Из Википедии, бесплатной энциклопедии
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. Микроаэрофилам нужен кислород, 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 поставлена ​​под сомнение тем фактом, что недавние исследования показали, что человеческие «облигатные анаэробы» (такие как Fineglodia magna или метаногенные археи Methanobrevibacter smithii ) могут выращиваться 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 ферментацию , 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, в результате которой бактерии могут погибнуть, поэтому следует использовать среду с тиогликолятом . Тиогликолят обеспечивает среду, имитирующую среду двудольных растений, 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 производства 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 тяжелой острой недостаточности питания» . 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