Was ist der Unterschied zwischen Aerobiern und Anaerobiern?

Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, wurden in verschiedene Gruppen eingeteilt, abhängig von unterschiedlichen Merkmalen wie unter anderem physischem Erscheinungsbild, Kultureigenschaften, Energie- und Nährstoffbedarf, Biosynthesekapazität, optimaler Wachstumstemperatur und Sauerstoffbedarf. Eine der zur Trennung von Bakterien verwendeten Klassifizierungen ist der Sauerstoffbedarf, der die Gruppe in zwei Hauptgruppen unterteilt, nämlich die Aerobier oder Bakterienarten, die im Allgemeinen Sauerstoff für ihr Wachstum benötigen, und die Anaerobier oder Bakterien, die keinen Sauerstoff für ihr Wachstum benötigen.

Sauerstoff (O2) ist ein wichtiges Molekül für den Stoffwechsel, das Wachstum und das Überleben vieler Mikrobenarten. Einige Gruppen können jedoch in der Gegenwart von Sauerstoff nicht überleben, während andere zwischen diesen beiden liegen und als sauerstofftolerante Mikroben gelten. Bei biochemischen Reaktionen mit Sauerstoff entstehen hochreaktive Moleküle wie Wasserstoffperoxid und Superoxid-Radikale, die den Organismus schädigen. Um die Wirkung dieser Moleküle zu bekämpfen, verfügen Bakterien über Enzyme, die freie Radikale in sicherere Formen von Sauerstoffverbindungen wie Wasser umwandeln. Einige Mikroben, Aerobier, besitzen Enzyme wie Katalase, Peroxidase und Superoxiddismutase, die im Sauerstoffstoffwechsel eingesetzt werden. Andere, die Anaerobier, verfügen nicht über Enzyme zur Umwandlung dieser freien Radikale und können daher in Gegenwart von Sauerstoff in der Umgebung nicht überleben.

Die erste Gruppe, die sogenannten Aerobier, wird in drei Klassen unterteilt: die obligaten Aerobier, die Sauerstoff für ihren Stoffwechsel und ihre Biosynthese benötigen, hauptsächlich für die aerobe Atmung, fakultative Aerobier hingegen benötigen keinen Sauerstoff, können aber in dessen Gegenwart optimal wachsen, und die Das letzte sind die mikroaerophilen Aerobier, die für ihren Stoffwechsel nur sehr geringe Mengen an Sauerstoff verbrauchen, da sie einige sauerstoffempfindliche Moleküle in der Zelle haben. Aerobe Bakterien sind in der Lage, Sauerstoff als endgültigen Elektronenakzeptor zu nutzen und ihn in Wasser umzuwandeln.

Die andere Gruppe sind die Anaerobier, die weiter in zwei Klassen unterteilt werden. Aerotolerante Anaerobier sind diejenigen, die keinen Sauerstoff benötigen, aber auch dann überleben, wenn Sauerstoff vorhanden ist, aber keinen Sauerstoff in ihrem Stoffwechsel nutzen können. Obligatorische Anaerobier hingegen können nicht überleben, wenn Sauerstoff in ihre Umgebung eingebracht wird. Im Vergleich zu Aerobiern nutzen Anaerobier während des Energiestoffwechsels andere Moleküle wie Kohlendioxid, Schwefel und Acetat als endgültige Elektronenakzeptoren.

Es gibt bestimmte biochemische Reaktionen, mit denen Bakterien anhand ihres Sauerstoffbedarfs klassifiziert werden. In der Regel werden dem Medium Redoxreaktionsindikatorfarbstoffe zugesetzt, um festzustellen, ob ein unbekanntes Bakterium Sauerstoff verwerten kann. Resazurin-Farbstoff ist ein häufig verwendeter Farbstoff zur Demonstration anaerober Bedingungen und der Sauerstoffverwertung. Bei Reduktion ändert sich seine Farbe von blau nach rosa, was auf eine Reaktion mit Sauerstoff hinweist. Die Intensität der Farbveränderung hängt üblicherweise mit dem Sauerstoffbedarf der im Medium vorhandenen Bakterienarten zusammen. Diese Methode wird normalerweise in Milch durchgeführt, um anaerobe Bedingungen in der Milch nachzuweisen.

Einige Forscher neigen dazu, Probleme bei der Durchführung konventioneller Techniken zur Bestimmung des Sauerstoffbedarfs von Bakterien zu haben, da nicht alle Bakterienarten im Labor kultiviert werden können, während andere, insbesondere einige anaerobe Bakterien, sehr empfindlich auf die Anwesenheit von Sauerstoff reagieren und strenge Techniken erfordern um anaerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten. Mit Hilfe neuer Technologien wie Sequenzierungstechnologien kann die Bestimmung des Sauerstoffbedarfs und anderer biochemischer Eigenschaften jedoch problemlos durchgeführt werden. Die Sequenzierung des gesamten Genoms bietet eine ganzheitliche Sicht auf alle Eigenschaften, die ein Organismus besitzt. Damit kann festgestellt werden, ob ein Organismus über Gene verfügt, die für Enzyme kodieren, die im Sauerstoffstoffwechsel verwendet werden. Andererseits können spezifische Sequenzierungstechniken wie die Transkriptomsequenzierung verwendet werden, um die Reaktion von Bakterien auf Änderungen der Wachstumsbedingungen wie Schwankungen der Sauerstoffkonzentration zu sehen.