معلومة

6.8D: الكشف عن إنتاج الأحماض والغاز - علم الأحياء

6.8D: الكشف عن إنتاج الأحماض والغاز - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يمكن استخدام وسائط الثقافة للتمييز بين أنواع البكتيريا المختلفة عن طريق الكشف عن إنتاج الحمض أو الغاز.

أهداف التعلم

أظهر كيف يتم الكشف عن إنتاج الأحماض الميكروبية والغاز

النقاط الرئيسية

  • تستخدم الوسائط التفاضلية الخصائص الكيميائية الحيوية للكائن الدقيق الذي ينمو في وجود مغذيات أو مؤشرات محددة.
  • لقياس إنتاج الحمض يمكن للمرء استخدام مؤشر الأس الهيدروجيني في الوسائط.
  • تُستخدم طريقة أنبوب دورهام للكشف عن إنتاج الغاز بواسطة الكائنات الحية الدقيقة.

الشروط الاساسية

  • الوسائط التفاضلية: الوسائط التفاضلية أو وسائط المؤشر تميز نوع كائن حي دقيق عن آخر ينمو على نفس الوسائط.

الثقافات والوسائط التفاضلية

يتم إنشاء الثقافة الميكروبيولوجية ، أو الثقافة الميكروبية ، باستخدام طريقة لتكاثر الكائنات الميكروبية عن طريق السماح لها بالتكاثر في وسط استنبات محدد مسبقًا في ظل ظروف معملية خاضعة للرقابة. تُستخدم الثقافات الميكروبية لتحديد نوع الكائن الحي أو وفرته في العينة التي يتم اختبارها أو كليهما. إنها إحدى تقنيات التشخيص الأولية لعلم الأحياء الدقيقة ، حيث يتم استخدامها كأداة لتحديد سبب الأمراض المعدية عن طريق السماح للعامل بالتكاثر في وسط محدد مسبقًا. زراعة الحلق ، على سبيل المثال ، تؤخذ عن طريق كشط بطانة الأنسجة في مؤخرة الحلق وتنشيف العينة في وسط متنامي ؛ سيسمح هذا بالتحليل للكشف عن الكائنات الحية الدقيقة الضارة ، مثل العقدية المقيحة، العامل المسبب لالتهاب الحلق. يمكن استخدام مصطلح "الثقافة" للإشارة إلى عملية استزراع الكائنات الحية ، إلى الوسط الذي نمت فيه ، ويستخدم بشكل عام بشكل غير رسمي للإشارة إلى "النمو الانتقائي" لنوع معين من الكائنات الحية الدقيقة في المختبر.

الوسائط التفاضلية ، والمعروفة أيضًا باسم وسائط المؤشر ، تميز نوعًا من الكائنات الحية الدقيقة عن الآخر الذي ينمو على نفس الوسائط. تستخدم هذه الأنواع من الوسائط الخصائص الكيميائية الحيوية للكائن الدقيق الذي ينمو في وجود مغذيات أو مؤشرات معينة تمت إضافتها إلى الوسط للإشارة بوضوح إلى الخصائص المميزة للكائن الدقيق. تشمل هذه المؤشرات أو العناصر الغذائية على سبيل المثال لا الحصر الأحمر المحايد ، الأحمر الفينول ، يوزين y ، والأزرق الميثيلين. يتم استخدام الوسائط التفاضلية للكشف عن الكائنات الحية الدقيقة ومن قبل علماء الأحياء الجزيئية لاكتشاف سلالات البكتيريا المؤتلفة.

ثقافات دورهام

تُستخدم طريقة أنبوب دورهام للكشف عن إنتاج الغاز بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. إنها ببساطة أنابيب اختبار أصغر يتم إدخالها رأسًا على عقب في أنبوب اختبار آخر. يتم ملء هذا الأنبوب الصغير مبدئيًا بالمحلول الذي ينمو فيه الكائن الدقيق. إذا تم إنتاج الغاز بعد التلقيح والحضانة ، فسيتم احتجاز فقاعة غاز مرئية داخل الأنبوب الصغير. تُفقد فجوة الهواء الأولية الناتجة عند إدخال الأنبوب مقلوبًا أثناء التعقيم ، وعادةً ما يتم إجراؤها عند 121 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة أو نحو ذلك

