Anaerobik organizma - Anaerobic organism

Spinoloricus nov. sp. hidrojenle metabolize olan bir metazoan, eksik mitokondri ve bunun yerine kullanmak hidrojenozomlar.

Bir anaerobik organizma veya anaerob herhangi biri organizma bu gerektirmez oksijen büyüme için. Serbest oksijen varsa olumsuz tepki verebilir veya hatta ölebilir. Aksine, bir aerobik organizma (aerobe) oksijenli bir ortam gerektiren bir organizmadır. Anaeroblar tek hücreli olabilir (ör. Protozoanlar,[1] bakteri[2]) veya çok hücreli.[3]Mantarların çoğu zorunludur aeroblar, hayatta kalmak için oksijene ihtiyaç duyar, ancak bazı türler Chytridiomycota sığır rumeninde bulunan zorunlu anaeroblar; Bu türler için anaerobik solunum kullanılır çünkü oksijen metabolizmalarını bozar veya onları öldürür.

İlk gözlem

14 Haziran 1680 tarihli Mektubunda Kraliyet toplumu, Antonie van Leeuwenhoek iki özdeş cam tüpü yarı yarıya ezilmiş biber tozu ile doldurarak gerçekleştirdiği bir deneyi anlattı ve buna biraz temiz yağmur suyu eklendi. Van Leeuwenhoek, cam tüplerden birini alev kullanarak kapattı ve diğer cam tüpü açık bıraktı. Birkaç gün sonra, açık cam tüpün içinde "kendi özel hareketine sahip dalgıçlar türünden çok sayıda çok küçük hayvan" keşfetti. Mühürlü cam tüpte herhangi bir hayat görmeyi beklemeyen Van Leeuwenhoek şaşkınlıkla 'diğer suda olduğunu söylediğim en büyük türden yuvarlak ve daha büyük bir tür canlı hayvan' gördü. Kapalı tüpteki koşullar, aerobik mikroorganizmalar tarafından oksijen tüketimi nedeniyle oldukça anaerobik hale geldi.[4]

1913'te Martinus Beijerinck Van Leeuwenhoek'in deneyini tekrarladı ve tanımlandı Clostridium butyricum kapalı biber infüzyon tüpü sıvısında belirgin bir anaerobik bakteri olarak. Beijerinck şu yorumu yaptı:

Böylelikle, Van Leeuwenhoek'in tamamen kapalı tüp deneyinde, sadece 200 yıl sonra, yani Pasteur tarafından yaklaşık 1862'de meydana gelen gerçek anaerobik bakteriler yetiştirdiği ve gördüğüne şüphe götürmez bir sonuca vardık. Oksijenin ve havanın bileşiminin keşfinden yüz yıl önce Leeuwenhoek'in gözlemlerinin anlamının farkında olmaması anlaşılabilir bir durumdur. Ancak kapalı tüpte fermentatif bakterilerin neden olduğu artan bir gaz basıncını gözlemlemesi ve ayrıca bakterileri görmesi, her halükarda sadece iyi bir gözlemci olmakla kalmayıp, aynı zamanda bir sonuca varılabilecek bir deney tasarlayabildiğini de kanıtlıyor. çizilebilir.' [4]

