс Ф., Carroll KC, Butel JS, Морзе SA (2007). Явец, Медицинская микробиология Мелника и Адельберга (24-е изд.). Макгроу Хилл. С. 307–312. ISBN 978-0-07-128735-7.
  7. ^ a b c Хогг, С. (2005). Основная микробиология (1-е изд.). Вайли. С. 99–100. ISBN 978-0-471-49754-7.
  8. ^ La Scola, B .; Khelaifia, S .; Lagier, J.C .; Рауль, Д. (2014). «Аэробная культура анаэробных бактерий с использованием антиоксидантов: предварительный отчет». Европейский журнал клинической микробиологии и инфекционных заболеваний . 33 (10): 1781–1783. DOI : 10.1007 / s10096-014-2137-4 . ISSN 0934-9723 . PMID 24820294 . S2CID 16682688 .   
  9. ^ Dione, N .; Khelaifia, S .; La Scola, B .; Lagier, JC; Рауль, Д. (2016). «Квазиуниверсальная среда для преодоления дихотомии аэробных / анаэробных бактериальных культур в клинической микробиологии» . Клиническая микробиология и инфекции . 22 (1): 53–58. DOI : 10.1016 / j.cmi.2015.10.032 . PMID 26577141 . 
  10. ^ Khelaifia, S .; Lagier, J.C .; Нкамга, В.Д .; Guilhot, E .; Drancourt, M .; Рауль, Д. (2016). «Аэробная культура метаногенных архей без внешнего источника водорода». Европейский журнал клинической микробиологии и инфекционных заболеваний . 35 (6): 985–991. DOI : 10.1007 / s10096-016-2627-7 . ISSN 0934-9723 . PMID 27010812 . S2CID 17258102 .   
  11. ^ Траоре, SI; Khelaifia, S .; Armstrong, N .; Lagier, JC; Рауль, Д. (2019). «Выделение и культивирование Methanobrevibacter smithii путем совместного культивирования с водородпродуцирующими бактериями на чашках с агаром» . Клиническая микробиология и инфекции . 25 (12): 1561.e1–1561.e5. DOI : 10.1016 / j.cmi.2019.04.008 . PMID 30986553 . 
  12. ^ Pommerville, Джеффри (2010). Основы микробиологии Алькамо . Jones and Bartlett Publishers. п. 177. ISBN. 9781449655822.
  13. ^ Слоним, Антоний; Поллак, Мюррей (2006). Педиатрическая реаниматология . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 130. ISBN 9780781794695.
  14. ^ "GasPak System" Архивировано 28 сентября 2009 г. на Wayback Machine . Доступ 3 мая 2008 г.
  15. ^ Миллион, Матье; Рауль, Дидье (декабрь 2018 г.). «Связь окислительно-восстановительного потенциала кишечника с микробиомом человека» . Журнал микробиома человека . 10 : 27–32. DOI : 10.1016 / j.humic.2018.07.002 .
  16. ^ Миллион, Матье; Тиджани Алоу, Марьям; Хелаифия, Сэйбер; Бачар, Дипанкар; Лагье, Жан-Кристоф; Диона, Ниохор; Брах, Сулейман; Хьюгон, Перрин; Ломбард, Винсент; Армугом, Фабрис; Фромонот, Жюльен (май 2016 г.). «Повышенный окислительно-восстановительный потенциал кишечника и истощение анаэробных и метаногенных прокариот при тяжелом остром недоедании» . Научные отчеты . 6 (1): 26051. Bibcode : 2016NatSR ... 626051M . DOI : 10.1038 / srep26051 . ISSN 2045-2322 . PMC 4869025 . PMID 27183876 .   
  17. ^ Гилхот, Элоди; Хелаифия, Сэйбер; Ла Скола, Бернар; Рауль, Дидье; Дубур, Грегори (март 2018 г.). «Методы культивирования анаэробов из образцов человека». Будущая микробиология . 13 (3): 369–381. DOI : 10,2217 / FMB-2017-0170 . ISSN 1746-0913 . PMID 29446650 .  
  18. ^ Ученые обнаружили первое животное, которому не нужен кислород для жизни
  19. ^ Обнаружены бескислородные животные - первое, новости National Geographic