الإشريكية القولونية

الإشريكية القولونية (بكتريا قولونية) ، وهو عضو على شكل قضيب من مجموعة القولونيات ، يمكن تمييزه عن معظم القولونيات الأخرى من خلال قدرته على تخمير اللاكتوز عند 44 درجة مئوية في اختبار القولونيات البرازية ، ومن خلال نموه وتفاعله اللوني على أنواع معينة من وسائط الاستزراع. عندما يتم تربيتها على لوحة EMB (إيوزين ميثيلين أزرق) ، تكون النتيجة إيجابية لـ بكتريا قولونية هي مستعمرات خضراء معدنية على وسط أرجواني داكن. على عكس مجموعة القولونيات العامة ، بكتريا قولونية هي من أصل برازي بشكل حصري تقريبًا ، وبالتالي فإن وجودها يعد تأكيدًا فعالًا للتلوث البرازي. بعض سلالات بكتريا قولونية يمكن أن يسبب مرضًا خطيرًا عند البشر.

سوربيتول ماكونكي أجار

سوربيتول ماكونكي أجار هو البديل لماكونكي التقليدي الذي يشيع استخدامه في الكشف عن بكتريا قولونية O157: H7. تقليديا ، تم استخدام أجار MacConkey لتمييز تلك البكتيريا التي تخمر اللاكتوز من تلك التي لا تفعل ذلك.

هذا فارق مهم. بكتيريا الأمعاء ، مثل الإشريكية القولونيةيمكن أن تخمر اللاكتوز ؛ مسببات الأمراض المعوية الهامة بما في ذلك السالمونيلا المعوية وأكثر شيغيلاس غير قادرة على تخمر اللاكتوز. شيغيلا سوني يمكن أن تخمر اللاكتوز ، ولكن فقط بعد فترة حضانة طويلة ؛ يشار إليه باسم أ تخمير اللاكتوز المتأخر.

أثناء تخمير السكر ، يتشكل الحمض وتنخفض درجة الحموضة في الوسط ، مما يؤدي إلى تغيير لون مؤشر الأس الهيدروجيني. تستخدم الصيغ المختلفة مؤشرات مختلفة ؛ غالبًا ما يستخدم اللون الأحمر المحايد عند زراعة بكتيريا الأمعاء لأن مخمر اللاكتوز يتحول إلى اللون الأحمر الغامق عند استخدام مؤشر الأس الهيدروجيني هذا. تلك البكتيريا غير القادرة على تخمير اللاكتوز ، وغالبًا ما يشار إليها باسم التخمير غير اللاكتوز (NLFs) تستقلب الببتون في الوسط. يؤدي هذا إلى إطلاق الأمونيا ، مما يرفع درجة الحموضة في الوسط. على الرغم من أن بعض المؤلفين يشيرون إلى NLFs على أنها عديمة اللون ، إلا أنها في الواقع تتحول إلى اللون الأحمر المحايد إلى اللون المصفر.

بكتريا قولونية O157: H7 يختلف عن معظم سلالات أخرى من بكتريا قولونية في عدم القدرة على تخمير السوربيتول. في أجار السوربيتول MacConkey ، يتم استبدال اللاكتوز بالسوربيتول. معظم سلالات بكتريا قولونية تخمير السوربيتول لإنتاج حمض: بكتريا قولونية O157: H7 لا يمكن تخمير السوربيتول ، لذلك تستخدم هذه السلالة الببتون للنمو. يرفع هذا الرقم الهيدروجيني للوسط ، مما يسمح بتمييز سلالة O157: H7 عن غيرها بكتريا قولونية من خلال عمل مؤشر الأس الهيدروجيني في الوسط.


التنظيم السلبي للاستشعار الخلوي للحمض النووي

في الثدييات ، يعد اكتشاف العصارة الخلوية للأحماض النووية أمرًا بالغ الأهمية في بدء الاستجابات الفطرية المضادة للفيروسات ضد مسببات الأمراض الغازية (مثل البكتيريا والفيروسات والفطريات والطفيليات). يتم التوسط في هذه البرامج بواسطة عدة مستشعرات خلوية وداخلية وجزيئات محول (محور c-GAS / STING ومحور TLR9 / MyD88 ، على التوالي) وتؤدي إلى إنتاج الإنترفيرون من النوع الأول (IFNs) ، السيتوكينات المؤيدة للالتهابات ، والكيموكينات. في حين تم توضيح هوية ودور مستقبلات التعرف على الأنماط المتعددة (PRRs) ، يجب تنظيم أنظمة المراقبة المناعية هذه بشكل صارم للحد من الأضرار الجانبية ومنع الاستجابات الشاذة للأحماض الذاتية وغير الذاتية. في هذه المراجعة ، نناقش التطورات الحديثة في فهمنا لكيفية التحكم في استشعار العصارة الخلوية للحمض النووي أثناء الاستجابات المناعية الالتهابية.

