Organismo anaeróbico

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Un organismo anaeróbico o anaerobio es cualquier organismo que no requiere oxígeno molecular para crecer. Puede reaccionar negativamente o incluso morir si hay oxígeno libre presente. En contraste, un organismo aeróbico (aerobio) es un organismo que requiere un ambiente oxigenado. Los anaerobios pueden ser unicelulares (por ejemplo, protozoos, bacterias) o multicelulares. La mayoría de los hongos son aerobios obligados y requieren oxígeno para sobrevivir. Sin embargo, algunas especies, como Chytridiomycota que residen en el rumen del ganado, son anaerobios obligados; para estas especies, se usa la respiración anaeróbica porque el oxígeno interrumpirá su metabolismo o los matará. Las aguas profundas del océano son un ambiente anóxico común.

Primera observación

En su carta del 14 de junio de 1680 a la Royal Society, Antonie van Leeuwenhoek describió un experimento que llevó a cabo llenando dos tubos de vidrio idénticos hasta la mitad con pimienta en polvo molida, a la que se añadió un poco de agua de lluvia limpia. Van Leeuwenhoek selló uno de los tubos de vidrio con una llama y dejó abierto el otro tubo de vidrio. Varios días después, descubrió en el tubo de vidrio abierto "una gran cantidad de animálculos muy pequeños, de diversos tipos que tenían su propio movimiento particular". Sin esperar ver nada de vida en el tubo de vidrio sellado, Van Leeuwenhoek vio para su sorpresa "una especie de animálculos vivos que eran redondos y más grandes que los más grandes que he dicho que estaban en el otro agua". Las condiciones en el tubo sellado se habían vuelto bastante anaeróbicas debido al consumo de oxígeno por parte de los microorganismos aeróbicos.

En 1913, Martinus Beijerinck repitió el experimento de Van Leeuwenhoek e identificó Clostridium butyricum como una bacteria anaerobia prominente en el líquido del tubo de infusión de pimienta sellado. Beijerinck comentó:

"Llegamos así a la notable conclusión de que, sin lugar a dudas, Van Leeuwenhoek en su experimento con el tubo completamente cerrado había cultivado y visto bacterias anaerobias genuinas, lo que volvería a ocurrir solo después de 200 años, es decir, alrededor de 1862 por Pasteur. Es comprensible que Leeuwenhoek, cien años antes del descubrimiento del oxígeno y la composición del aire, no fuera consciente del significado de sus observaciones. Pero el hecho de que en el tubo cerrado observara un aumento de la presión del gas causado por bacterias fermentativas y además viera las bacterias, prueba en todo caso que no sólo era un buen observador, sino que también fue capaz de diseñar un experimento del que sacar una conclusión. podría dibujarse.

Clasificación

A efectos prácticos, existen tres categorías de anaerobios:

Sin embargo, esta clasificación ha sido cuestionada después de que investigaciones recientes mostraran que los "anaerobios obligados" humanos (como Finegoldia magna o la arquea metanogénica Methanobrevibacter smithii ) pueden cultivarse en una atmósfera aeróbica si el medio de cultivo se complementa con antioxidantes como ácido ascórbico, glutatión y ácido úrico.

Metabolismo energético

Algunos anaerobios obligados usan la fermentación, mientras que otros usan la respiración anaeróbica. Los organismos aerotolerantes son estrictamente fermentativos. En presencia de oxígeno, los anaerobios facultativos utilizan la respiración aeróbica. En ausencia de oxígeno, algunos anaerobios facultativos utilizan la fermentación, mientras que otros pueden utilizar la respiración anaeróbica.

Fermentación

Hay muchas reacciones fermentativas anaerobias.

Los organismos anaeróbicos fermentativos suelen utilizar la vía de fermentación del ácido láctico:C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 fosfato → 2 ácido láctico + 2 ATP + 2 H 2 O

La energía liberada en esta reacción (sin ADP ni fosfato) es de aproximadamente 150 kJ por mol, que se conserva al generar dos ATP a partir de ADP por glucosa. Esto es sólo el 5% de la energía por molécula de azúcar que genera la reacción aeróbica típica aprovechando la alta energía del O 2.

Las plantas y hongos (p. ej., levaduras) en general utilizan la fermentación de alcohol (etanol) cuando el oxígeno se vuelve limitante:C 6 H 12 O 6 (glucosa) + 2 ADP + 2 fosfato → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 ↑ + 2 ATP + 2 H 2 O

La energía liberada es de unos 180 kJ por mol, que se conserva al generar dos ATP a partir de ADP por glucosa.

Las bacterias anaerobias y las arqueas utilizan estas y muchas otras vías fermentativas, por ejemplo, fermentación con ácido propiónico, fermentación con ácido butírico, fermentación con disolvente, fermentación ácida mixta, fermentación con butanodiol, fermentación Stickland, acetogénesis o metanogénesis.

Cultivo de anaerobios

Dado que el cultivo microbiano normal ocurre en el aire atmosférico, que contiene oxígeno molecular, el cultivo de anaerobios requiere técnicas especiales. Los microbiólogos emplean una serie de técnicas cuando cultivan organismos anaerobios, por ejemplo, la manipulación de bacterias en una caja de guantes llena de nitrógeno o el uso de otros recipientes especialmente sellados, o técnicas como la inyección de bacterias en una planta dicotiledónea, que es una ambiente con oxígeno limitado. El sistema GasPak es un recipiente aislado que logra un entorno anaeróbico mediante la reacción del agua con tabletas de borohidruro de sodio y bicarbonato de sodio para producir gas hidrógeno y dióxido de carbono. Luego, el hidrógeno reacciona con el oxígeno gaseoso en un catalizador de paladio para producir más agua, eliminando así el oxígeno gaseoso. El problema con el método GasPak es que puede producirse una reacción adversa en la que la bacteria puede morir, por lo que se debe utilizar un medio de tioglicolato. El tioglicolato proporciona un medio que imita el de una planta dicotiledónea, proporcionando así no solo un entorno anaeróbico sino también todos los nutrientes necesarios para que las bacterias se multipliquen.

Recientemente, un equipo francés evidenció un vínculo entre redox y anaerobios intestinales basado en estudios clínicos de desnutrición aguda severa. Estos hallazgos condujeron al desarrollo de cultivos aeróbicos de "anaerobios" mediante la adición de antioxidantes en el medio de cultivo.

Multicelularidad

Pocas formas de vida multicelulares son anaeróbicas, ya que sólo el O 2 con su doble enlace débil puede proporcionar suficiente energía para un metabolismo complejo. Las excepciones incluyen tres especies de Loricifera (< 1 mm de tamaño) y Henneguya zschokkei de 10 células.

En 2010 se descubrieron tres especies de loricíferas anaerobias en la cuenca hipersalina anóxica de L'Atalante, en el fondo del mar Mediterráneo. Carecen de mitocondrias que contienen la vía de fosforilación oxidativa, que en todos los demás animales combina oxígeno con glucosa para producir energía metabólica y, por lo tanto, no consumen oxígeno. En cambio, estos loricíferos obtienen su energía del hidrógeno utilizando hidrogenosomas.