Anaerobinis organizmas: apibrėžimas, tipai, metabolizmas ir pavojai
Sužinokite apie anaerobinius organizmus: apibrėžimas, tipai (obligatiniai, fakultatyviniai, aerotolerantiniai, mikro- ir nanaerobai), metabolizmas ir žmogui pavojingi toksinai.
Anaerobinis organizmas – tai bet koks gyvas organizmas, kuriam augti arba gyventi nereikia atmosferinio deguonies. Anaerobiniai organizmai yra plačiai paplitę: juos randame dirvoje, nuotekose, žarnyne, pelkėse, giliai vandenyje ir kituose aplinkose, kur deguonies koncentracija yra labai maža arba jo nėra visai.
Tipai ir jų ypatybės
- Obligatiniai anaerobai – žūsta arba stipriai blogai auga esant atmosferos deguonies koncentracijai. Dauguma jų neturi arba turi labai neefektyvias apsaugines sistemas nuo reaktyviųjų deguonies formų (ROS).
- Fakultatyviniai anaerobai – gali gyventi tiek su deguonimi, tiek be jo. Esant deguoniui jie dažniausiai vykdo aerobinį kvėpavimą, o be deguonies pereina prie fermentacijos arba anaerobinio kvėpavimo.
- Aerotolerantiški organizmai – gali išgyventi esant deguoniui, tačiau nenaudoja jo kaip galutinio elektronų akceptoriaus; jie griežtai fermentuoja.
- Mikroaerofilai – reikalauja deguonies, bet tik mažose koncentracijose (paprastai žymiai mažesnėse už atmosferinę; pavyzdžiui, vandens sąlygose įprasta deguonies koncentracija yra ~200 µM, o mikroaerofilams reikalinga gerokai mažesnė).
- Nanaerobai – organizmai, kurie neauga esant mikromoliniam deguonies kiekiui, bet gali augti ir netgi gauti naudos iš nanomolinės deguonies koncentracijos (labai žemos O2 koncentracijos). Ši kategorija apima organizmus, pritaikytus gyventi prie labai mažų deguonies gradientų.
Metabolizmas ir energijos gavimo būdai
Obligatiniai anaerobai įsišakniję fermentacinėse ar anaerobinėse kvėpavimo grandinėse. Jie naudoja kelis pagrindinius mechanizmus energijai gauti:
- Fermentacija – organinių junginių skaidymas be išorinio elektronų akceptoriaus; galutiniai produktai gali būti rūgštys, alkoholiai, H2 ir CO2. Aerotolerantiški organizmai dažnai yra griežtai fermentaciniai.
- Anaerobinis kvėpavimas – elektronų grandinė, kur galutinis akceptorius yra kitas nei deguonis: nitratai (NO3−), sulfatės (SO4 2−), metalų jonai (pvz., Fe3+), fumaratas ar net CO2 (metanogenezėje). Tokiu būdu kai kurie anaerobai sukaupia daugiau energijos nei fermentacija.
- Metanogenezė – specializuotas procesas, kurio metu tam tikri archeonai redukuoja CO2 iki CH4 (metano) ir taip gauna energiją; tai svarbu organinių medžiagų skaidyme be deguonies.
Fakultatyviniai anaerobai prisitaiko: esant deguoniui jie vykdo aerobinį kvėpavimą, užtikrinantį didesnį ATP kiekį, o be deguonies pereina prie fermentacijos arba naudoja alternatyvius elektronų akceptorus.
Kodėl deguonis yra toksiškas kai kuriems organizmams?
Deguonis pats savaime nėra būtina žala, bet jo metabolizmo metu susidaro reaktyviosios deguonies formos (ROS) – superoksidas, vandenilio peroksidas, hidroksilradikalai. Daug organizmų apsisaugo fermentais, tokiais kaip superoksido dismutazė, katalazė ar peroksidazė. Dauguma obligatinių anaerobų šių apsauginių fermentų neturi arba turi jų mažai, todėl ROS sukelia oksidacinę žalą baltymams, lipidams ir DNR ir lemia augimo sustojimą arba mirtį.
Ekologinė reikšmė ir pritaikymas
Anaerobiniai organizmai atlieka svarbias ekologines funkcijas:
- Skaldydami organinę medžiagą anaerobinėse sąlygose jie užtikrina maistinių medžiagų sukimąsi natūroje.
- Metanogenai prisideda prie biogeninio metano susidarymo — tai svarbu pelkėse, žarnyno mikrofloroje ir anaerobinėje degradacijoje.
- Pramoninėse sąlygose anaerobiniai mikroorganizmai naudojami biogazui gaminti (anaerobinė digesija), atliekų valyme ir tam tikrose bioakiračių technologijose.
Medicininė reikšmė ir pavojai
Kai kurios anaerobinės bakterijos gali sukelti rimtus uždegimus ir gaminti toksinus. Pavyzdžiui, stabligės (Clostridium tetani) ir botulino toksinus (Clostridium botulinum) yra labai toksiški žmonėms ir gali sukelti sunkias neuromuskulines ligas. Kitos anaerobinės bakterijos dalyvauja pūlinguose procesuose (pvz., žaizdų infekcijose, nekrozėse, abscesuose) — kartais pasitaiko „dujų gangrena“ (Clostridium perfringens).
