Anaerobe (fra græsk αν - negativ partikel, græsk αέρ - " luft " og græsk βιοζ - "liv") - organismer, der modtager energi i fravær af oxygenadgang ved substratphosphorylering , slutprodukterne af ufuldstændig oxidation af substratet kan oxideres med at få mere energi i form af ATP .
Anaerober er en omfattende gruppe af organismer, både mikro- og makroniveauer:
Derudover spiller anaerob glucoseoxidation en vigtig rolle i arbejdet med de tværstribede muskler hos dyr og mennesker (især i en tilstand af vævshypoksi ).
Udtrykket "anaerober" blev introduceret af Louis Pasteur , som opdagede smørsyregæringsbakterier i 1861 . Anaerob respiration er et sæt biokemiske reaktioner , der opstår i cellerne i levende organismer, når andre stoffer (for eksempel nitrater ) bruges som den endelige elektronacceptor , og refererer til energimetabolismeprocesser ( katabolisme , dissimilering ), som er karakteriseret ved oxidation af kulhydrater , lipider og aminosyrer til lavmolekylære forbindelser.
For at måle mediets potentiale foreslog M. Clark at bruge pH 2 0 værdien - den negative logaritme af brintgas partialtryk . Området [0-42,6] karakteriserer alle mætningsgrader af en vandig opløsning med brint og oxygen. Aerober vokser med et højere potentiale [14-20], fakultative anaerober [0-20] og forpligter dem ved det laveste [0-10] [2] .
I henhold til klassificeringen etableret i mikrobiologi er der:
Hvis en organisme er i stand til at skifte fra en metabolisk vej til en anden (fra anaerob til aerob respiration og omvendt), så omtales den betinget som fakultative anaerober [3] .
Indtil 1991 blev en klasse af kapneistiske anaerober kendetegnet i mikrobiologi , der krævede en lav koncentration af ilt og en høj koncentration af kuldioxid ( Brucella bovin type - B. abortus ) [2] .
En moderat streng anaerob organisme overlever i et miljø med molekylær O 2 men formerer sig ikke. Mikroaerofile er i stand til at overleve og formere sig i et miljø med et lavt partialtryk på O 2 .
Hvis en organisme ikke er i stand til at "skifte" fra anaerob til aerob respiration, men ikke dør i nærvær af molekylær oxygen , så tilhører den gruppen af aerotolerante anaerober . For eksempel mælkesyre og mange smørbakterier .
Obligate anaerober dør i nærvær af molekylær oxygen O 2 - for eksempel repræsentanter for slægten bakterier og archaea : Bacteroides , Fusobacterium , Butyrivibrio , Methanobacterium ). Sådanne anaerober lever konstant i et iltfattigt miljø. Obligate anaerober omfatter nogle bakterier, gær, flagellater og ciliater .
Et iltrigt miljø er aggressivt over for organiske livsformer. Dette skyldes dannelsen af reaktive oxygenarter i løbet af livet eller under påvirkning af forskellige former for ioniserende stråling, som er meget mere giftige end molekylær oxygen O 2 . Den faktor, der bestemmer en organismes levedygtighed i et iltmiljø [4] er tilstedeværelsen af et funktionelt antioxidantsystem , der er i stand til at eliminere: superoxidanion (O 2 − ), hydrogenperoxid (H 2 O 2 ), singlet oxygen ( 1 O ) . 2 ), og også molekylært oxygen (O 2 ) fra kroppens indre miljø. Oftest ydes en sådan beskyttelse af et eller flere enzymer:
Aerobe organismer indeholder oftest tre cytokromer, fakultative anaerober - en eller to, obligate anaerober indeholder ikke cytokromer.
Anaerobe mikroorganismer kan aktivt påvirke miljøet [2] ved at skabe et passende redoxpotentiale i miljøet (f.eks. Clostridium perfringens ). Nogle udsåede kulturer af anaerobe mikroorganismer, før de begynder at formere sig, sænker pH 2 0 fra [20-25] til [1-5], beskytter sig selv med en reduktiv barriere, andre - aerotolerante - producerer hydrogenperoxid under deres vitale aktivitet, hvilket øger pH 20 [ 5 ] .
Yderligere antioxidantbeskyttelse kan tilvejebringes ved syntese eller akkumulering af antioxidanter med lav molekylvægt: vitamin C, A, E, citronsyre og andre syrer.
