通性嫌気性生物

好気性細菌と嫌気性細菌は、チオグリコール酸ブロスの試験管で培養することで識別できます。1
:偏性好気性細菌は発酵や嫌気呼吸ができないため酸素が必要です。酸素濃度が最も高い試験管の上部に集まります。2
:偏性嫌気性細菌は酸素によって毒となるため、酸素濃度が最も低い試験管の底に集まります。3
:**通性嫌気性細菌は**好気的または嫌気的にエネルギーを代謝できるため、酸素の有無にかかわらず成長できます。好気呼吸は発酵よりも多くの ATP を生成するため、好気性嫌気性細菌
は主に上部に集まります。4 :微好気性細菌は発酵や嫌気呼吸ができないため酸素が必要です。しかし、高濃度の酸素によって毒となります。試験管の上部には集まりますが、最上部には集まりません。5:耐気性嫌気性菌は発酵を利用して ATP を生成するため、酸素を必要としません。偏性嫌気性菌とは異なり、酸素によって毒性を受けることはありません。試験管全体に均一に分布しています。

通性嫌気性生物とは、酸素が存在する場合には好気呼吸によってATPを生成するが、酸素が存在しない場合には発酵に切り替えることができる生物である。 ^[1]^[2]

通性嫌気性細菌の例としては、ブドウ球菌属[3]、大腸菌、サルモネラ菌、リステリア属[4]、シェワネラ・オネイデンシス、ペスト菌などがあげられる。また、^{サッカロミセス}・セレビシエ[ 5 ]^などの真菌や、ネレイド多毛類などの多くの水生無脊椎動物など、特定の真^核生物も通性嫌気性菌である。[ ^6]

突然変異を起こして好気性菌または嫌気性菌になったサルモネラチフス菌の変異体では、クロマチンリモデリングタンパク質のレベルが異なっていることが観察されています。後に、好気性菌は欠陥のある DNA ジャイレースサブユニット A 遺伝子 ( gyrA ) を持ち、嫌気性菌はトポイソメラーゼ I ( topI )に欠陥があることがわかりました。これは、トポイソメラーゼ I とそれに伴う染色体 DNA の弛緩が好気性増殖に必要な遺伝子の転写に必要であり、DNA ジャイレースの場合はその逆であることを示しています。^[7]さらに、大腸菌K-12 では、ホスホフルクトキナーゼ(PFK) が好気性条件下では二量体として、嫌気性条件下では四量体として存在することがわかっています。 PFKの解糖系における役割を考えると、これはパスツール効果のメカニズムに関連して、大腸菌K-12のグルコース代謝に対する酸素の影響に影響を及ぼす可能性がある。^[8]^[9]

大腸菌の酸素利用能の変化に対する適応を制御する主要な酸素応答性ArcAとFNRを含む転写因子（TF）のコアネットワークが存在する可能性がある。これら2つの調節因子の活動は、微好気性範囲での遺伝子発現に影響を与える可能性のある空間効果を示している。また、これらの酸素感受性タンパク質は、細胞膜内の酸素消費者、つまり末端酸化酵素によって細胞質内で保護されていることも観察されている。^[10]

機能

通性嫌気性菌は、酸素または代替電子受容体のいずれかを使用して好気性呼吸鎖と嫌気性呼吸鎖の両方を発現するため、酸素の有無にかかわらず増殖することができます。^[11]たとえば、酸素がない場合、大腸菌はフマル酸、硝酸塩、亜硝酸塩、ジメチルスルホキシド、またはトリメチルアミンオキシドを電子受容体として使用できます。 ^[11]この柔軟性により、通性嫌気性菌は多くの環境で、また条件が頻繁に変化する環境でも生存することができます。^[1]

いくつかの原生生物種は、ATP産生を高めるために通性嫌気性代謝を利用しており、このプロセスを通じて二水素を生成できる種もある。 ^[12]

病原体として

通性嫌気性菌は酸素の有無にかかわらず増殖できるため、さまざまな環境で生存でき、変化する状況に容易に適応し、他の細菌よりも選択的優位性を持つ。その結果、生命を脅かす病原体のほとんどは通性嫌気性菌である。^[1]

