stringtranslate.com

Факультативный анаэробный организм

Аэробные и анаэробные бактерии можно идентифицировать, выращивая их в пробирках с тиогликолятным бульоном :
1: Облигатным аэробам нужен кислород, потому что они не могут бродить или дышать анаэробно . Они собираются в верхней части пробирки, где концентрация кислорода самая высокая.
2: Облигатные анаэробы отравляются кислородом, поэтому они собираются в нижней части пробирки, где концентрация кислорода самая низкая.
3: Факультативные анаэробы могут расти как с кислородом, так и без него, потому что они могут метаболизировать энергию аэробно или анаэробно. Они собираются в основном наверху, потому что аэробное дыхание генерирует больше АТФ, чем брожение.
4: Микроаэрофилам нужен кислород, потому что они не могут бродить или дышать анаэробно. Однако они отравляются высокими концентрациями кислорода. Они собираются в верхней части пробирки, но не в самом верху.
5: Аэротолерантным анаэробам не нужен кислород, поскольку они используют брожение для производства АТФ. В отличие от облигатных анаэробов, они не отравляются кислородом. Их можно обнаружить равномерно распределенными по всей пробирке.

Факультативный анаэробный организм — это организм , который производит АТФ путем аэробного дыхания при наличии кислорода , но способен переключаться на брожение при отсутствии кислорода. [1] [2]

Некоторые примеры факультативно анаэробных бактерий: Staphylococcus spp. , [3] Escherichia coli , Salmonella , Listeria spp., [4] Shewanella oneidensis и Yersinia pestis . Некоторые эукариоты также являются факультативными анаэробами, включая грибы, такие как Saccharomyces cerevisiae [5], и многие водные беспозвоночные, такие как нереиды полихеты . [6]

Было замечено, что у мутантов Salmonella typhimurium , которые подверглись мутациям, чтобы стать либо облигатными аэробами, либо анаэробами, были различные уровни белков ремоделирования хроматина. Позднее было обнаружено, что облигатные аэробы имеют дефектный ген субъединицы ДНК-гиразы A ( gyrA ), в то время как облигатные анаэробы были дефектны в топоизомеразе I ( topI ). Это указывает на то, что топоизомераза I и связанная с ней релаксация хромосомной ДНК необходимы для транскрипции генов, необходимых для аэробного роста, в то время как для ДНК-гиразы верно обратное. [7] Кроме того, в Escherichia coli K-12 было отмечено, что фосфофруктокиназа (PFK) существует в виде димера в аэробных условиях и в виде тетрамера в анаэробных условиях. Учитывая роль ПФК в гликолизе, это имеет значение для влияния кислорода на метаболизм глюкозы E. coli K-12 в связи с механизмом эффекта Пастера . [8] [9]

Может существовать основная сеть факторов транскрипции (TF), которая включает основные чувствительные к кислороду ArcA и FNR, контролирующие адаптацию Escherichia coli к изменениям доступности кислорода. Активность этих двух регуляторов указывает на пространственные эффекты, которые могут влиять на экспрессию генов в микроаэробном диапазоне. Также было замечено, что эти чувствительные к кислороду белки защищены в цитоплазме потребителями кислорода в клеточной мембране, известными как терминальные оксидазы. [10]

Функции

Факультативные анаэробы способны расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода из-за экспрессии как аэробных, так и анаэробных дыхательных цепей, использующих либо кислород, либо альтернативный акцептор электронов. [11] Например, при отсутствии кислорода E. coli может использовать фумарат , нитрат , нитрит , диметилсульфоксид или оксид триметиламина в качестве акцептора электронов. [11] Эта гибкость позволяет факультативным анаэробам выживать в ряде сред, а также в средах с часто меняющимися условиями. [1]

Несколько видов простейших используют факультативный анаэробный метаболизм для повышения выработки АТФ, а некоторые могут производить дигидроген посредством этого процесса. [12]

Как возбудители болезней

Поскольку факультативные анаэробы могут расти как в присутствии, так и в отсутствии кислорода, они могут выживать во многих различных средах, легко адаптироваться к изменяющимся условиям и, таким образом, иметь селективное преимущество перед другими бактериями. В результате большинство опасных для жизни патогенов являются факультативными анаэробами. [1]

Способность факультативных анаэробных патогенов выживать без кислорода важна, поскольку показано, что их инфекция снижает уровень кислорода в тканях кишечника хозяина. [13] Более того, способность факультативных анаэробов ограничивать уровень кислорода в местах заражения полезна для них и других бактерий, поскольку дикислород может образовывать активные формы кислорода (ROS). Эти виды токсичны для бактерий и могут повреждать их ДНК, среди других компонентов. [1]

