Anaerobit ( kreikaksi αν - negatiivinen hiukkanen, kreikan αέρ - " ilma " ja kreikan βιοζ - " elämä ") - organismit, jotka saavat energiaa ilman happea substraatin fosforylaatiolla , substraatin epätäydellisen hapettumisen lopputuotteet voivat hapettua saamalla enemmän energiaa ATP :n muodossa .
Anaerobit ovat laaja ryhmä organismeja, sekä mikro- että makrotasoilla:
Lisäksi anaerobisella glukoosin hapettumisella on tärkeä rooli eläinten ja ihmisten poikkijuovaisten lihasten työssä (erityisesti kudosten hypoksian tilassa ).
Termin "anaerobit" otti käyttöön Louis Pasteur , joka löysi voihappokäymisbakteerit vuonna 1861 . Anaerobinen hengitys on joukko biokemiallisia reaktioita , jotka tapahtuvat elävien organismien soluissa, kun muita aineita (esimerkiksi nitraatteja ) käytetään lopullisena elektronin vastaanottajana , ja se viittaa energian aineenvaihduntaprosesseihin ( katabolismi , dissimilaatio ), joille on tunnusomaista hiilihydraattien , lipidien ja aminohappojen hapetus pienimolekyylisiksi yhdisteiksi.
M. Clark ehdotti väliaineen potentiaalin mittaamiseen pH 2 0 - arvoa - vetykaasun osapaineen negatiivista logaritmia . Alue [0-42,6] kuvaa vesiliuoksen kaikkia kyllästymisasteita vedyllä ja hapella. Aerobit kasvavat suuremmalla potentiaalilla [14-20], fakultatiiviset anaerobit [0-20] ja pakolliset alimmalla [0-10] [2] .
Mikrobiologiassa vahvistetun luokituksen mukaan on:
Jos organismi pystyy siirtymään aineenvaihduntareitistä toiseen (anaerobisesta aerobiseen hengitykseen ja päinvastoin), sitä kutsutaan ehdollisesti fakultatiivisiksi anaerobeiksi [3] .
Vuoteen 1991 asti mikrobiologiassa erotettiin luokka kapneistisia anaerobeja , jotka vaativat alhaista happipitoisuutta ja korkeaa hiilidioksidipitoisuutta ( Brucella bovine type - B. abortus ) [2] .
Kohtalaisen tiukka anaerobinen organismi selviytyy ympäristössä, jossa on molekyylistä O 2 :ta, mutta ei lisääntyy. Mikroaerofiilit pystyvät selviytymään ja lisääntymään ympäristössä, jossa on alhainen O 2 :n osapaine .
Jos organismi ei pysty "vaihtamaan" anaerobisesta hengityksestä aerobiseen hengitykseen, mutta ei kuole molekyylihapen läsnäollessa , se kuuluu aerotoleranttien anaerobien ryhmään . Esimerkiksi maitohappo ja monet voibakteerit .
Pakolliset anaerobit kuolevat molekyylihapen O 2 läsnä ollessa - esimerkiksi suvun bakteerit ja arkkien edustajat : Bacteroides , Fusobacterium , Butyrivibrio , Methanobacterium ). Tällaiset anaerobit elävät jatkuvasti hapettomassa ympäristössä. Pakollisia anaerobeja ovat jotkin bakteerit, hiivat, siimot ja ripset .
Happirikas ympäristö on aggressiivinen orgaanisia elämänmuotoja kohtaan. Tämä johtuu reaktiivisten happilajien muodostumisesta elämän aikana tai erilaisten ionisoivan säteilyn muotojen vaikutuksesta, jotka ovat paljon myrkyllisempiä kuin molekyylihappi O 2 . Tekijä, joka määrää organismin elinkelpoisuuden happiympäristössä [4] , on toiminnallisen antioksidanttijärjestelmän läsnäolo, joka pystyy poistamaan superoksidianionin (O 2 − ), vetyperoksidin (H 2 O 2 ), singlettihapen ( 1 O 2 ) ja myös molekyylihappi (O 2 ) kehon sisäisestä ympäristöstä. Useimmiten tällaisen suojan tarjoaa yksi tai useampi entsyymi:
Aerobiset organismit sisältävät useimmiten kolme sytokromia, fakultatiiviset anaerobit - yksi tai kaksi, pakolliset anaerobit eivät sisällä sytokromeja.