通性嫌気性病原体が酸素なしで生存する能力は、感染すると宿主の腸管組織の酸素レベルが低下することが示されているため重要です。^[13]さらに、感染部位の酸素レベルを制限する通性嫌気性菌の能力は、二酸素が活性酸素種（ROS）を形成できるため、通性嫌気性菌だけでなく他の細菌にも有益です。これらの種は細菌に対して有毒であり、細菌のDNAやその他の成分に損傷を与える可能性があります。^[1]

病原性通性嫌気性菌の例。

参照

参考文献

^ abcd André, Antonin C.; Debande, Lorine; Marteyn, Benoit S. (2021年8月). 「通性嫌気性菌の選択的優位性は、感染中に変化する酸素レベルに対処する独自の能力に依存している」. Cellular Microbiology . 23 (8): e13338. doi : 10.1111/cmi.13338 . ISSN 1462-5814. PMID 33813807. S2CID 233027658.
^ ミュラー、フォルカー (2001-04-19)。「細菌発酵」。eLS。土井：10.1038/npg.els.0001415。ISBN 9780470016176。
^ Ryan KJ; Ray CG編 (2004) Sherris Medical Microbiology (第4版) McGraw Hill pp. 261– 271, 273– 296. ISBN 0-8385-8529-9。
^ シングルトン P (1999).生物学、バイオテクノロジー、医学における細菌(第 5 版). Wiley. pp. 444– 454. ISBN 0-471-98880-4。
^ Carlile MJ、Watkinson SC、Gooday GW (2001)。The Fungi (第2版) 。Academic Press。pp. 85– 105。ISBN 0-12-738446-4。
^ Schöttler, U. (1979年11月30日). 「Nereis属3種の嫌気性代謝について（環形動物）」(PDF) . Marine Ecology Progress Series . 1 : 249–54 . Bibcode :1979MEPS....1..249S. doi : 10.3354/meps001249 . ISSN 1616-1599 . 2010年2月14日閲覧。
^ Yamamoto, N., & Droffner, ML (1985). 通性嫌気性菌サルモネラチフス菌の好気性または嫌気性増殖を決定するメカニズム。米国科学アカデミー紀要、82 (7), 2077-2081. https://doi.org/10.1073/pnas.82.7.2077
^ HW ドエル (1974)。二量体および四量体ホスホフルクトキナーゼと大腸菌 K-12 におけるパスツール効果。FEBS レット、49 (2)、220-222。 PII: 0014-5793(74)80516-8 ( core.ac.uk )
^ パスツール L (1857)。『Mémoire sur la fermentation applée lactique』［ラクティックと呼ばれる発酵についての論文］。Comptes rendus de l'Académie des Sciences (フランス語)。45 (913–916): 1032–1036。
^ Rolfe, MD, Ocone, A., Stapleton, MR, Hall, S., Trotter, EW, Poole, RK, ... & Green, J. (2012). 安定した酸素濃度と動的な酸素濃度の環境における転写因子活性のシステム分析。Open biology、2 (7)、120091。https://doi.org/10.1098/rsob.120091
^ ab Unden, Gottfried; Trageser, Martin (1991). 「大腸菌における酸素制御遺伝子発現：FNRタンパク質による嫌気呼吸の制御」Antonie van Leeuwenhoek . 59 (2): 65– 76. doi :10.1007/BF00445650. ISSN 0003-6072. PMID 1854188. S2CID 33083164.
^ Ginger, Michael L.; Fritz-Laylin, Lillian K.; Fulton, Chandler; Cande, W. Zacheus; Dawson, Scott C. (2010-12-01). 「原生生物における中間代謝：進化的に多様な真核生物における通性嫌気性代謝のシーケンスベースの視点」。原生生物。161 ( 5 ): 642– 671。doi : 10.1016/ j.protis.2010.09.001。ISSN 1434-4610。PMC 3021972。PMID 21036663。
^ Jennewein, Jonas; Matuszak, Jasmin; Walter, Steffi; Felmy, Boas; Gendera, Kathrin; Schatz, Valentin; Nowottny, Monika; Liebsch, Gregor; Hensel, Michael; Hardt, Wolf-Dietrich; Gerlach, Roman G.; Jantsch, Jonathan (2015年12月)。「Salmonella感染腸組織で見つかった低酸素圧は、抗菌活性を損ないSalmonellaの毒性を増強することで、マクロファージにおけるSalmonellaの複製を促進する：低酸素症とサルモネラの複製」。細胞微生物学。17 (12): 1833– 1847。doi : 10.1111/ cmi.12476。PMID 26104016。

外部リンク

通性嫌気性細菌
偏性嫌気性細菌
嫌気性細菌と有機物の分解（安定化）における嫌気性細菌。2009-02-05 にWayback Machineでアーカイブされました。

[:0-1] André, Antonin C.; Debande, Lorine; Marteyn, Benoit S. (2021年8月). 「通性嫌気性菌の選択的優位性は、感染中に変化する酸素レベルに対処する独自の能力に依存している」. Cellular Microbiology . 23 (8): e13338. doi : 10.1111/cmi.13338 . ISSN 1462-5814. PMID 33813807. S2CID 233027658.