Sınıflandırma

Aerobik ve anaerobik bakteri test tüplerinde büyütülerek tanımlanabilir tiyoglikolat suyu:
1: Zorunlu aeroblar oksijene ihtiyaç duyarlar çünkü anaerobik olarak fermente edemezler veya solunum yapamazlar. Oksijen konsantrasyonunun en yüksek olduğu tüpün tepesinde toplanırlar.
2: Zorunlu anaeroblar oksijenle zehirlenir, bu nedenle oksijen konsantrasyonunun en düşük olduğu tüpün dibinde toplanırlar.
3: Fakültatif anaeroblar oksijenle veya oksijen olmadan büyüyebilirler çünkü enerjiyi aerobik veya anaerobik olarak metabolize edebilirler. Aerobik solunum daha fazla ürettiği için çoğunlukla en üstte toplanırlar. adenozin trifosfat (ATP) fermantasyon veya anaerobik solunumdan daha fazla.
4: Mikroaerofiller oksijene ihtiyaç duyarlar çünkü anaerobik olarak fermente edemezler veya solunum yapamazlar. Ancak yüksek oksijen konsantrasyonları ile zehirlenirler. Test tüpünün üst kısmında toplanırlar ama en tepesinde değiller.
5: Aerotolerant organizmalar, enerjiyi anaerobik olarak metabolize ettiklerinden oksijene ihtiyaç duymazlar. Ancak zorunlu anaerobların aksine, bunlar tarafından zehirlenmezler. oksijen. Test tüpü boyunca eşit olarak dağılmış halde bulunabilirler.

Pratik amaçlar için, üç anaerob kategorisi vardır:

  • Zorunlu anaeroblaroksijen varlığından zarar gören.[5][6] Zorunlu anaerobların iki örneği: Clostridium botulinum ve derin deniz okyanus tabanındaki hidrotermal menfezlerin yakınında yaşayan bakteriler.
  • Aerotolerant organizmalarBüyüme için oksijeni kullanamayan, ancak varlığını tolere eden.[7]
  • Fakültatif anaeroblaroksijensiz büyüyebilen, ancak varsa oksijen kullanan.[7]

Bununla birlikte, bu sınıflandırma, son araştırmaların insan "zorunlu anaerobların" (örneğin Fineglodia magna veya metanojenik arke Methanobrevibacter smithii) kültür ortamı askorbik asit, glutatyon ve ürik asit gibi antioksidanlar ile desteklenmişse aerobik atmosferde büyütülebilir.[8][9][10][11]

Enerji metabolizması

Bazı zorunlu anaeroblar mayalanma diğerleri kullanırken anaerobik solunum.[12] Aerotolerant organizmalar kesinlikle fermentatiftir.[13] Oksijen varlığında fakültatif anaeroblar kullanır aerobik solunum; oksijen olmadan bazıları fermente olur; bazıları anaerobik solunum kullanır.[7]

Fermantasyon

Birçok anaerobik fermentatif reaksiyon vardır.

Fermentatif anaerobik organizmalar çoğunlukla laktik asit fermantasyon yolunu kullanır:

C6H12Ö6 + 2 ADP + 2 fosfat → 2 laktik asit + 2 ATP

Bu denklemde açığa çıkan enerji yaklaşık 150 mol başına kJ, ADP'den iki ATP'nin yeniden oluşturulmasında korunur. glikoz. Bu, tipik aerobik reaksiyonun ürettiği şeker molekülü başına enerjinin yalnızca% 5'idir.

Bitkiler ve mantarlar (örneğin mayalar), oksijen sınırlayıcı hale geldiğinde genel olarak alkol (etanol) fermantasyonunu kullanır:

C6H12Ö6 (glikoz ) + 2 ADP + 2 fosfat → 2 C2H5OH + 2 CO2↑ + 2 ATP

Salınan enerji mol başına yaklaşık 180 kJ'dir ve bu, glikoz başına ADP'den iki ATP'nin yenilenmesinde korunur.

Anaerobik bakteriler ve Archaea bunları ve diğer birçok fermentatif yolu kullanın, örn. propiyonik asit fermantasyon, bütirik asit fermantasyon, çözücü fermantasyonu, karışık asit fermantasyonu, butandiol fermantasyonu, Stickland fermantasyonu, asetogenez veya metanojenez.