Anaerobiset mikro-organismit voivat vaikuttaa aktiivisesti ympäristöön [2] luomalla ympäristöön sopivan redox-potentiaalin (esimerkiksi Clostridium perfringens ). Jotkut kylvetyt anaerobisten mikro-organismien viljelmät laskevat pH 2 0 :n ennen lisääntymisen aloittamista arvosta [20-25] arvoon [1-5] suojaten itseään pelkistävällä esteellä, toiset - aerotolerantit - tuottavat vetyperoksidia elintärkeän toimintansa aikana, mikä lisää pH 2 0 [5] .
Lisää antioksidanttisuojaa voidaan tarjota syntetisoimalla tai keräämällä alhaisen molekyylipainon antioksidantteja: C-, A-, E-vitamiini, sitruunahappo ja muut hapot.
Esimerkki organismista, joka fermentoi sokeria Entner-Doudoroff-reittiä pitkin, on pakollinen anaerobinen bakteeri Zymomonas mobilis. Sen tutkimus kuitenkin viittaa siihen, että Z. mobilis on sekundaarinen anaerobi, joka on peräisin sytokromipitoisista aerobeista. Entner-Dudoroff-reitti löydettiin myös joistakin Clostridioista, mikä jälleen kerran korostaa tähän taksonomiseen ryhmään yhdistyneiden eubakteerien heterogeenisuutta [6] .
Samaan aikaan glykolyysi on tyypillistä vain anaerobeille , jotka lopullisista reaktiotuotteista riippuen jaetaan useisiin fermentaatiotyyppeihin :
Glukoosin hajoamisen seurauksena 2 molekyyliä kuluu ja 4 ATP -molekyyliä syntetisoituu . Siten ATP:n kokonaissaanto on 2 ATP -molekyyliä ja 2 NAD·H2- molekyyliä . Reaktion aikana saatua pyruvaattia solu hyödyntää eri tavoin riippuen siitä, minkä tyyppistä fermentaatiota se seuraa.
Evoluutioprosessissa fermentatiivisen ja mätänevän mikroflooran biologinen antagonismi muodostui ja vahvistui:
Mikro-organismien aiheuttamaan hiilihydraattien hajoamiseen liittyy merkittävä elatusaineen pH :n lasku, kun taas proteiinien ja aminohappojen hajoamiseen liittyy lisääntyminen (alkalisoituminen). Jokaisen organismin sopeutuminen tiettyyn ympäristön reaktioon on tärkeässä roolissa luonnossa ja ihmisen elämässä, esimerkiksi käymisprosessien ansiosta säilörehun, fermentoitujen vihannesten ja maitotuotteiden mätäneminen estyy.
Anaerobisten organismien viljely on pääasiassa mikrobiologian tehtävä.
Tilanne on monimutkaisempi anaerobisten monisoluisten organismien viljelyssä, koska niiden viljely vaatii usein erityistä mikroflooraa sekä tiettyjä aineenvaihduntatuotteiden pitoisuuksia. Sitä käytetään esimerkiksi ihmiskehon loisten tutkimuksessa.
Anaerobien viljelyyn käytetään erityisiä menetelmiä, joiden ydin on poistaa ilma tai korvata se erikoistuneella kaasuseoksella (tai inertillä kaasulla) suljetuissa termostaateissa - anaerostaateissa [7] .
Toinen tapa kasvattaa anaerobeja (useimmiten mikro-organismeja) ravintoalustalla on pelkistävien aineiden ( glukoosi , natriummuurahaishappo, kaseiini, natriumsulfaatti, tiosulfaatti, kysteiini, natriumtioglykolaatti jne.) lisääminen, jotka sitovat anaerobeille myrkyllisiä peroksidiyhdisteitä.