الكلمات الدالة: الالتهاب التلقائي العقم Inflammasome Interferon NLRP14 استشعار الحمض النووي التعديلات اللاحقة للترجمة RIG-I STING TBK1 cGAS.

© 2019 Elsevier Inc. جميع الحقوق محفوظة.

الأرقام

الاستشعار الخلوي للحمض النووي عبر ...

الاستشعار الخلوي للحمض النووي عن طريق cGAS / STING. عند الإصابة الفيروسية ، يتعرف cGAS على dsDNA الفيروسي ...

تنظيم إشارات cGAS / STING من خلال Post-Translational ...

تنظيم إشارات cGAS / STING من خلال تعديلات ما بعد الترجمة (PTMs). Ubiquitin E3 ligases وكذلك ...

نوكليازات داخل الخلايا التي تعدل cGAS / STING ...

نوكليازات داخل الخلايا التي تعدل استجابات إشارات cGAS / STING: التعرف على الحمض النووي للذات وغير الذاتي ...

الاستراتيجيات الفيروسية للتهرب من العصارة الخلوية ...

الاستراتيجيات الفيروسية للتهرب من استشعار الحمض النووي الخلوي: للهروب من استشعار العصارة الخلوية ، قفيصة HIV-1 ...

تثبيط NLRP14 للنووية الخلوية ...

تثبيط NLRP14 بوساطة استشعار الحمض النووي العصاري. عند تنشيط الإشارة المعتمدة على STING ، ...


تقنيات الفصل: الكروماتوغرافيا

الكروماتوغرافيا هي تقنية فيزيائية حيوية مهمة تمكن من فصل مكونات الخليط وتحديدها وتنقيتها من أجل التحليل النوعي والكمي. يمكن تنقية البروتينات بناءً على خصائص مثل الحجم والشكل ، والشحنة الإجمالية ، والمجموعات الكارهة للماء الموجودة على السطح ، وقدرة الربط مع المرحلة الثابتة. أربع تقنيات فصل تعتمد على الخصائص الجزيئية ونوع التفاعل تستخدم آليات التبادل الأيوني ، وامتصاص السطح ، والتقسيم ، واستبعاد الحجم. تعتمد تقنيات الكروماتوغرافيا الأخرى على القاعدة الثابتة ، بما في ذلك العمود ، والطبقة الرقيقة ، والكروماتوغرافيا الورقية. يعد الفصل اللوني للعمود أحد أكثر طرق تنقية البروتين شيوعًا.

يعتمد الفصل الكروماتوغرافي على مبدأ حيث يتم تطبيق الجزيئات في الخليط على السطح أو في المادة الصلبة ، ويتم فصل الطور الثابت المائع (الطور المستقر) عن بعضها البعض أثناء التحرك بمساعدة الطور المتحرك. تشمل العوامل المؤثرة في عملية الفصل هذه الخصائص الجزيئية المتعلقة بالامتزاز (صلب - سائل) ، والتقسيم (سائل - صلب) ، وتقارب أو اختلافات بين أوزانها الجزيئية [1 ، 2]. بسبب هذه الاختلافات ، تبقى بعض مكونات الخليط لفترة أطول في الطور الثابت ، وتتحرك ببطء في نظام الكروماتوغرافيا ، بينما يمر البعض الآخر بسرعة إلى الطور المتحرك ، ويترك النظام أسرع [3].

بناءً على هذا النهج ، تشكل ثلاثة مكونات أساس تقنية الكروماتوغرافيا.

المرحلة الثابتة: تتكون هذه المرحلة دائمًا من طور & # x0201csolid & # x0201d أو & # x0201ca من سائل ممتز على السطح ودعامة صلبة & # x0201d.

