Anaerobe organismer – definition, typer og biologiske egenskaber
Anaerobe organismer: definition, typer (obligate, fakultative, aerotolerante, mikroaerofile), biologiske egenskaber, vækststrategier og sundhedsrisici som toksinproduktion.
Anaerob organisme betegner enhver levende organisme, der ikke har brug for ilt for at vokse eller som vokser bedst ved lave eller ingen iltkoncentrationer. Anaerobe mikroorganismer findes i mange miljøer — fra dybe sedimenter, tarmsystemer og rådnende materiale til industrielle bioreaktorer — og spiller centrale roller i stofkredsløb og i menneskers sundhed og sygdom.
Typer af anaerobe organismer
- Obligate anaerobe organismer dør eller får alvorligt hæmmet vækst ved eksponering for atmosfærisk ilt. Mange mangler de beskyttende enzymer mod reaktive oxygenarter og findes i iltfrie miljøer. Eksempler: arter i slægterne Clostridium og Bacteroides.
- Fakultative anaerobe bakterier kan bruge ilt, når det er til stede (aerob respiration), men kan også overleve og vokse uden ilt ved at fermentere eller ved anaerob respiration. Eksempler: Escherichia coli, visse Staphylococcus-arter.
- Aerotolerante organismer kan overleve i tilstedeværelse af ilt, men de bruger ikke ilt som terminal elektronacceptor og er typisk strengt fermentative. Eksempler: nogle mælkesyrebakterier.
Mikroaerofile organismer er en særlig gruppe, der kræver ilt men kun i lave koncentrationer (typisk i det lave mikromolære område); deres vækst hæmmes af normale atmosfæriske ilttryk (ca. 200 µM). Begrebet nanaerobe (eller nanomolar-anaerobe) beskriver organismer, som ikke kan vokse ved mikromolære iltkoncentrationer, men som kan vokse med og muligvis drage fordel af meget lave, nanomolære koncentrationer af ilt.
Metaboliske strategier
Obligate anaerobe bakterier anvender ofte fermentering (af sukkerarter til bl.a. organiske syrer, alkoholer og gas) eller anaerob respiration, hvor andre terminale elektronacceptorer end ilt anvendes — fx nitrater, sulfater, CO2 (methanogenese) eller organiske forbindelser. I nærvær af ilt vil fakultative anaerobe dyrke aerob respiration; i fravær af ilt kan de skifte til fermentering eller anaerob respiration. Aerotolerante mikroorganismer er typisk fermentative og ændrer ikke deres energimetabolisme, når ilt tilføres.
Hvorfor ilt er giftigt for nogle mikrober
Ilt kan omdannes til reaktive oxygenarter (ROS) som superoxid (O2−), hydrogenperoxid (H2O2) og hydroxylradikaler, som ødelægger proteiner, lipider og nukleinsyrer. Mange aerobe og fakultative organismer har beskyttende enzymer som superoxiddismutase, katalase og peroxidaser, der neutraliserer ROS. Obligate anaerober mangler ofte eller har lave niveauer af disse forsvarsmekanismer, hvilket forklarer deres følsomhed over for ilt.
Habitat, økologisk rolle og anvendelser
- Miljø: Anaerobe mikrober er essentielle i nedbrydning af organisk materiale i iltfrie miljøer (fx bundsedimenter, vådområder, dybe jordlag) og i biogeokemiske cyklusser (kulstof-, kvælstof- og svovlcyklus).
- Industri: Bruges i produktion af biogas (methan), fermenterede fødevarer (fx yoghurt, ost) og i bioteknologiske processer til opløsning af organisk affald eller til produktion af kemikalier.
- Medicinsk: Mange obligatoriske og fakultative anaerobe bakterier er en del af normalfloraen (fx tarmens Bacteroides) men kan også forårsage infektioner, abscesser eller sårinfektioner under anaerobe forhold. Nogle anaerobe bakterier producerer toksiner — f.eks. tetanus- og botulinumtoksiner fra visse Clostridium-arter — som er meget farlige for højere organismer, herunder mennesker.
