혐기성 생물

Anaerobic organism
미토콘드리아가 부족하고 대신 하이드로고솜을 사용하는 수소와 신진대사를 하는 메타조아인 스피놀로리쿠스 nov. sp.

혐기성 유기체 또는 혐기성 유기체는 성장을 위해 분자 산소를 필요로 하지 않는 유기체이다.유리산소가 존재할 경우 음의 반응을 보이거나 사망할 수도 있습니다.반면 호기성 생물(에로베)은 산소화된 환경을 필요로 하는 생물이다.혐기성 생물은 단세포(예: [1]원생동물[2], 박테리아)이거나 [3]다세포일 수 있다.대부분의 균류는 생존을 위해 산소를 필요로 하는 필수 곡예비행이다.하지만, 소의 반추에 서식하는 키트리디오미코타 같은 몇몇 종들은 필수 혐기성 동물입니다; 이러한 종들에게, 산소가 그들의 신진대사를 방해하거나 그들을 죽이기 때문에 혐기성 호흡이 사용됩니다.바다의 깊은 물은 흔한 무산소 환경이다.[3]

첫 번째 관찰

1680년 6월 14일 왕립학회에 보낸 편지에서 안토니 반 리우웬훅은 같은 유리관 두 개를 분쇄된 후춧가루로 채우고 거기에 약간의 깨끗한 빗물을 첨가하여 수행한 실험을 묘사했다.Van Leeuwenhoek은 유리관 중 하나를 불꽃으로 밀봉하고 다른 유리관은 열어두었다.며칠 후, 그는 열린 유리관에서 '매우 많은 아주 작은 동물 분자들이 그들만의 특별한 움직임을 가지고 있는' 것을 발견했다.밀폐된 유리관 안에 어떤 생명체도 있을 것으로 기대하지 않았던 반 리우웬훅은 놀랍게도 '내가 말한 가장 큰 종류의 것들보다 둥글고 큰 살아있는 동물 분자의 일종'을 보았다.밀폐된 튜브의 상태는 호기성 미생물에 [4]의한 산소 소비로 인해 상당히 혐기성이 되었다.

1913년 마르티누스 베이제린크는 반 리우벤호크의 실험을 반복했고 클로스트리디움 부티리쿰을 밀폐된 후추 주입관 액체에서 두드러진 혐기성 박테리아로 확인했다.베이제린크는 다음과 같이 말했다.

따라서 우리는 의심의 여지없이 반 리우웬훅이 완전히 닫힌 튜브를 사용한 실험에서 진짜 혐기성 박테리아를 배양하고 발견했다는 놀라운 결론에 도달했습니다. 이것은 200년 후에나 다시 일어날 것입니다. 즉, 파스퇴르에 의해 1862년경에 일어났을 것입니다.리웬훅이 산소와 공기의 성분을 발견하기 100년 전에 그의 관찰의 의미를 몰랐다는 것은 이해할 수 있다.그러나 폐쇄된 튜브에서 발효균에 의한 가스압의 증가를 관찰하고 박테리아를 본 것은 어떤 경우에도 그가 훌륭한 관찰자였을 뿐만 아니라 결론을 [4]도출할 수 있는 실험을 설계할 수 있었다는 것을 증명한다.