Anaerobinės infekcijos gydymas reikalauja tinkamo chirurginio gydymo (pvz., nekrotinės audinių dalies pašalinimas), antibiotikų ir kartais specifinių antitoksinų. Dėl jų jautrumo deguoniui kai kurie gydymo metodai gali derinti audinių prisotinimą deguonimi ar kitus specifiškus būdus.
Laboratorinis auginimas ir sauga
Auginant anaerobinius mikroorganizmus laboratorijoje reikia specialių sąlygų: anaerobinės kameros ar indai su redukuojančiomis sistemomis, cheminiai oksidacijos indikatoriai (pvz., resazurinas), redukuojančios terpės (pvz., tioglikolatas). Saugumo priemonės ypač svarbios dirbant su toksinų gaminančiais mikroorganizmais: adekvati sterilizacija, biologinio saugumo protokolai ir atitinkamos lygmens laboratorijos priemonės.
Pavyzdžiai
- Obligatiniai anaerobai: kai kurie Clostridium genties atstovai, Bacteroides rūšys.
- Fakultatyviniai anaerobai: Escherichia coli, Enterobacteriaceae nariai, Staphylococcus sp.
- Aerotolerantiniai: kai kurie Lactobacillus, Streptococcus sp.
- Mikroaerofilai: Helicobacter pylori, Campylobacter sp.
Apibendrinant, anaerobiniai organizmai yra įvairiapusiški ir gyvybiškai svarbūs tiek natūraliose ekosistemose, tiek pramoniniuose procesuose, tačiau kai kurie jų gali kelti rimtą pavojų žmonių sveikatai dėl toksinų gamybos ir specifinių infekcijų.
Tioglikolato sultinys yra terpė, daugiausia naudojama mikroorganizmų deguonies poreikiui nustatyti. 1: Obligatiniams aerobams reikia deguonies. Jie telkiasi mėgintuvėlio viršuje, kur jo koncentracija didžiausia. 2: Obligatinius anaerobus nuodija deguonis, todėl jie telkiasi mėgintuvėlio apačioje, kur deguonies koncentracija mažiausia. 3: fakultatyviniai anaerobai gali augti bet kurioje vamzdelio vietoje, tačiau daugiausia jų susirenka viršuje, nes su deguonimi jie turi daugiau energijos. 4: Mikroaerofilams reikia deguonies: jie negali fermentuotis ar kvėpuoti anaerobiškai. Tačiau juos nuodija didelė deguonies koncentracija. Jie telkiasi viršutinėje mėgintuvėlio dalyje, bet ne pačiame viršuje. 5: Aerotolerantiškiems organizmams deguonies nereikia, nes jie energiją perdirba anaerobiškai. Tačiau, skirtingai nei obligatiniai anaerobai, jie neapsinuodija deguonimi. Jie tolygiai pasiskirstę visame mėgintuvėlyje
Susiję puslapiai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra anaerobinis organizmas?
Atsakymas: Anaerobinis organizmas - tai bet kokia gyva būtybė, kuriai augti nereikia deguonies.
K: Kuo skiriasi obligatinis anaerobas nuo fakultatyvinio anaerobo?
A: Privalomieji anaerobai žūsta, kai jų organizme yra deguonies, o fakultatyviniai anaerobai gali naudoti deguonį, kai jo yra.
K: Kas yra aerotolerantiškas organizmas?
A: Aerotolerantiški organizmai gali išgyventi esant deguoniui, tačiau jie yra anaerobiniai, nes nenaudoja deguonies kaip galutinio elektronų akceptoriaus.
K: Kas yra mikroaerofilas?
A: Mikroaerofilai - tai organizmai, kurie gali naudoti deguonį, bet tik esant mažai jo koncentracijai (maža mikromolinė riba); jų augimą slopina normali deguonies koncentracija (apie 200 mikromolarų).
K: Kas yra nanaerobas?
A: Nanaerobai - tai organizmai, kurie negali augti esant mikromolinei deguonies koncentracijai, tačiau gali augti esant nanomolinei deguonies koncentracijai ir gauti naudos iš jos.
K: Kokiais būdais anaerobiniai organizmai gali gauti energijos?
A: Obligatiniai anaerobai gali naudoti fermentaciją arba anaerobinį kvėpavimą. Esant deguonies, fakultatyviniai anaerobai naudoja aerobinį kvėpavimą; be deguonies kai kurie iš jų fermentuojasi, kai kurie naudoja anaerobinį kvėpavimą. Aerotolerantiški organizmai yra griežtai fermentaciniai. Mikroaerofilai vykdo aerobinį kvėpavimą, o kai kurie iš jų gali vykdyti ir anaerobinį kvėpavimą.
Klausimas: Ar kai kurios anaerobinės bakterijos gamina pavojingus toksinus?
A: Taip, kai kurios anaerobinės bakterijos gamina toksinus (pvz., stabligės ar botulino toksinus), kurie yra labai pavojingi aukštesniems organizmams, įskaitant žmones.
Ieškoti