مروری اجمالی بر باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری
باکتری‌ها بر اساس توانایی زنده ماندن در محیط، در دو گروه اصلی جای می‌گیرند و به طور کلی به‌عنوان موجودات هوازی و بی‌هوازی طبقه‌بندی می‌شوند. اما علاوهبر این دو گروه اصلی، گروه سومی از میکروارگانیسمها وجود دارند که می‌توانند در هر دو شرایط هوازی و بی‌هوازی زنده بمانند و رشد کنند. چنین موجوداتی را باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری می‌نامند.
ارگانیسم‌های اختیاری به دلیل توانایی خود می‌توانند در حضور و یا غیاب اکسیژن زنده بمانند. همین موضوع باعث شده است تنوع بالایی در اکوسیستم‌های مختلف داشته باشند. بیشتر پاتوژن‌های انسانی نیز از نوع میکروارگانیسم‌های بی هوازی اختیاری هستند.
در این مقاله قصد داریم به بررسی برخی ویژگی‌ها، استراتژی‌های متابولیک و اهمیت این گونه ارگانیسم‌های اختیاری بپردازیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.
مروری بر باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری
باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری، از دیدگاه تکاملی، به عنوان پیشرفته‌ترین گونه‌های باکتریایی در نظر گرفته می شوند. این باکتری‌ها، همانطور که از نامشان پیداست، می توانند در غیاب و همچنین در حضور اکسیژن مولکولی زنده بمانند و رشد کنند.
میکروارگانیسم‌های اختیاری می‌توانند متابولیسم خود را بر اساس در دسترس بودن اکسیژن تغییر دهند. اگر اکسیژن مولکولی در دسترس باشد، از اکسیژن به عنوان گیرنده الکترون پایانی در طول زنجیره تنفسی استفاده می‌کنند. اگر اکسیژن مولکولی در دسترس نباشد، از بسترهای دیگری مانند نیترات (NO3-)، نیتریت (NO2-) و سولفات (SO42-) استفاده می‌کنند.
مثال‌هایی از باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری
در جدول زیر به بررسی برخی از مهمترین باکتری‌های بی هوازی اختیاری رایج خواهیم پرداخت.
| Categories | Examples |
| Gram +ve bacteria | Bacillus anthracis |
| Gram -ve bacteria | E. coli |
| Gram -ve bacteria | Klebsiella pneumoniae |
| Gram -ve bacteria | Proteus mirabilis |
| Gram -ve bacteria | Yersinia pestis |
| Gram -ve bacteria | Aeromonas spp |
| Gram +ve bacteria | Listeria spp |
| Gram -ve bacteria | Salmonella spp |
| Gram +ve bacteria | Staphylococcus spp |
| Gram -ve bacteria | Vibrio spp |
استراتژی‌های متابولیک بی هوازی‌های اختیاری
در ادامه به بررسی استراتژی‌های متابولیک باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری خواهیم پرداخت.
تنفس هوازی
در تنفس هوازی، مولکول‌های آب و انرژی تولید می‌شود. اگر مولکول‌های اکسیژن آزاد به میزان زیادی در زیستگاه میکروارگانیسمها وجود داشته باشد، باکتری‌های بی هوازی اختیاری این حالت تنفس را دنبال می‌کنند تا مولکول‌های گلوکز را به مولکول انرژی (ATP)تبدیل کنند. تنفس هوازی تعداد زیادی ATP تولید می‌کند (سی و هشت ATP از یک مولکول گلوکز). به همین دلیل بیهوازیهای اختیاری بیشتر به این نوع تنفس علاقه‌مند هستند.
تنفس بی هوازی
تنفس بی هوازی نیز نوعی تنفس سلولی است که در آن الکترون انتهایی به مولکول‌هایی غیر از اکسیژن مولکولی (O2) منتقل می‌شود. مانند نیترات، نیتریت، سولفات، فومارات، گوگرد و غیره. طی این واکنش نیز مولکول‌های آب و مولکول انرژی (ATP) تولید می‌گردد.
در غیاب اکسیژن مولکولی، باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری، تنفس خود را به حالت بی هوازی تغییر می‌دهند. در این نوع تنفس، از هر مولکول گلوکز تنها 2 مولکول ATP تولید می‌شود.
تخمیر
تخمیر یک فرآیند متابولیک است که در آن ترکیبات آلی به صورت بی هوازی و تحت تأثیر آنزیم‌ها تجزیه شده و ترکیبات آلی مانند الکل، استون و یا اسیدها تولید می‌شوند.
