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厌氧微生物培养分离:过去、现在和未来-上海跃进医疗器械有限公司

[导读]厌氧菌是地球上数量最多、物种最丰富的微生物,也是分类上报道最少的微生物。它们对氧气敏感、生长条件苛刻,不容易培养分离。本文简要总结了厌氧微生物的研究历史,分析了限制厌氧微生物培养分离的主要因素,上海跃进医疗器械有限公司

厌氧菌是地球上数量最多、物种最丰富的微生物,也是分类上报道最少的微生物。它们对氧气敏感、生长条件苛刻,不容易培养分离。本文简要总结了厌氧微生物的研究历史,分析了限制厌氧微生物培养分离的主要因素,讨论了厌氧微生物培养分离的策略和方法,回顾了国内外厌氧微生物的系统分类学现状,并展望了厌氧微生物培养分离的发展趋势。

根据微生物对氧气的利用和耐受程度,科学家曾经将它们分为好氧、微好氧、严格厌氧、兼性厌氧和耐氧微生物(表1)。厌氧微生物无法在有氧条件下生长。兼性厌氧微生物在有无氧条件下都可以生长繁殖。耐氧微生物则能够在厌氧条件下生长,也能耐受一定浓度的氧气。过去认为氧气浓度达到巴斯德点(Pasteur point),即氧分压达到当前大气氧分压水平(PAL)的1%(大约相当于94μmol/L),是好氧微生物和厌氧微生物生长的分界点[1,2]。但Baughn等发现厌氧菌Bacteroides fragilis利用nmol/L级的氧气生长[3]。这类厌氧菌被定义为“纳级厌氧菌(Nanaerobe)”[3]。Stolper等发现某些好氧微生物也可以在氧气浓度<3 nmol/L条件下生长[4]。严格厌氧微生物对氧气的适应和生长耐受机制还有待进一步研究。

氧气在细胞内能以氧自由基(O2/ROS)的形式存在,如O2–·、H2O2、·OH和1O2,微生物细胞除了产生抗坏血酸和谷胱氨肽等小分子的抗氧化剂外,也可以产生抗氧化酶来消除氧自由基的胁迫,如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗氧化蛋白(PXs)[6]。Mc Cord等认为严格厌氧微生物不含有超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶活性(CAT),而耐氧微生物则能利用超氧化合物氧化酶(SOR)抵御一定浓度的氧胁迫[7]。但是S’lesak等分析了100种严格厌氧微生物,发现93%的菌种中至少含有一种抗氧化酶[6]。从能量代谢的角度,厌氧微生物无法利用氧气作为末端电子受体获取ATP,只能通过底物水平磷酸化,或者利用硫酸盐等外源电子受体进行厌氧呼吸获得能量[8]。好氧微生物通过呼吸链传递电子并获取ATP,其中氧化酶作为关键功能酶,一度也被认为是好氧微生物独有的特征酶。Baughn等发现厌氧菌利用细胞色素bd氧化酶(cytochrome bd oxidase)利用nmol/L级的氧气生长[3]。进一步研究发现很多严格厌氧菌如Archaeoglobus fulgidus、Desulfovibrio gigas、Methanosarcina barkeri和Moorella thermoacetica都含有类似的细胞色素bd氧化酶编码基因,可能都具有类似的低氧代谢能力[3,9,10]。因此,通过厌氧微生物基因组中是否含有抗氧化酶和氧化酶基因,也难以准确区分它们是否属于厌氧微生物[1]。


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