Anaerobların kültürlenmesi

Normal mikrobiyal kültür, aerobik bir ortam olan atmosferik havada gerçekleştiğinden, anaerobların kültürlenmesi bir sorun teşkil eder. Bu nedenle, mikrobiyologlar tarafından anaerobik organizmaları kültürlerken, örneğin bakterileri bir torpido nitrojen ile doldurulmuş veya diğer özel olarak kapatılmış kapların kullanılması veya bakterilerin enjekte edilmesi gibi teknikler dikot Oksijeni kısıtlı bir ortam olan bitki. GasPak Sistemi, suyun reaksiyona girmesiyle anaerobik bir ortam sağlayan izole bir kaptır. sodyum borohidrid ve sodyum bikarbonat hidrojen gazı ve karbondioksit üretmek için tabletler. Hidrojen daha sonra daha fazla su üretmek için bir paladyum katalizörü üzerinde oksijen gazı ile reaksiyona girerek oksijen gazını uzaklaştırır. Gaspak yöntemiyle ilgili sorun, bakterilerin ölebileceği yerde ters bir reaksiyonun meydana gelebilmesidir. tiyoglikolat ortamı kullanılmalıdır. Tiyoglikolat, bir dikotunkini taklit eden bir ortam sağlar, böylece yalnızca anaerobik bir ortam değil, aynı zamanda bakterilerin gelişmesi için gereken tüm besinleri de sağlar.[14]

Son zamanlarda, bir Fransız ekibi redoks ve bağırsak anaerobları arasında bir bağlantı olduğunu kanıtladı. [15] şiddetli akut yetersiz beslenme üzerine yapılan klinik çalışmalara dayanmaktadır.[16] Bu bulgular, kültür ortamına antioksidanların eklenmesiyle "anaerobların" aerobik kültürünün geliştirilmesine yol açtı.[17]

Çok hücrelilik

Birkaç karmaşık[açıklama gerekli ] çok hücreli yaşam formları anaerobiktir. İstisnalar üç anaerobik türü içerir Loricifera ve 10 hücreli Henneguya zschokkei.[18]

2010 yılında üç anaerobik loricifera türü keşfedildi. hipersalin anoksik L'Atalante havzası altında Akdeniz. Eksikler mitokondri içeren oksidatif fosforilasyon diğer tüm hayvanlarda birleşen yol oksijen ile glikoz metabolik enerji üretmek ve dolayısıyla oksijen tüketmezler. Bunun yerine bu loricifera enerjilerini hidrojen kullanma hidrojenozomlar.[19][3]