اهمیت بالینی بی هوازی اختیاری
بیشتر میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا که باعث عفونت‌های سیستمیک می‌شوند، بی‌هوازی اختیاری هستند. از آنجایی که اکسیژن آزاد محدودی در داخل سلول‌ها و بافت‌ها وجود دارد، میکروارگانیسم‌هایی که به چنین مکان‌هایی حمله می‌کنند و آنها را آلوده می‌کنند، برای کسب انرژی و بقا باید یک حالت تنفس غیرهوازی داشته باشند.
بیشتر عفونت‌های زخم، ذات‌الریه و عفونت‌های دستگاه تنفسی، عفونت‌های دستگاه ادراری، عفونت‌های خونی و عفونت‌های بافت عمیق ناشی از بی‌هوازی اختیاری هستند.
برخی از باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری رایج که سبب ایجاد بیماری در انسان می‌شوند عبارتند از:
- coli
- Klebsiella spp.
- Salmonella spp.
- aeruginosa
- Staphylococcus aureus
- Enterococcus faecalis
- Streptococcus pyogenes
- pneumonia
البته علاوهبر باکتری، پاتوژن‌های قارچی نیز می‌توانند به صورت بی‌هوازی اختیاری عمل کنند. مانند
- Candida albicans
- glabrata
- Cryptococcus neoformans
- fumigatus Aspergillus
لازم به ذکر است که از میان 12 پاتوژن مقاوم به آنتی بیوتیک که در فهرست پاتوژن‌های سازمان جهانی بهداشت قرار گرفته‌اند، 8 مورد بی‌هوازی اختیاری هستند.
بیش از 85 درصد از عوامل بیماری‌زا که باعث باکتریمی در کودکان می‌شوند نیز بی‌هوازی اختیاری هستند.
حتی چندین فلور طبیعی دستگاه تنفسی و دستگاه گوارش بی هوازی اختیاری هستند.
میکروبیوم روده انسان نیز از طیف گسترده‌ای از باکتری‌های بی هوازی اختیاری تشکیل شده است که نقش مهمی در هضم و تخمیر غذای بلعیده شده ایفا می‌کنند.
فواید باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری
آیا باکتری‌های بی هوازی اختیاری فوایدی هم دارند؟ در ادامه به برسی این موضوع خواهیم پرداخت.
اهمیت اکولوژیکی باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری
همانطور که در بخش‌های قبلی گفته شد، طی تنفس بی‌هوازی، باکتری‌ها از مواد معدنی مانند نیترات، نیتریت، سولفات، فومارات، گوگرد و غیره به عنوان گیرنده الکترون پایانی استفاده می‌کنند.
از این‌رو، به تجزیه مواد آلی در لایه‌های داخلی خاک کمک می‌کنند و نقشی اساسی در حفظ سلامت و اکوسیستم خاک دارند.
تخمیر مواد غذایی
گونه‌های باکتریایی و قارچی که بی‌هوازی اختیاری هستند، برای تولید انواع غذاها و نوشیدنی‌های سنتی و مدرن استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، باکتری‌های اسید لاکتیک (مانند لاکتوباسیلوس، استرپتوکوک ترموفیل‌ها و غیره) برای تولید پنیر، ماست، خیار شور و گونه‌های استوباکتر برای تخمیر سرکه کاربرد دارند.
زیست پالایی
باکتری‌های بی‌هوازی اختیاری برای تجزیه آلاینده‌های آلی پیچیده در فرآیند کمپوست سازی استفاده می‌شوند. چندین گونه نیز برای تولید سوخت زیستی در صنایع بیوتکنولوژی استفاده می‌شود.
سخن پایانی
ارگانیسم‌های هوازی – بی‌هوازی اختیاری نسبت به سایر گونه‌ها در سازگاری و متابولیسم مزیت انتخاب دارند زیرا می‌توانند بسته به تامین اکسیژن بین تنفس هوازی و بی هوازی جابجا شوند. این مزیت به آنها اجازه می‌دهد در طیف وسیعی از زیستگاه‌ها رشد کنند. مهمترین نقش آنها در پاتوژنز بیماری است، زیرا گروه بزرگی از باکتری‌های بیماری زای انسانی و فلور طبیعی بی‌هوازی اختیاری هستند. آنها همچنین نقش مهمی در چرخه مواد مغذی، حفظ اکوسیستم، صنایع بیوتکنولوژی و سایر کاربردهای انسانی دارند
