Войти
В биологии, syntrophy, synthrophy или перекрестного кормления (от греческого син означающего вместе, trophe смысл питание) это явление одного вида, живущих за счет продуктов метаболизма другого вида. В этом типе биологического взаимодействия рост одного партнера зависит от питательных веществ, факторов роста или субстратов, предоставляемых другим партнером. Ян Долфинг описывает синтрофию как «критическую взаимозависимость между производителем и потребителем ». Этот термин для обозначения пищевой взаимозависимости часто используется в микробиологии для описания симбиотических отношений между видами бактерий. Моррис и др. описали этот процесс как «обязательный мутуалистический метаболизм ».
Синтрофия играет важную роль в большом количестве микробных процессов.
Отличительной чертой жвачных животных, таких как коровы и козы, является желудок, называемый рубцом. Рубец содержит миллиарды микробов, многие из которых являются синтрофными. Отличный пример этой синтрофии - межвидовой перенос водорода. Некоторые анаэробные ферментирующие микробы в рубце (и других желудочно-кишечных трактах) способны разлагать органические вещества до короткоцепочечных жирных кислот и водорода. Накапливающийся водород подавляет способность микробов продолжать разлагать органические вещества, но присутствие синтрофных микробов, потребляющих водород, позволяет продолжать рост за счет метаболизма продуктов жизнедеятельности. Кроме того, ферментативные бактерии получают максимальный выход энергии, когда протоны используются в качестве акцепторов электронов с одновременным образованием H 2 . Организмы, потребляющие водород, включают метаногены, сульфатредукторы, ацетогены и другие. Некоторые продукты ферментации, такие как жирные кислоты длиннее двух атомов углерода, спирты длиннее одного атома углерода, а также ароматические жирные кислоты с разветвленной цепью, нельзя напрямую использовать в метаногенезе.
В процессах ацетогенеза эти продукты окисляются до ацетата и H 2 обязательными протонредуцирующими бактериями в синтрофных отношениях с метаногенными археями, поскольку низкое парциальное давление H 2 необходимо для того, чтобы ацетогенные реакции были термодинамически благоприятными (ΔG lt;0).
Количество бактериальных клеток, которые живут на теле человека или в нем, например, во всем пищеварительном канале и на коже, примерно в 10 раз превышает общее количество клеток человека в нем. Эти микробы жизненно важны, например, для работы пищеварительной и иммунной систем.
Другой пример - множество организмов, которые питаются фекалиями или навозом. Коровы рацион состоит в основном из травы, то целлюлоза из которых трансформируется в липиды с помощью микроорганизмов в коровьей толстой кишке. Эти микроорганизмы не могут использовать липиды из-за недостатка кислорода в кишечнике, поэтому корова не поглощает все производимые липиды. Когда обработанная трава покидает кишечник в виде навоза и выходит на открытый воздух, многие организмы, такие как навозный жук, питаются ею.
Еще один пример - сообщество микроорганизмов в почве, которые живут за счет опада из листьев. Листья обычно длятся год, а затем заменяются новыми. Эти микроорганизмы минерализуют выброшенные листья и высвобождают питательные вещества, которые усваиваются растением. Такие отношения называются взаимной синтрофией, потому что растение живет за счет продуктов микроорганизмов. Многие симбиотические отношения основаны на синтрофии.
Синтрофные микробные пищевые сети могут играть важную роль в разложении органических загрязнителей, таких как масла, ароматические соединения и аминокислоты.
Загрязнение окружающей среды нефтью имеет большое экологическое значение, но может быть опосредовано синтрофической деградацией. Алканы представляют собой углеводородные цепи, которые являются основным химическим компонентом сырой нефти и были экспериментально разрушены синтрофными микробными пищевыми сетями. Углеводороды масла расщепляются после активации фумаратом, химическим соединением, которое регенерируется другими микроорганизмами. Без регенерации у микробов, разлагающих масло, в конечном итоге закончится фумарат, и процесс остановится. Это нарушение имеет решающее значение в процессах биоремедиации и глобального круговорота углерода.
Синтрофные микробные сообщества играют ключевую роль в расщеплении ароматических соединений, которые являются обычными загрязнителями. Разложение ароматического бензоата до метана дает множество промежуточных соединений, таких как формиат, ацетат, CO. 2 и H 2. Накопление этих продуктов делает разложение бензоата все менее благоприятным. Эти промежуточные продукты затем могут поглощаться и метаболизироваться синтрофически с помощью метаногенов, чтобы сделать весь процесс более термодинамически благоприятным.
Исследования показали, что бактериальная деградация аминокислот может быть значительно усилена в процессе синтрофии. Микробы растут плохо на аминокислотных субстратов аланин, аспартат, серин, лейцин, валин и глицин может иметь скорость их роста резко увеличился на syntrophic H 2 акцепторы. Эти поглотители, такие как Methanospirillum и Acetobacterium, метаболизируют отходы H 2, образующиеся при расщеплении аминокислот, предотвращая накопление токсинов. Другой способ улучшить расщепление аминокислот - это межвидовой перенос электронов, опосредованный формиатом. Такой метод используют такие виды, как Desulfovibrio.
Основная причина синтрофических отношений между двумя бактериальными организмами обобщается как взаимосвязь, при которой метаболическая активность каждого участника не может независимо преодолевать термодинамическое давление реакции в стандартных условиях, даже когда в окружающую среду добавляется косубстрат или питательное вещество. Следовательно, для уменьшения размера промежуточного пула требуется сотрудничество другого участника.
Methanobacillus omelianskii культура является классическим примером в демонстрации того, как два отдельных, неблагоприятные реакции, может быть осуществлена с помощью syntrophic взаимодействий. Организм S и организм MoH Methanobacillus omelianskii окисляют этанол до ацетата и метана посредством процесса, называемого межвидовым переносом водорода. Особи организма S наблюдаются как облигатные анаэробные бактерии, которые используют этанол в качестве донора электронов, тогда как MoH ( штамм Methanobacterium bryantii MoH ) представляет собой метаногены, которые окисляют газообразный водород с образованием метана. Эти две метаболические реакции можно показать следующим образом:
Сложные органические соединения, такие как этанол, пропионат, бутират и лактат, нельзя напрямую использовать в качестве субстратов для метаногенеза метаногенами. С другой стороны, ферментация этих органических соединений не может происходить в ферментирующих микроорганизмах, если концентрация водорода не снижена до низкого уровня метаногенами. В этом случае водород, несущее электроны соединение (медиатор), транспортируется от ферментирующих бактерий к метаногену посредством процесса, называемого опосредованным межвидовым переносом электронов (MIET), когда медиатор переносится вниз по градиенту концентрации, создаваемому термодинамически благоприятной связанной парой. окислительно-восстановительная реакция.