분류

호기성 및 혐기성 박테리아는 티오글리콜레이트 육수의 시험관에서 배양함으로써 구별할 수 있다.
  1. 의무 곡예비행은 혐기적으로 발효하거나 호흡할 수 없기 때문에 산소가 필요하다.그것들은 산소 농도가 가장 높은 튜브의 꼭대기에 모인다.
  2. 의무 혐기성 균은 산소에 의해 중독되기 때문에 산소 농도가 가장 낮은 튜브 바닥에 모입니다.
  3. 통성 혐기성 균은 에너지를 곡예 또는 혐기적으로 대사할 수 있기 때문에 산소와 함께 또는 없이 자랄 수 있습니다.유산소 호흡이 발효나 무산소 호흡보다 더 많은 아데노신 삼인산염을 생성하기 때문에 그들은 대부분 꼭대기에 모인다.
  4. 극미량 친생물은 혐기적으로 발효하거나 호흡할 수 없기 때문에 산소를 필요로 한다.하지만, 그것들은 고농도의 산소에 의해 중독됩니다.그것들은 시험관 위쪽에 모이지만 바로 위에는 모이지 않는다.
  5. 내공성 유기체는 에너지를 혐기적으로 대사하기 때문에 산소를 필요로 하지 않는다.하지만 의무 혐기균과는 달리 산소에 의해 중독되지는 않는다.테스트 튜브 전체에 균등하게 분포할 수 있습니다.

실질적인 목적을 위해 혐기성 생물에는 세 가지 범주가 있습니다.

  • 필수 혐기성 물질로 인해 [5][6]산소가 손상됩니다.필수 혐기성 균의 두 가지 예는 클로스트리디움 보툴리누스균과 심해 해저의 열수 분출구 근처에 사는 박테리아입니다.
  • 성장을 위해 산소를 사용할 수는 없지만 그 [7]존재는 견딜 수 있는 내공성 유기체입니다.
  • 통성 혐기성 물질. 산소 없이 자랄 수 있지만,[7] 산소가 있으면 산소를 사용합니다.

그러나 최근 연구에서 배양 배지가 아스코르브산, 글루타티온, 요산과 [8][9][10][11]같은 항산화제로 보충될 경우 인간 "불필요 혐기성" (Finegoldia magna 또는 메타노브레비박터 스미시 등)이 유산소 대기에서 자랄 수 있다는 사실이 밝혀진 후 이러한 분류에 의문이 제기되었다.

에너지 대사

의무 혐기성 생물은 발효를 사용하는 반면 혐기성 [12]호흡을 사용하는 생물도 있다.내공성 유기체는 엄격히 [13]발효성이 있다.산소가 있을 때 통성 혐기성 균은 유산소 [7]호흡을 사용한다.산소가 없을 때 일부 통성 혐기균은 발효를 사용하는 반면 다른 통성 혐기균은 혐기성 [7]호흡을 사용할 수 있다.

발효

많은 혐기성 발효 반응이 있다.

발효 혐기성 유기체는 일반적으로 젖산 발효 경로를 사용한다.

CHO6126 + ADP 2개 + 인산염 2개 → 젖산 2개 + ATP 2개2 + HO

이 반응에서 방출되는 에너지(ADP 및 인산염 제외)는 몰당 약 150 kJ이며, 포도당 ADP로부터 2개의 ATP를 생성하는 데 보존됩니다.이것은 전형적인 유산소 반응이 생성하는 설탕 분자당 에너지의 5%에 불과합니다.

식물과 곰팡이(예: 효모)는 일반적으로 산소가 제한될 때 알코올(에탄올) 발효를 사용합니다.

CHO6126(산소) + ADP 2개 + 인산염 2개 → CHOH25 2개 + CO 2개2 → ATP 2개 + HO2

방출되는 에너지는 약 180 kJ/mol이며, 이는 포도당 ADP로부터 2개의 ATP를 생성하는 데 보존됩니다.

혐기성 박테리아와 고세균은 프로피온산 발효, 낙산 발효, 용매 발효, 혼합산 발효, 부탄디올 발효, 스틱랜드 발효, 아세트 생성 또는 메타노제네시스 [citation needed]등 이것들과 많은 다른 발효 경로를 사용한다.