Yleiselle Wilson-Blair- elatusaineelle pohja on agar-agar , jota on täydennetty glukoosilla , natriumsulfiitilla ja rautakloridilla. Klostridiat muodostavat mustia pesäkkeitä tässä väliaineessa pelkistämällä sulfiitin sulfidianioniksi , joka yhdistettynä rauta (II) kationien kanssa tuottaa mustaa suolaa. Yleensä mustia pesäkkeitä tässä alustassa ilmaantuu agarkolonnin syvyyteen [8] .
Kitta-Tarozzi- alusta koostuu liha-peptoniliemestä, 0,5 % glukoosista ja maksa- tai jauhelihapaloista hapen imemiseksi alustasta. Ennen kylvöä alustaa kuumennetaan kiehuvassa vesihauteessa 20-30 minuuttia ilman poistamiseksi alustasta. Kylvön jälkeen ravintoaine täytetään välittömästi kerroksella parafiinia tai parafiiniöljyä sen eristämiseksi hapen pääsystä.
GasPak - järjestelmä tarjoaa kemiallisesti kaasuseoksen vakion, joka on hyväksyttävä useimpien anaerobisten mikro-organismien kasvulle. Suljetussa astiassa vesi reagoi natriumboorihydridin ja natriumbikarbonaattitablettien kanssa muodostaen vetyä ja hiilidioksidia . Sitten vety reagoi kaasuseoksen hapen kanssa palladiumkatalyytillä muodostaen vettä, joka jo reagoi uudelleen boorihydridin hydrolyysin kanssa.
Brewer ja Olgaer ehdottivat tätä menetelmää vuonna 1965. Kehittäjät esittelivät kertakäyttöisen vetyä tuottavan pussin, jonka he myöhemmin päivittivät hiilidioksidia tuottaviksi pussiksi, jotka sisälsivät sisäisen katalyytin [9] [10] .
Zeissler-menetelmää käytetään itiöitä muodostavien anaeroobien puhtaiden viljelmien eristämiseen. Tätä varten siirrosta Kitt-Tarozzi-alustaan, kuumenna sitä 20 minuuttia 80 °C:ssa (kasvullisen muodon tuhoamiseksi), täytä alusta vaseliiniöljyllä ja inkuboi 24 tuntia termostaatissa. Sitten kylvetään sokeri-veri-agarille puhtaiden viljelmien saamiseksi. 24 tunnin viljelyn jälkeen kiinnostuksen kohteena olevia pesäkkeitä tutkitaan - niitä jatkoviljelään Kitt-Tarozzi-elatusaineella (seuraavasti eristetyn viljelmän puhtauden valvonnan kanssa).
Fortner-menetelmä - rokotukset tehdään petrimaljalle, jossa on sakeutettu kerros elatusainetta, joka on jaettu kahtia kapealla agariin leikatulla uralla. Toinen puolikas kylvetään aerobisten bakteerien viljelmällä, toinen puoli on ympätty anaerobisilla bakteereilla. Kupin reunat täytetään parafiinilla ja inkuboidaan termostaatissa. Aluksi havaitaan aerobisen mikroflooran kasvua, ja sitten (hapen imeytymisen jälkeen) aerobisen mikroflooran kasvu pysähtyy äkillisesti ja anaerobisen mikroflooran kasvu alkaa.
Weinbergin menetelmää käytetään obligaattisten anaerobien puhtaiden viljelmien saamiseksi. Kitta-Tarozzi-alustalla kasvatetut viljelmät siirretään sokeriliemeen. Sitten materiaali siirretään kertakäyttöisellä Pasteur-pipetillä kapeisiin putkiin (Vignal-putkiin) sokeriliha-peptoniagarilla upottamalla pipetti putken pohjaan. Inokuloidut putket jäähdytetään nopeasti, mikä mahdollistaa bakteerimateriaalin kiinnittämisen kovettuneen agarin paksuuteen. Putkia inkuboidaan termostaatissa ja sitten tutkitaan kasvaneita pesäkkeitä. Kun mielenkiinnon kohteena oleva pesäke löydetään, leikataan sen tilalle, materiaali otetaan nopeasti ja siirrostetaan Kitta-Tarozzi-elatusaineeseen (seuraavan eristetyn viljelmän puhtauden valvonnan kanssa).