المرحلة المتنقلة: تتكون هذه المرحلة دائمًا من & # x0201cl Liquid & # x0201d أو & # x0201cgaseous. & # x0201d

يعد نوع التفاعل بين الطور الثابت والطور المتحرك والمواد الموجودة في الخليط هو المكون الأساسي الفعال في فصل الجزيئات عن بعضها البعض. تعتبر طرق الفصل الكروماتوغرافي التي تعتمد على التقسيم فعالة جدًا في الفصل وتحديد الجزيئات الصغيرة مثل الأحماض الأمينية والكربوهيدرات والأحماض الدهنية. ومع ذلك ، فإن كروماتوغرافيا التقارب (أي كروماتوغرافيا التبادل الأيوني) تكون أكثر فعالية في فصل الجزيئات الكبيرة مثل الأحماض النووية والبروتينات. يستخدم كروماتوغرافيا الورق في فصل البروتينات ، وفي الدراسات المتعلقة بتخليق البروتين ، يتم استخدام كروماتوغرافيا الغاز والسائل في فصل مجموعات الكحول ، والإستير ، والدهون ، والمجموعات الأمينية ، ومراقبة التفاعلات الأنزيمية ، بينما يتم استخدام كروماتوغرافيا المنخل الجزيئي خاصة لتحديد الأوزان الجزيئية للبروتينات. يستخدم كروماتوغرافيا Agarose-gel لتنقية الحمض النووي الريبي وجزيئات الحمض النووي والفيروسات [4].

المرحلة الثابتة في الكروماتوغرافيا ، هي مرحلة صلبة أو مرحلة سائلة مغلفة على سطح طور صلب. الطور المتحرك الذي يتدفق عبر الطور الثابت هو طور غازي أو سائل. إذا كان الطور المتحرك سائلًا يطلق عليه كروماتوغرافيا سائلة (LC) ، وإذا كان غازًا ، فإنه يسمى كروماتوجرافيا الغاز (GC). يتم تطبيق كروماتوغرافيا الغاز على الغازات ومخاليط السوائل المتطايرة والمواد الصلبة. يستخدم الكروماتوغرافيا السائلة بشكل خاص للعينات الحرارية غير المستقرة وغير المتطايرة [5].

الغرض من تطبيق الكروماتوغرافيا التي تستخدم كطريقة للتحليل الكمي بصرف النظر عن فصلها ، هو تحقيق فصل مرضٍ خلال فترة زمنية مناسبة. تم تطوير طرق كروماتوغرافيا مختلفة لهذا الغرض. تشمل بعضها كروماتوغرافيا العمود ، كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC) ، كروماتوغرافيا الورق ، كروماتوغرافيا الغاز ، كروماتوغرافيا التبادل الأيوني ، كروماتوغرافيا نفاذية الهلام ، كروماتوغرافيا سائلة عالية الضغط ، وكروماتوغرافيا تقارب [6].

أنواع الكروماتوغرافيا

تغلغل الهلام (المنخل الجزيئي) كروماتوغرافيا

تفاعل كروماتوغرافيا كارهة للماء

الكروماتوغرافيا السائلة عالية الضغط (HPLC)

العامود اللوني

نظرًا لأن البروتينات لها سمات مميزة مختلفة مثل الحجم والشكل والشحنة الصافية والمرحلة الثابتة المستخدمة وسعة الربط ، يمكن تنقية كل عنصر من هذه المكونات المميزة باستخدام طرق كروماتوغرافيا. من بين هذه الطرق ، يتم تطبيق كروماتوغرافيا العمود في أغلب الأحيان. تستخدم هذه التقنية لتنقية الجزيئات الحيوية. على عمود (المرحلة الثابتة) أولاً يتم فصل العينة ، ثم غسل المخزن المؤقت (الطور المتحرك) (الشكل 1). يتم ضمان تدفقها من خلال مادة العمود الداخلية الموضوعة على دعامة من الألياف الزجاجية. تتراكم العينات في الجزء السفلي من الجهاز بطريقة تعتمد على الحجم والحجم [7].

كروماتوغرافيا التبادل الأيوني

يعتمد كروماتوغرافيا التبادل الأيوني على التفاعلات الكهروستاتيكية بين مجموعات البروتين المشحونة ، والمواد الداعمة الصلبة (المصفوفة). تحتوي المصفوفة على حمل أيوني معاكس لحمل البروتين المراد فصله ، ويتم تحقيق تقارب البروتين مع العمود بواسطة الروابط الأيونية. يتم فصل البروتينات من العمود إما عن طريق تغيير الأس الهيدروجيني أو تركيز الأملاح الأيونية أو القوة الأيونية للمحلول المنظم [8]. تسمى مصفوفات التبادل الأيوني موجبة الشحنة مصفوفات تبادل الأنيون ، وهي تمتص البروتينات سالبة الشحنة. بينما تُعرف المصفوفات المرتبطة بمجموعات سالبة الشحنة بمصفوفات التبادل الكاتيوني ، وتمتص البروتينات الموجبة الشحنة (الشكل 2) [9].