[2] ミュラー、フォルカー (2001-04-19)。「細菌発酵」。eLS。土井：10.1038/npg.els.0001415。ISBN 9780470016176。

[Sherris-3] Ryan KJ; Ray CG編 (2004) Sherris Medical Microbiology (第4版) McGraw Hill pp. 261– 271, 273– 296. ISBN 0-8385-8529-9。

[Singleton-4] シングルトン P (1999).生物学、バイオテクノロジー、医学における細菌(第 5 版). Wiley. pp. 444– 454. ISBN 0-471-98880-4。

[Carlile-5] Carlile MJ、Watkinson SC、Gooday GW (2001)。The Fungi (第2版) 。Academic Press。pp. 85– 105。ISBN 0-12-738446-4。

[6] Schöttler, U. (1979年11月30日). 「Nereis属3種の嫌気性代謝について（環形動物）」(PDF) . Marine Ecology Progress Series . 1 : 249–54 . Bibcode :1979MEPS....1..249S. doi : 10.3354/meps001249 . ISSN 1616-1599 . 2010年2月14日閲覧。

[7] Yamamoto, N., & Droffner, ML (1985). 通性嫌気性菌サルモネラチフス菌の好気性または嫌気性増殖を決定するメカニズム。米国科学アカデミー紀要、82 (7), 2077-2081. https://doi.org/10.1073/pnas.82.7.2077

[8] HW ドエル (1974)。二量体および四量体ホスホフルクトキナーゼと大腸菌 K-12 におけるパスツール効果。FEBS レット、49 (2)、220-222。 PII: 0014-5793(74)80516-8 ( core.ac.uk )

[9] パスツール L (1857)。『Mémoire sur la fermentation applée lactique』［ラクティックと呼ばれる発酵についての論文］。Comptes rendus de l'Académie des Sciences (フランス語)。45 (913–916): 1032–1036。

[10] Rolfe, MD, Ocone, A., Stapleton, MR, Hall, S., Trotter, EW, Poole, RK, ... & Green, J. (2012). 安定した酸素濃度と動的な酸素濃度の環境における転写因子活性のシステム分析。Open biology、2 (7)、120091。https://doi.org/10.1098/rsob.120091

[:1-11] Unden, Gottfried; Trageser, Martin (1991). 「大腸菌における酸素制御遺伝子発現：FNRタンパク質による嫌気呼吸の制御」Antonie van Leeuwenhoek . 59 (2): 65– 76. doi :10.1007/BF00445650. ISSN 0003-6072. PMID 1854188. S2CID 33083164.

[12] Ginger, Michael L.; Fritz-Laylin, Lillian K.; Fulton, Chandler; Cande, W. Zacheus; Dawson, Scott C. (2010-12-01). 「原生生物における中間代謝：進化的に多様な真核生物における通性嫌気性代謝のシーケンスベースの視点」。原生生物。161 ( 5 ): 642– 671。doi : 10.1016/ j.protis.2010.09.001。ISSN 1434-4610。PMC 3021972。PMID 21036663。

[13] Jennewein, Jonas; Matuszak, Jasmin; Walter, Steffi; Felmy, Boas; Gendera, Kathrin; Schatz, Valentin; Nowottny, Monika; Liebsch, Gregor; Hensel, Michael; Hardt, Wolf-Dietrich; Gerlach, Roman G.; Jantsch, Jonathan (2015年12月)。「Salmonella感染腸組織で見つかった低酸素圧は、抗菌活性を損ないSalmonellaの毒性を増強することで、マクロファージにおけるSalmonellaの複製を促進する：低酸素症とサルモネラの複製」。細胞微生物学。17 (12): 1833– 1847。doi : 10.1111/ cmi.12476。PMID 26104016。