Et eksempel på en organisme, der fermenterer sukker langs Entner-Doudoroff-vejen, er den obligatoriske anaerobe bakterie Zymomonas mobilis. Dets undersøgelse tyder imidlertid på, at Z. mobilis er en sekundær anaerob afledt af cytochromholdige aerober. Entner-Dudoroff-vejen blev også fundet i nogle Clostridia, hvilket endnu en gang understreger heterogeniteten af eubakterierne forenet i denne taksonomiske gruppe [6] .
Samtidig er glykolyse kun karakteristisk for anaerober , som afhængigt af de endelige reaktionsprodukter er opdelt i flere typer fermentering :
Som et resultat af nedbrydningen af glukose forbruges 2 molekyler, og 4 molekyler ATP syntetiseres . Det samlede ATP-udbytte er således 2 ATP -molekyler og 2 NAD·H2- molekyler . Pyruvatet opnået under reaktionen udnyttes af cellen på forskellige måder, afhængigt af hvilken type gæring den følger.
I evolutionsprocessen blev den biologiske antagonisme af den fermentative og forrådnende mikroflora dannet og konsolideret:
Nedbrydningen af kulhydrater af mikroorganismer ledsages af et signifikant fald i mediets pH , mens nedbrydningen af proteiner og aminosyrer ledsages af en stigning (alkalisering). Tilpasningen af hver af organismerne til en bestemt reaktion fra omgivelserne spiller en vigtig rolle i naturen og menneskelivet, for eksempel på grund af gæringsprocesser, forrådnelse af ensilage, fermenterede grøntsager og mejeriprodukter forhindres.
Dyrkning af anaerobe organismer er hovedsagelig mikrobiologiens opgave.
Situationen er mere kompliceret med dyrkning af anaerobe flercellede organismer, da deres dyrkning ofte kræver specifik mikroflora såvel som visse koncentrationer af metabolitter. Det bruges for eksempel i undersøgelsen af parasitter i den menneskelige krop.
Til dyrkning af anaerober anvendes specielle metoder, hvis essens er at fjerne luft eller erstatte den med en specialiseret gasblanding (eller inerte gasser) i forseglede termostater - anaerostater [7] .
En anden måde at dyrke anaerobe (oftest mikroorganismer) på næringsmedier er tilsætning af reducerende stoffer ( glukose , natriummyresyre, kasein, natriumsulfat, thiosulfat, cystein, natriumthioglycolat osv.), som binder peroxidforbindelser, der er giftige for anaerober.
For almindeligt Wilson-Blair- medium er basen agar-agar suppleret med glucose , natriumsulfit og ferrochlorid. Clostridia danner sorte kolonier på dette medium ved at reducere sulfit til sulfidanion , som, når det kombineres med jern(II)-kationer , giver sort salt. Som regel optræder sorte kolonidannelser på dette medium i dybden af agarsøjlen [8] .
Kitta -Tarozzi- mediet består af kød-pepton bouillon, 0,5% glukose og stykker af lever eller hakket kød til at absorbere ilt fra mediet. Før såning opvarmes mediet i et kogende vandbad i 20-30 minutter for at fjerne luft fra mediet. Efter såning fyldes næringsmediet straks med et lag paraffin eller paraffinolie for at isolere det fra iltadgang.
GasPak - systemet giver kemisk en konstant gasblanding, der er acceptabel for vækst af de fleste anaerobe mikroorganismer. I en forseglet beholder reagerer vand med natriumborhydrid- og natriumbicarbonattabletter til dannelse af brint og kuldioxid . Brinten reagerer derefter med ilten i gasblandingen på en palladiumkatalysator for at danne vand, som allerede reagerer med hydrolysen af borhydridet.
Denne metode blev foreslået af Brewer og Olgaer i 1965. Udviklerne introducerede en brintgenererende engangspose, som de senere opgraderede til carbondioxidgenererende poser indeholdende en intern katalysator [9] [10] .
Zeissler-metoden bruges til at isolere rene kulturer af sporedannende anaerober. For at gøre dette skal du inokulere på Kitt-Tarozzi-mediet, opvarme det i 20 minutter ved 80 ° C (for at ødelægge den vegetative form), fyld mediet med vaselineolie og inkuber i 24 timer i en termostat. Derefter udføres podning på sukker-blodagar for at opnå rene kulturer. Efter 24-timers dyrkning studeres kolonierne af interesse - de subkultureres på Kitt-Tarozzi-mediet (med efterfølgende kontrol af renheden af den isolerede kultur).
