Anaerobiset organismit – mitä ne ovat, tyypit ja biologinen merkitys
Tutustu anaerobisiin organismeihin — tyypit, elintavat ja niiden biologinen merkitys, toksisuus ja rooli ekosysteemeissä sekä ihmisterveydessä.
Anaerobinen organismi on mikä tahansa elävä olento, joka ei tarvitse happea kasvuunsa. Anaerobisuus tarkoittaa sitä, että happi ei toimi elektronin vastaanottajana solujen energiantuotannossa, ja monet anaerobit ovat herkkiä tai jopa kuolemaan johtavan haitallisen vaikutuksen alaisina hapen ja sen reaktiivisten muotojen kanssa.
- Pakolliset anaerobit kuolevat tai niiden kasvu estyy, kun ne altistuvat ilmakehän happipitoisuudelle. Esimerkkejä: monet Clostridium‑ ja Bacteroides‑lajit.
- Fakultatiiviset anaerobit voivat käyttää happea, kun sitä on läsnä, mutta siirtyvät ilman happea fermentaatioon tai anaerobiseen hengitykseen. Esimerkkejä: Escherichia coli, monet hiivasienet kuten Saccharomyces‑lajit.
- Aerotolerantit organismit voivat selviytyä hapen läsnäollessa, mutta ne eivät käytä happea elektronin vastaanottajana; niiden aineenvaihdunta on tyypillisesti fermentatiivinen. Esimerkki: monet maitohappobakteerit (Lactobacillus).
Mikroaerofiilit ovat organismeja, jotka käyttävät happea, mutta vain pieninä pitoisuuksina (matala mikromolaarinen alue); niiden kasvu estyy normaaleissa happipitoisuuksissa (noin 200 mikromolaaria). Nanaerobit (tai nanoaerobit) ovat organismeja, jotka eivät pysty kasvamaan mikromolaarisissa happipitoisuuksissa mutta voivat kasvaa ja hyötyä nanomolaarisista happipitoisuuksista. Esimerkkejä mikroaerofiileistä ovat Helicobacter ja Campylobacter -suvut, jotka viihtyvät heikosti hapekkaissa ympäristöissä.
Aineenvaihdunta ja energian saanti
Obligaattiset anaerobit voivat tuottaa energiaa esimerkiksi käymisen avulla tai suorittamalla anaerobista hengitystä, jossa elektronin vastaanottajana toimii jokin muu yhdiste kuin happi (esim. nitraatti, sulfaatti, rauta(III) tai CO2). Hapen läsnä ollessa fakultatiiviset anaerobit yleensä käyttävät aerobista hengitystä, koska se tuottaa enemmän energiaa; ilman happea osa siirtyy käymiseen, osa käyttää anaerobista hengitystä. Aerotolerantit organismit ovat tyypillisesti tiukasti fermentatiivisia. Mikroaerofiilit suorittavat aerobista hengitystä alhaisissa happipitoisuuksissa; jotkin niistä voivat myös hyödyntää anaerobista hengitystä tiettyjen elektronin vastaanottajien avulla.
Hapen toksisuus ja suojamekanismit
Hapen haitallinen vaikutus johtuu usein reaktiivisista happiyhdisteistä (ROS), kuten superoksidista, vetyperoksidista ja hydroksyyliradikaalista. Monet obligaatit anaerobit ovat herkkiä ROS:lle, koska niiltä puuttuu tehokkaita neutraloivia entsyymejä, kuten superoksididismutaasia, katalaasi tai peroksidaasit. Tämän takia anaerobisia mikro-organismeja viljellään laboratorioissa hapettomissa olosuhteissa (anaerobikammioissa, -purkeissa tai -säiliöissä).
Ekologinen ja taloudellinen merkitys
Anaerobit ovat elintärkeitä maaperän, sedimenttien ja vesistöjen ainekiertoihin: ne osallistuvat orgaanisen aineen hajotukseen, metaanin ja muiden kaasujen muodostukseen, sekä typpeä ja rikkiä koskeviin reaktioihin (esim. denitrifikaatio, sulfaattireduktio). Teollisessa mittakaavassa anaerobiset prosessit hyödynnetään biokaasun tuotannossa (anaerobinen mädätys) ja jäteveden käsittelyssä. Myös monet ruuantuotannon fermentaatioprosessit perustuvat anaerobiseen mikrobiologiaan.
Medikaalinen merkitys ja turvallisuus
Jotkin anaerobiset bakteerit voivat aiheuttaa ihmisen tauteja tai tuottaa toksiineja. Tunnettuja esimerkkejä ovat Clostridium‑suvun tuottamat myrkyt: jäykkäkouristustoksiini (Clostridium tetani) ja botuliinitoksiini (Clostridium botulinum), jotka ovat erittäin voimakkaita ja vaarallisia. Lisäksi esimerkiksi Clostridioides difficile (entinen Clostridium difficile) voi aiheuttaa vaikeita suolistoinfektioita. Clostridium perfringens voi aiheuttaa kaasuinfektiota (gas gangrene) ja ruokamyrkytyksiä. Anaerobisista infektiosta on usein kyse haavainfektioissa, suolistosairauksissa ja hammasperäisissä infektioissa.
