stringtranslate.com

Факультативно-анаэробный организм

Аэробные и анаэробные бактерии можно идентифицировать, выращивая их в пробирках с тиогликолятным бульоном :
1: Облигатным аэробам необходим кислород, поскольку они не могут ферментировать или дышать анаэробно . Они собираются в верхней части трубки, где концентрация кислорода самая высокая.
2: Облигатные анаэробы отравлены кислородом, поэтому они собираются на дне пробирки, где концентрация кислорода наименьшая.
3. Факультативные анаэробы могут расти как с кислородом, так и без него, поскольку они могут метаболизировать энергию аэробно или анаэробно. Они собираются в основном наверху, потому что аэробное дыхание генерирует больше АТФ, чем ферментация.
4. Микроаэрофилам необходим кислород, поскольку они не могут ферментировать или дышать анаэробно. Однако они отравлены высокими концентрациями кислорода. Они собираются в верхней части пробирки, а не на самом верху.
5. Аэротолерантные анаэробы не нуждаются в кислороде, поскольку для производства АТФ они используют ферментацию. В отличие от облигатных анаэробов они не отравляются кислородом. Их можно найти равномерно распределенными по всей пробирке.

Факультативно-анаэробный организм — организм , который производит АТФ путем аэробного дыхания при наличии кислорода , но способен перейти к брожению при отсутствии кислорода. [1] [2]

Некоторыми примерами факультативно анаэробных бактерий являются 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 , претерпевших мутации и ставших либо облигатными аэробами, либо анаэробами, наблюдались различные уровни белков, ремоделирующих хроматин. Позже было обнаружено, что у облигатных аэробов имеется дефектный ген субъединицы А ДНК-гиразы ( gyrA ), тогда как у облигатных анаэробов имеется дефект топоизомеразы I ( topI ). Это указывает на то, что топоизомераза I и связанная с ней релаксация хромосомной ДНК необходимы для транскрипции генов, необходимых для аэробного роста, тогда 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 базовая сеть транскрипционных факторов (TF), которая включает в себя 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 внутри клеточной мембраны, известными как терминальные оксидазы. [10]

Функции

Факультативные анаэробы способны расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода благодаря экспрессии как аэробных, так и анаэробных дыхательных цепей с использованием либо кислорода, либо альтернативного акцептора электронов. [11] Например, в отсутствие кислорода E. coli может использовать фумарат, нитрат, нитрит, диметилсульфоксид или оксид триметиламина в качестве акцептора электронов. [11] Такая гибкость позволяет факультативным анаэробам выживать в различных средах и в средах с часто меняющимися условиями. [1]

Некоторые виды протистов используют факультативный анаэробный метаболизм для увеличения производства АТФ, а некоторые могут производить дигидроген посредством этого процесса. [12]

Как патогены

Поскольку факультативные анаэробы способны расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода, они могут выживать в самых разных 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 факультативно-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 (АФК). Эти виды токсичны для бактерий и могут повредить их ДНК, среди других компонентов. [1]

Примеры патогенных факультативных анаэробов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcd Андре, Антонин С.; Дебанде, 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. дои : 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). Медицинская микробиология Шерриса (4-е изд.). МакГроу Хилл. стр. 261–271, 273–296. ISBN 0-8385-8529-9.
  4. ^ Синглтон П (1999). Бактерии в биологии, биотехнологии и медицине (5-е изд.). Уайли. стр. 444–454. ISBN 0-471-98880-4.
  5. ^ Карлайл М.Дж., Уоткинсон СК, Гудэй Г.В. (2001). Грибы (2-е изд.). Академическая пресса. стр. 85–105. ISBN 0-12-738446-4.
  6. ↑ Шёттлер, У. (30 ноября 1979 г.). «Об анаэробном метаболизме трех видов нереис (Annelida)» (PDF) . Серия «Прогресс в области морской экологии» . 1 : 249–54. Бибкод : 1979MEPS....1..249S. дои : 10.3354/meps001249 . ISSN  1616-1599 . Проверено 14 февраля 2010 г.
  7. ^ Ямамото, Н., и Дроффнер, ML (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. ^ Рольф, доктор медицинских наук, Оконе, А., Стэплтон, М.Р., Холл, С., Троттер, Э.В., Пул, Р.К., ... и Грин, Дж. (2012). Системный анализ активности транскрипционных факторов в средах со стабильной и динамической концентрацией кислорода. Открытая биология , 2 (7), 120091. https://doi.org/10.1098/rsob.120091.
  11. ^ аб Унден, Готфрид; Трагезер, Мартин (1991). «Экспрессия генов, регулируемая кислородом, в Escherichia coli: контроль анаэробного дыхания с помощью белка FNR». Антони ван Левенгук . 59 (2): 65–76. дои : 10.1007/BF00445650. ISSN  0003-6072. PMID  1854188. S2CID  33083164.
  12. ^ Джинджер, Майкл Л.; Фриц-Лэйлин, Лилиан К.; Фултон, Чендлер; Канде, В. Захеус; Доусон, Скотт К. (01 декабря 2010 г.). «Промежуточный метаболизм у протистов: основанный на последовательностях взгляд на факультативный анаэробный метаболизм у эволюционно разнообразных эукариот». Протист . 161 (5): 642–671. doi :10.1016/j.protis.2010.09.001. ISSN  1434-4610. ПМК 3021972 . ПМИД  21036663. 
  13. ^ Дженневейн, Йонас; Матушак, Жасмин; Уолтер, Штеффи; Фельми, Боас; Гендера, Катрин; Шац, Валентин; Новотны, Моника; Либш, Грегор; Хензель, Майкл; Хардт, Вольф-Дитрих; Герлах, Роман Г.; Янч, Джонатан (декабрь 2015 г.). «Низкое напряжение кислорода, обнаруженное в тканях кишечника, инфицированных S almonella, усиливает репликацию S almonella в макрофагах за счет снижения антимикробной активности и увеличения вирулентности S almonella: гипоксия и репликация сальмонеллы». Клеточная микробиология . 17 (12): 1833–1847. дои : 10.1111/cmi.12476 . ПМИД  26104016.

Внешние ссылки