Fortner metode - podninger laves på en petriskål med et fortykket lag af mediet, delt i to af en smal rille skåret i agaren. Den ene halvdel er podet med en kultur af aerobe bakterier, den anden halvdel er podet med anaerobe bakterier. Kanterne af koppen fyldes med paraffin og inkuberes i en termostat. Til at begynde med observeres væksten af den aerobe mikroflora, og derefter (efter absorptionen af ilt) stopper væksten af den aerobe mikroflora brat, og væksten af den anaerobe mikroflora begynder.
Weinberg-metoden bruges til at opnå rene kulturer af obligate anaerober. Kulturer dyrket på Kitta-Tarozzi medium overføres til sukkerbouillon. Derefter overføres materialet med en engangs-pasteurpipette til smalle rør (Vignal-rør) med sukkerkød-peptonagar, hvorved pipetten nedsænkes til bunden af røret. De podede rør afkøles hurtigt, hvilket gør det muligt at fiksere bakteriematerialet i tykkelsen af den hærdede agar. Rørene inkuberes i en termostat, og derefter studeres de dyrkede kolonier. Når en koloni af interesse er fundet, laves et snit i stedet, materialet tages hurtigt og podes på Kitta-Tarozzi-mediet (med efterfølgende kontrol af renheden af den isolerede kultur).
Peretz-metoden - en bakteriekultur indføres i smeltet og afkølet sukkeragar-agar og hældes under glas placeret på korkstænger (eller fragmenter af tændstikker) i en petriskål . Metoden er den mindst pålidelige af alle, men den er ret enkel at bruge.
Hvæsende medier : Til 1% peptonvand tilsættes en 0,5% opløsning af et bestemt kulhydrat (glukose, lactose, maltose, mannitol, saccharose osv.) og Andredes syre-base indikator, hæld i reagensglas, hvori en flyder er placeret for at fange gasformige produkter, dannet under nedbrydning af kulbrinter.
Ressels (Russells) medium bruges til at studere de biokemiske egenskaber af enterobakterier (Shigella, Salmonella). Indeholder næringsagar -agar , laktose, glucose og indikator (bromthymolblå). Mediets farve er græsgrøn. Tilberedes normalt i 5 ml rør med en skrå overflade. Såning udføres ved en indsprøjtning i søjlens dybde og et slag langs den skrå overflade.
Ploskirevs medium (bactoagar Zh) er et differentialdiagnostisk og selektivt medium, da det hæmmer væksten af mange mikroorganismer og fremmer væksten af patogene bakterier (forårsager til tyfus, paratyfus, dysenteri). Laktose-negative bakterier danner farveløse kolonier på dette medium, mens laktose-positive bakterier danner røde kolonier. Mediet indeholder agar, laktose, brillant grønt , galdesalte, mineralsalte, indikator (neutral rød).
Bismuth sulfit agar er designet til at isolere salmonella i sin rene form fra inficeret materiale. Indeholder tryptisk fordøjelse, glucose, salmonella vækstfaktorer, brilliant grønt og agar. Mediets differentielle egenskaber er baseret på Salmonellas evne til at producere svovlbrinte , på deres modstand mod tilstedeværelsen af sulfid, brillant grønt og vismutcitrat. Kolonier er markeret med sort bismuthsulfid (teknikken ligner Wilson-Blair- mediet ).
Metabolismen af anaerobe organismer har flere forskellige undergrupper:
Nogle væv fra dyr og mennesker er karakteriseret ved øget modstand mod hypoxi (især muskelvæv ). Under normale forhold forløber ATP -syntese aerobt, og under intens muskelaktivitet, når ilttilførsel til musklerne er vanskelig, i en tilstand af hypoksi, såvel som under inflammatoriske reaktioner i væv, dominerer anaerobe mekanismer for ATP-regenerering. I skeletmuskler er 3 typer anaerobe og kun én aerob vej for ATP-regenerering blevet identificeret.
Anaerob inkluderer:
Det skal bemærkes, at en direkte konsekvens af glykolyse er et kritisk fald i vævs pH - acidose . Dette fører til et fald i den effektive transport af ilt med hæmoglobin og danner en positiv feedback .
Hver mekanisme har sin egen maksimale strømtilbageholdelsestid og optimal vævsenergiforsyning. Højeste effekt og korteste holdetid:
| Mikrobiologi : Bakterier | |
|---|---|
| Patogene bakterier |
|
Menneskelig mikroflora |
|
| Substratspecificitet _ | |
| Åndedrag | |
| Genetik og reproduktion | |
| hvilende former |
|
| se også | |