Peretz-menetelmä - bakteeriviljelmä viedään sulatettuun ja jäähdytettyyn sokeri -agar-agar-agariin ja kaadetaan lasin alle, joka on asetettu korkkitikkujen (tai tulitikkujen palasten) päälle petrimaljassa . Menetelmä on kaikista vähiten luotettava, mutta se on melko yksinkertainen käyttää.
Suhiseväliaine : 1 % peptoniveteen lisää 0,5 % liuos tiettyä hiilihydraattia (glukoosi, laktoosi, maltoosi, mannitoli, sakkaroosi jne.) ja Andreden happo-emäs-indikaattoria, kaada koeputkiin, joihin asetetaan uimuri . kaasumaisia tuotteita, jotka muodostuvat hiilivetyjen hajoamisen aikana.
Resselin (Russellin) alustaa käytetään enterobakteerien (Shigella, Salmonella) biokemiallisten ominaisuuksien tutkimiseen. Sisältää ravinneagar -agaria , laktoosia, glukoosia ja indikaattoria (bromotymolininen). Väliaineen väri on ruohonvihreä. Valmistetaan yleensä 5 ml:n putkissa, joissa on viisto pinta. Kylvö suoritetaan ruiskuttamalla pilarin syvyyteen ja vedolla viistottua pintaa pitkin.
Ploskirevin elatusaine (bactoagar Zh) on differentiaalinen diagnostinen ja selektiivinen alusta, koska se estää monien mikro-organismien kasvua ja edistää patogeenisten bakteerien kasvua (lavantautien, paratyfoidin, punataudin aiheuttajat). Laktoosinegatiiviset bakteerit muodostavat värittömiä pesäkkeitä tälle alustalle, kun taas laktoosipositiiviset bakteerit muodostavat punaisia pesäkkeitä. Väliaine sisältää agaria, laktoosia, briljanttivihreää , sappisuoloja, mineraalisuoloja, indikaattoria (neutraali punainen).
Vismuttisulfiittiagar on suunniteltu eristämään salmonella puhtaassa muodossaan tartunnan saaneesta materiaalista. Sisältää tryptistä digestiota, glukoosia, salmonellan kasvutekijöitä, briljanttivihreää ja agaria. Väliaineen erilaiset ominaisuudet perustuvat Salmonellan kykyyn tuottaa rikkivetyä , niiden kestävyyteen sulfidin, briljanttivihreän ja vismuttisitraatin läsnäoloa vastaan. Pesäkkeet on merkitty mustalla vismuttisulfidilla (tekniikka on samanlainen kuin Wilson-Blairin alusta ).
Anaerobisten organismien metabolialla on useita erillisiä alaryhmiä:
Joillekin eläinten ja ihmisten kudoksille on ominaista lisääntynyt vastustuskyky hypoksialle (erityisesti lihaskudokselle ). Normaaleissa olosuhteissa ATP :n synteesi etenee aerobisesti, ja intensiivisen lihastoiminnan aikana, kun hapen toimitus lihaksiin on vaikeaa, hypoksiatilassa sekä kudosten tulehdusreaktioiden aikana hallitsevat ATP:n regeneraation anaerobiset mekanismit. Luustolihaksissa on tunnistettu 3 anaerobista ja vain yksi aerobinen ATP-regeneraatioreitti.
Anaerobinen sisältää:
On huomattava, että glykolyysin suora seuraus on kudoksen pH - asidoosin kriittinen lasku . Tämä johtaa hemoglobiinin tehokkaan hapen kuljetuksen vähenemiseen ja muodostaa positiivisen palautteen .
Jokaisella mekanismilla on oma maksimitehonpidätysaika ja optimaalinen kudosenergian syöttö. Suurin teho ja lyhin pitoaika:
| Mikrobiologia : Bakteerit | |
|---|---|
| Patogeeniset bakteerit |
|
Ihmisen mikrofloora |
|
| Substraatin spesifisyys | |
| Hengitä | |
| Genetiikka ja lisääntyminen |
|
| lepääviä muotoja |
|
| Katso myös | |