Laboratoriedetektion og dyrkning
Dyrkning af anaerobe mikroorganismer kræver fjernelse eller reduktion af ilt: anaerobe kamre eller handskerum, anaerobe beholdere/jars med gasgeneratorer, eller brug af reducerende vækstmedier (fx thioglycollat-bouillon). Identifikation kan ske ved klassiske kulturbaserede metoder, biokemiske tests, molekylære teknikker (PCR, sekventering) og mass-spektrometri (MALDI-TOF).
Opsummering
Anaerobe organismer omfatter en bred vifte af mikrober med forskellige grader af ilttolerance og forskellige metabolske strategier. De er afgørende i naturens nedbrydning og stofkredsløb, har vigtige industrielle anvendelser og kan både være gavnlige og patogene i forhold til menneskers sundhed. Deres evne eller manglende evne til at håndtere reaktive oxygenarter er en nøgleforklaring på, hvorfor nogle arter kræver iltfri miljøer for vækst.
Thioglycolat-bouillon er et medium, der hovedsagelig anvendes til at bestemme mikroorganismers iltbehov. 1: Obligate aerobes har brug for ilt. De samles øverst i røret, hvor koncentrationen er højest. 2: Obligate anaerobe organismer er forgiftet af ilt, så de samles i bunden af røret, hvor iltkoncentrationen er lavest. 3: Facultative anaerober kan vokse overalt i røret, men de samles mest i toppen, fordi de har mere energi med ilt. 4: Mikroaerofile har brug for ilt: de kan ikke gære eller respirere anaerobt. De bliver dog forgiftet af høje koncentrationer af ilt. De samles i den øverste del af reagensglasset, men ikke helt i toppen. 5: Aerotolerante organismer har ikke brug for ilt, da de omsætter energi anaerobt. Men i modsætning til obligatoriske anaerobe organismer bliver de ikke forgiftet af ilt. De findes jævnt fordelt i hele reagensglasset
Relaterede sider
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er en anaerob organisme?
Svar: En anaerob organisme er enhver levende ting, der ikke har brug for ilt til at vokse.
Spørgsmål: Hvad er forskellen mellem en obligatorisk anaerob og en fakultativ anaerob?
Svar: Obligate anaerobe organismer dør, når de udsættes for atmosfærisk ilt, mens fakultative anaerobe organismer kan bruge ilt, når den er til stede.
Sp: Hvad er en aerotolerant organisme?
Svar: En aerotolerant organisme kan overleve i tilstedeværelse af ilt, men den er anaerob, fordi den ikke bruger ilt som terminal elektronacceptor.
Spørgsmål: Hvad er en mikroaerofil?
Svar: Mikroaerofile er organismer, der kan bruge ilt, men kun i lave koncentrationer (lavt mikromolært område); deres vækst hæmmes af normale iltkoncentrationer (ca. 200 mikromolært).
Sp: Hvad er en nanaerobe?
Svar: Nanaerobier er organismer, der ikke kan vokse i nærvær af mikromolære koncentrationer af ilt, men som kan vokse med og drage fordel af nanomolære koncentrationer af ilt.
Sp: Hvilke forskellige måder kan anaerobe organismer generere energi på?
Svar: Obligate anaerobe organismer kan anvende fermentering eller anaerob respiration. I tilstedeværelse af ilt anvender fakultative anaerobe organismer aerob respiration; uden ilt gærer nogle af dem, mens andre anvender anaerob respiration. Aerotolerante organismer er strengt fermentative. Mikroaerofile organismer udfører aerob respiration, og nogle af dem kan også udføre anaerob respiration.
Spørgsmål: Producerer nogle anaerobe bakterier farlige toksiner?
A: Ja, nogle anaerobe bakterier producerer toksiner (f.eks. tetanus- eller botulinumtoksiner), som er meget farlige for højere organismer, herunder mennesker.
Søge