혐기성 생물 배양

정상적인 미생물 배양은 분자산소가 함유된 대기에서 이뤄지기 때문에 혐기성 배양은 특별한 기술이 필요하다.혐기성 유기체를 배양할 때, 예를 들어 질소가 충전된 글로브 박스 내의 박테리아를 취급하거나 특별히 밀폐된 다른 용기의 사용, 또는 한정된 산소를 가진 다이콧 식물에 박테리아를 주입하는 등의 기술이 미생물학자에 의해 많이 사용된다.가스팍 시스템은 물과 수소화붕소나트륨, 중탄산나트륨정제를 반응시켜 수소가스와 이산화탄소를 생성하는 고립된 용기이다.그런 다음 수소는 팔라듐 촉매의 산소 가스와 반응하여 더 많은 물을 생성함으로써 산소가스를 제거합니다.GasPak 방법의 문제는 박테리아가 죽을 수 있는 곳에서 부작용이 일어날 수 있다는 것입니다. 그래서 티오글리콜레이트 배지를 사용해야 합니다.티오글리콜산염은 쌍떡잎식물을 모방한 매개체를 공급하여 혐기성 환경뿐만 아니라 박테리아가 [14]증식하는 데 필요한 모든 영양소를 제공한다.

최근, 한 프랑스 팀은 심각한 [16]급성 영양실조에 대한 임상 연구를 바탕으로 산화환원제와 내장 혐기제 사이의 연관성을 입증했다.이러한 발견들은 배양 [17]배지에 항산화제를 첨가함으로써 "아나로브"의 유산소 배양 발달로 이어졌다.

다세포성

유산소 호흡만이 복잡한 신진대사를 위해 충분한 에너지를 제공할 수 있기 때문에 혐기성 생명체는 거의 없다.로리시페라 3종(크기 1mm 미만)과 10세포 헤네구야즈초케이는 [18]예외입니다.

2010년 세 종의 혐기성 로리시페라가 지중해 밑바닥에 있는 과염성 무독성 라탈란테 분지에서 발견되었다.그들은 산화적 인산화 경로를 포함하는 미토콘드리아가 부족하며, 이것은 다른 모든 동물에서 대사 에너지를 생성하기 위해 산소와 포도당을 결합하기 때문에 산소를 소비하지 않는다.대신에 이 로리시페라는 하이드로소좀을 [19][3]사용하여 수소로부터 에너지를 얻는다.

레퍼런스

  1. ^ Upcroft P, Upcroft JA (January 2001). "Drug Targets and Mechanisms of Resistance in". Clin. Microbiol. Rev. 14 (1): 150–164. doi:10.1128/CMR.14.1.150-164.2001. PMC 88967. PMID 11148007.
  2. ^ Levinson, W. (2010). Review of Medical Microbiology and Immunology (11th ed.). McGraw-Hill. pp. 91–93. ISBN 978-0-07-174268-9.
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  9. ^ Dione, N.; Khelaifia, S.; La Scola, B.; Lagier, J.C.; Raoult, D. (2016). "A quasi-universal medium to break the aerobic/anaerobic bacterial culture dichotomy in clinical microbiology". Clinical Microbiology and Infection. 22 (1): 53–58. doi:10.1016/j.cmi.2015.10.032. PMID 26577141.
  10. ^ Khelaifia, S.; Lagier, J.-C.; Nkamga, V. D.; Guilhot, E.; Drancourt, M.; Raoult, D. (2016). "Aerobic culture of methanogenic archaea without an external source of hydrogen". European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases. 35 (6): 985–991. doi:10.1007/s10096-016-2627-7. ISSN 0934-9723. PMID 27010812. S2CID 17258102.
  11. ^ Traore, S.I.; Khelaifia, S.; Armstrong, N.; Lagier, J.C.; Raoult, D. (2019). "Isolation and culture of Methanobrevibacter smithii by co-culture with hydrogen-producing bacteria on agar plates". Clinical Microbiology and Infection. 25 (12): 1561.e1–1561.e5. doi:10.1016/j.cmi.2019.04.008. PMID 30986553.
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  18. ^ 과학자들은 살기 위해 산소가 필요 없는 첫 번째 동물을 발견했다.
  19. ^ 무산소 동물 발견-최초 내셔널 지오그래픽 뉴스