Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Организмы, способные к дыханию с кислородом и без него.
Beings that can respire with and without oxygen
Факультативный анаэроб – это организм, который производит АТФ посредством аэробного дыхания при наличии кислорода, но способен переключаться на ферментацию при его отсутствии. Примеры факультативных анаэробных бактерий включают Staphylococcus spp., Escherichia coli, Salmonella, Listeria spp., Shewanella oneidensis и Yersinia pestis. Некоторые эукариоты также являются факультативными анаэробами, в том числе грибы, такие как Saccharomyces cerevisiae, и многие водные беспозвоночные, например, нерейдовые полихеты. Было установлено, что у мутантов Salmonella typhimurium, подвергшихся мутациям, приводящим к облигатному аэробному или анаэробному типу метаболизма, наблюдаются различные уровни белков, осуществляющих ремоделирование хроматина. Позднее выяснилось, что облигатные аэробы имеют дефектный ген субъединицы A ДНК-гиразы (gyrA), а облигатные анаэробы – дефектную топоизомеразу I (topI). Это указывает на то, что топоизомераза I и связанная с ней релаксация хромосомной ДНК необходимы для транскрипции генов, требуемых для аэробного роста, в то время как для ДНК-гиразы верно обратное. 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 PFK в гликолизе, это имеет последствия для влияния кислорода на метаболизм глюкозы E. coli K 12 в связи с механизмом эффекта Пастера. Возможно существование основной сети факторов транскрипции (ФТ), включающей основные кислородозависимые 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 кислородопотребителями внутри клеточной мембраны, известными как терминальные оксидазы.
A facultative anaerobic organism is an organism that makes ATP by aerobic respiration if oxygen is present, but is capable of switching to fermentation if oxygen is absent. Some examples of facultatively anaerobic bacteria are Staphylococcus spp., Escherichia coli, Salmonella, Listeria spp., Shewanella oneidensis and Yersinia pestis. Certain eukaryotes are also facultative anaerobes, including fungi such as Saccharomyces cerevisiae and many aquatic invertebrates such as nereid polychaetes. It has been observed that in mutants of Salmonella typhimurium that underwent mutations to be either obligate aerobes or anaerobes, there were varying levels of chromatin remodeling proteins. The obligate aerobes were later found to have a defective DNA gyrase subunit A gene (gyrA), while obligate anaerobes were defective in topoisomerase I (topI). This indicates that topoisomerase I and its associated relaxation of chromosomal DNA is required for transcription of genes required for aerobic growth, while the opposite is true for DNA gyrase. Additionally, in Escherichia coli K 12 it has been noted that phosphofructokinase (PFK) exists as a dimer under aerobic conditions and as a tetramer under anaerobic conditions. Given PFK’s role in glycolysis, this has implications for the effect of oxygen on the glucose metabolism of E. coli K 12 in relation to the mechanism of the Pasteur effect. There may exist a core network of transcription factors (TFs) that includes the major oxygen responsive ArcA and FNR control the adaptation of Escherichia coli to changes in oxygen availability. Activities of these two regulators are indicative of spatial effects that may affect gene expression in the microaerobic range. It has also been observed that these oxygen sensitive proteins are protected within the cytoplasm by oxygen consumers within the cell membrane, known as terminal oxidases.
Функции
Факультативные анаэробы способны расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода благодаря экспрессии как аэробных, так и анаэробных дыхательных цепей, используя либо кислород, либо альтернативный акцептор электронов. Например, в отсутствие кислорода, E. coli может использовать фумарат, нитрат, нитрит, диметилсульфоксид или оксид триметиламина в качестве акцептора электронов.
Facultative anaerobes are able to grow in both the presence and absence of oxygen due to the expression of both aerobic and anaerobic respiratory chains using either oxygen or an alternative electron acceptor. For example, in the absence of oxygen, E. coli can use fumarate, nitrate, nitrite, dimethyl sulfoxide, or trimethylamine oxide as an electron acceptor.
Как патогены
Поскольку факультативные анаэробы способны расти как в присутствии, так и в отсутствии кислорода, они могут выживать в самых разных средах, легко приспосабливаться к изменяющимся условиям и, таким образом, обладают селективным преимуществом перед другими бактериями. В результате большинство представляющих угрозу для жизни патогенов – факультативные анаэробы. Более того, способность факультативных анаэробов снижать уровень кислорода в очагах инфекции выгодна как им самим, так и другим бактериям, поскольку диоксиген способен образовывать реактивные формы кислорода (РФК). Эти формы токсичны для бактерий и могут повреждать их ДНК и другие компоненты.
Since facultative anaerobes are able to grow in both the presence and absence of oxygen, they can survive in many different environments, adapt easily to changing conditions, and thus have a selective advantage over other bacteria. As a result, most life threatening pathogens are facultative anaerobes. Moreover, the ability of facultative anaerobes to limit oxygen levels at infection sites is beneficial to them and other bacteria, as dioxygen can form reactive oxygen species (ROS). These species are toxic to bacteria and can damage their DNA, among other constituents.