Laboratorio- ja torjuntamenetelmät
Anaerobeja viljellään erityisissä hapettomissa laitteissa ja käytetään selektiivisiä itämis- ja viljelyalustoja. Lääkinnällisessä kontekstissa anaerobiset infektiot hoidetaan asianmukaisilla antibiooteilla ja tarvittaessa kirurgisella puhdistuksella. Ennaltaehkäisyssä on tärkeää haavahygienia ja antibioottien vastuullinen käyttö, sillä esimerkiksi C. difficile -infektiot voivat liittyä antibioottien aiheuttamaan suoliston mikrobiotan häiriöön.
Yhteenvetona: anaerobiset organismit kattavat laajan kirjon eliöitä, joiden kyky elää ilman happea vaikuttaa niiden aineenvaihduntaan, ympäristörooleihin, teollisiin sovelluksiin ja lääketieteelliseen merkitykseen. Ymmärtäminen ja hallinta edellyttävät erikseen suunniteltuja viljely‑, turvallisuus‑ ja torjuntakäytäntöjä.
Tioglykolaattiliemi on väliaine, jota käytetään pääasiassa mikro-organismien hapentarpeen selvittämiseen. 1: Obligaattiset aerobit tarvitsevat happea. Ne kerääntyvät putken yläosaan, jossa sen pitoisuus on suurin. 2: Obligaatio-anaerobit myrkyttyvät hapelle, joten ne kerääntyvät putken pohjalle, jossa happipitoisuus on alhaisin. 3: Fakultatiiviset anaerobit voivat kasvaa missä tahansa putkessa, mutta ne kerääntyvät enimmäkseen putken yläosaan, koska niillä on enemmän energiaa hapen kanssa. 4: Mikroaerofiilit tarvitsevat happea: ne eivät voi käydä tai hengittää anaerobisesti. Korkeat happipitoisuudet myrkyttävät ne kuitenkin. Ne kerääntyvät koeputken yläosaan, mutta eivät aivan yläosaan. 5: Aerotolerantit eliöt eivät tarvitse happea, sillä ne metaboloivat energiaa anaerobisesti. Mutta toisin kuin pakolliset anaerobit, happi ei myrkytä niitä. Niitä esiintyy tasaisesti koko koeputkessa.
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on anaerobinen organismi?
V: Anaerobinen organismi on mikä tahansa elävä olento, joka ei tarvitse happea kasvuunsa.
K: Mitä eroa on pakollisen anaerobin ja fakultatiivisen anaerobin välillä?
V: Pakolliset anaerobit kuolevat, kun ne altistuvat ilmakehän happipitoisuudelle, kun taas fakultatiiviset anaerobit voivat käyttää happea, kun sitä on läsnä.
K: Mikä on aerotolerantti organismi?
V: Aerotolerantti organismi voi selviytyä hapen läsnäollessa, mutta se on anaerobinen, koska se ei käytä happea päätteellisenä elektronin akseptorina.
K: Mikä on mikroaerofiili?
V: Mikroaerofiilit ovat organismeja, jotka voivat käyttää happea, mutta vain pieninä pitoisuuksina (matala mikromolaarinen alue); niiden kasvua estävät normaalit happipitoisuudet (noin 200 mikromolaaria).
K: Mikä on nanaerobi?
V: Nanaerobit ovat organismeja, jotka eivät voi kasvaa mikromolaaristen happipitoisuuksien läsnä ollessa, mutta voivat kasvaa nanomolaaristen happipitoisuuksien kanssa ja hyötyä niistä.
K: Millä eri tavoilla anaerobiset organismit voivat tuottaa energiaa?
V: Pakolliset anaerobit voivat käyttää käymistä tai anaerobista hengitystä. Hapen läsnä ollessa fakultatiiviset anaerobit käyttävät aerobista hengitystä; ilman happea osa niistä käy, osa käyttää anaerobista hengitystä. Aerotolerantit organismit ovat tiukasti fermentatiivisia. Mikroaerofiilit suorittavat aerobista hengitystä, ja jotkut niistä voivat tehdä myös anaerobista hengitystä.
Kysymys: Tuottavatko jotkut anaerobiset bakteerit vaarallisia myrkkyjä?
V: Kyllä, jotkut anaerobiset bakteerit tuottavat toksiineja (esim. jäykkäkouristus- tai botuliinitoksiinit), jotka ovat erittäin vaarallisia korkeammille organismeille, myös ihmisille.
Etsiä