Referanslar

  1. ^ Upcroft P, Upcroft JA (Ocak 2001). "İlaç Hedefleri ve Direniş Mekanizmaları". Clin. Microbiol. Rev. 14 (1): 150–164. doi:10.1128 / CMR.14.1.150-164.2001. PMC  88967. PMID  11148007.
  2. ^ Levinson, W. (2010). Tıbbi Mikrobiyoloji ve İmmünolojinin İncelenmesi (11. baskı). McGraw-Hill. s. 91–93. ISBN  978-0-07-174268-9.
  3. ^ a b Danovaro R; Dell'anno A; Pusceddu A; Gambi C; et al. (Nisan 2010). "Sürekli anoksik koşullarda yaşayan ilk metazoa". BMC Biyoloji. 8 (1): 30. doi:10.1186/1741-7007-8-30. PMC  2907586. PMID  20370908.
  4. ^ a b Jest, Howard. (2004) Kraliyet Cemiyeti Üyeleri Robert Hooke ve Antoni van Leeuwenhoek tarafından mikroorganizmaların keşfi, içinde: 'The Royal Society, Mayıs 2004 Cilt: 58 Sayı: 2: s.12.
  5. ^ Prescott LM, Harley JP, Klein DA (1996). Mikrobiyoloji (3. baskı). Wm. C. Brown Publishers. s. 130–131. ISBN  978-0-697-29390-9.
  6. ^ Brooks GF, Carroll KC, Butel JS, Morse SA (2007). Jawetz, Melnick ve Adelberg'in Tıbbi Mikrobiyolojisi (24. baskı). McGraw Hill. s. 307–312. ISBN  978-0-07-128735-7.
  7. ^ a b c Hogg, S. (2005). Temel Mikrobiyoloji (1. baskı). Wiley. sayfa 99–100. ISBN  978-0-471-49754-7.
  8. ^ La Scola, B .; Khelaifia, S .; Lagier, J.-C .; Raoult, D. (2014). "Antioksidanlar kullanılarak anaerobik bakterilerin aerobik kültürü: bir ön rapor". Avrupa Klinik Mikrobiyoloji ve Enfeksiyon Hastalıkları Dergisi. 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, J.C .; Raoult, D. (2016). "Klinik mikrobiyolojide aerobik / anaerobik bakteri kültürü ikiliğini kırmak için yarı evrensel bir besiyeri". Klinik Mikrobiyoloji ve Enfeksiyon. 22 (1): 53–58. doi:10.1016 / j.cmi.2015.10.032. PMID  26577141.
  10. ^ Khelaifia, S .; Lagier, J.-C .; Nkamga, V. D .; Guilhot, E .; Drancourt, M .; Raoult, D. (2016). "Harici bir hidrojen kaynağı olmadan metanojenik arkelerin aerobik kültürü". Avrupa Klinik Mikrobiyoloji ve Enfeksiyon Hastalıkları Dergisi. 35 (6): 985–991. doi:10.1007 / s10096-016-2627-7. ISSN  0934-9723. PMID  27010812. S2CID  17258102.
  11. ^ Traore, S.I .; Khelaifia, S .; Armstrong, N .; Lagier, J.C .; Raoult, D. (2019). "Agar plakalarında hidrojen üreten bakteriler ile birlikte kültür yoluyla Methanobrevibacter smithii izolasyonu ve kültürü". Klinik Mikrobiyoloji ve Enfeksiyon. 25 (12): 1561.e1–1561.e5. doi:10.1016 / j.cmi.2019.04.008. PMID  30986553.
  12. ^ Pommerville Jeffrey (2010). Alcamo'nun Mikrobiyolojinin Temelleri. Jones ve Bartlett Yayıncılar. s. 177. ISBN  9781449655822.
  13. ^ Slonim, Anthony; Pollack, Murray (2006). Pediatrik Yoğun Bakım Tıbbı. Lippincott Williams ve Wilkins. s. 130. ISBN  9780781794695.
  14. ^ "GasPak Sistemi" Arşivlendi 2009-09-28 de Wayback Makinesi. 3 Mayıs 2008 erişildi.
  15. ^ Milyon, Matthieu; Raoult, Didier (Aralık 2018). "Bağırsak redoksunu insan mikrobiyomuna bağlamak". İnsan Mikrobiyom Dergisi. 10: 27–32. doi:10.1016 / j.humic.2018.07.002.
  16. ^ Milyon, Matthieu; Tidjani Alou, Maryam; Khelaifia, Sabre; Bachar, Dipankar; Lagier, Jean-Christophe; Dione, Niokhor; Brah, Souleymane; Hugon, Perrine; Lombard, Vincent; Armougom, Fabrice; Fromonot, Julien (Mayıs 2016). "Şiddetli Akut Yetersiz Beslenmede Artan Bağırsak Redoks ve Anaerobik ve Metanojenik Prokaryotların Tükenmesi". Bilimsel Raporlar. 6 (1): 26051. Bibcode:2016NatSR ... 626051M. doi:10.1038 / srep26051. ISSN  2045-2322. PMC  4869025. PMID  27183876.
  17. ^ Guilhot, Elodie; Khelaifia, Sabre; La Scola, Bernard; Raoult, Didier; Dubourg, Grégory (Mart 2018). "İnsan örneğinden anaerobları kültürleme yöntemleri". Geleceğin Mikrobiyolojisi. 13 (3): 369–381. doi:10.2217 / fmb-2017-0170. ISSN  1746-0913. PMID  29446650.
  18. ^ Bilim adamları yaşamak için oksijene ihtiyaç duymayan ilk hayvanı keşfetti
  19. ^ Oksijensiz Hayvanlar Keşfedildi - Bir İlk, National Geographic Haberleri