Примеры патогенных факультативных анаэробов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Андре, Антонин К.; Дебанд, Лорин; Мартейн, Бенуа С. (август 2021 г.). «Селективное преимущество факультативных анаэробов основано на их уникальной способности справляться с изменением уровня кислорода во время инфекции». Клеточная микробиология . 23 (8): e13338. doi : 10.1111/cmi.13338 . ISSN  1462-5814. PMID  33813807. S2CID  233027658.
  2. ^ Мюллер, Фолькер (19 апреля 2001 г.). «Бактериальная ферментация». ЭЛС . doi : 10.1038/npg.els.0001415. ISBN 9780470016176.
  3. ^ Райан К.Дж.; Рэй К.Г., ред. (2004). Sherris Medical Microbiology (4-е изд.). McGraw Hill. стр. 261–271, 273–296. ISBN 0-8385-8529-9.
  4. ^ Синглтон П. (1999). Бактерии в биологии, биотехнологии и медицине (5-е изд.). Wiley. С. 444–454. ISBN 0-471-98880-4.
  5. ^ Carlile MJ, Watkinson SC, Gooday GW (2001). The Fungi (2-е изд.). Academic Press. стр. 85–105. ISBN 0-12-738446-4.
  6. ^ Schöttler, U. (30 ноября 1979 г.). «Об анаэробном метаболизме трех видов Nereis (Annelida)» (PDF) . Серия «Прогресс морской экологии» . 1 : 249–54. Bibcode :1979MEPS....1..249S. doi : 10.3354/meps001249 . ISSN  1616-1599 . Получено 14 февраля 2010 г. .
  7. ^ Ямамото, Н. и Дроффнер, М. Л. (1985). Механизмы, определяющие аэробный или анаэробный рост факультативного анаэроба Salmonella typhimurium. Труды Национальной академии наук , 82 (7), 2077-2081. https://doi.org/10.1073/pnas.82.7.2077
  8. ^ Доэль, HW (1974). Димерная и тетрамерная фосфофруктокиназа и эффект Пастера в Escherichia coli K-12. Письмо ФЕБС , 49 (2), 220–222. Персональные данные: 0014-5793(74)80516-8 ( core.ac.uk )
  9. ^ Пастер Л. (1857). «Mémoire sur la ферментация молочного яблока» [Диссертация о молочнокислом брожении]. Comptes rendus de l'Académie des Sciences (на французском языке). 45 (913–916): 1032–1036.
  10. ^ Рольфе, МД, Оконе, А., Стэплтон, М.Р., Холл, С., Троттер, Э.У., Пул, Р.К., ... и Грин, Дж. (2012). Системный анализ активности факторов транскрипции в средах со стабильными и динамическими концентрациями кислорода. Открытая биология , 2 (7), 120091. https://doi.org/10.1098/rsob.120091
  11. ^ ab Unden, Gottfried; Trageser, Martin (1991). «Экспрессия генов, регулируемых кислородом, в Escherichia coli: контроль анаэробного дыхания белком FNR». Antonie van Leeuwenhoek . 59 (2): 65–76. doi :10.1007/BF00445650. ISSN  0003-6072. PMID  1854188. S2CID  33083164.
  12. ^ Джинджер, Майкл Л.; Фриц-Лейлин, Лиллиан К.; Фултон, Чандлер; Кэнд, В. Зачеус; Доусон, Скотт К. (2010-12-01). «Промежуточный метаболизм у простейших: основанный на последовательностях взгляд на факультативный анаэробный метаболизм у эволюционно разнообразных эукариот». Protist . 161 (5): 642–671. doi :10.1016/j.protis.2010.09.001. ISSN  1434-4610. PMC 3021972 . PMID  21036663. 
  13. ^ Jennewein, Jonas; Matuszak, Jasmin; Walter, Steffi; Felmy, Boas; Gendera, Kathrin; Schatz, Valentin; Novottny, Monika; Liebsch, Gregor; Hensel, Michael; Hardt, Wolf-Dietrich; Gerlach, Roman G.; Jantsch, Jonathan (декабрь 2015 г.). «Низкое напряжение кислорода, обнаруженное в инфицированной S. almonella ткани кишечника, усиливает репликацию S. almonella в макрофагах за счет снижения антимикробной активности и усиления вирулентности S. almonella: гипоксия и репликация сальмонелл». Cellular Microbiology . 17 (12): 1833–1847. doi : 10.1111/cmi.12476 . PMID  26104016.

Внешние ссылки