كروماتوغرافيا التبادل الأيوني.

نفاذية هلامية (منخل جزيئي) كروماتوغرافيا

المبدأ الأساسي لهذه الطريقة هو استخدام مواد تحتوي على ديكستران لفصل الجزيئات الكبيرة بناءً على اختلافاتها في الأحجام الجزيئية. يستخدم هذا الإجراء أساسًا لتحديد الأوزان الجزيئية للبروتينات ، ولتقليل تركيزات الملح في محاليل البروتين [10]. يتكون الطور الثابت في عمود نفاذ الهلام من جزيئات خاملة ذات مسام صغيرة. يتم تمرير المحلول الذي يحتوي على جزيئات ذات أبعاد مختلفة باستمرار بمعدل تدفق ثابت عبر العمود. لا يمكن للجزيئات الأكبر من المسام أن تتغلغل في جزيئات الهلام ، ويتم الاحتفاظ بها بين الجسيمات داخل منطقة محدودة. تمر الجزيئات الأكبر عبر الفراغات بين الجسيمات المسامية ، وتتحرك بسرعة داخل العمود. تنتشر الجزيئات الأصغر من المسام في المسام ، وعندما تصبح الجزيئات أصغر ، فإنها تترك العمود بأوقات احتفاظ أطول نسبيًا (الشكل 3) [11]. نوع Sephadeks G هو أكثر مواد العمود استخدامًا. إلى جانب ذلك ، تُستخدم أيضًا ديكستران ، أجوروز ، بولي أكريلاميد كمواد عمود [12].

تغلغل الهلام (المنخل الجزيئي) كروماتوغرافيا.

اللوني تقارب

تُستخدم تقنية الكروماتوغرافيا هذه لتنقية الإنزيمات والهرمونات والأجسام المضادة والأحماض النووية والبروتينات المحددة [13]. يقوم الترابط الذي يمكن أن يصنع مركبًا ببروتين معين (ديكستران ، بولي أكريلاميد ، سليلوز ، إلخ) بربط مادة تعبئة العمود. يرتبط البروتين المحدد الذي يصنع معقدًا مع الليجند بالدعم الصلب (المصفوفة) ، ويتم الاحتفاظ به في العمود ، بينما تغادر البروتينات الحرة العمود. ثم يترك البروتين المرتبط العمود عن طريق تغيير قوته الأيونية من خلال تغيير الأس الهيدروجيني أو إضافة محلول ملح (الشكل 4) [14].

اللوني ورقة

تتكون المادة الداعمة في الكروماتوغرافيا الورقية من طبقة من السليلوز شديدة التشبع بالماء. في هذه الطريقة ، يشتمل ورق الترشيح السميك على الدعامة ، وتتكون قطرات الماء المستقرة في مسامها من المرحلة الثابتة & # x0201cl Liquid. & # x0201d تتكون الطور المتحرك من سائل مناسب يوضع في الخزان النامي. كروماتوغرافيا الورق هي & # x0201cl Liquid-liquid & # x0201d chromatography [15].

طبقة رقيقة اللوني

كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة هي & # x0201cs امتزاز سائل & # x0201d كروماتوغرافيا. في هذه الطريقة ، تكون المرحلة الثابتة عبارة عن مادة ماصة صلبة مطلية بألواح زجاجية. كمادة ماصة جميع المواد الصلبة المستخدمة. في الفصل اللوني للعمود (الألومينا ، هلام السيليكا ، السليلوز) يمكن استخدامها. في هذه الطريقة ، ينتقل الطور المتحرك لأعلى خلال المرحلة الثابتة. ينتقل المذيب إلى أعلى الصفيحة الرقيقة المبللة بالمذيب عن طريق العمل الشعري. أثناء هذا الإجراء ، يؤدي أيضًا إلى دفع الخليط المُسقط مسبقًا على الأجزاء السفلية من اللوحة باستخدام ماصة لأعلى بمعدلات تدفق مختلفة. وهكذا يتحقق فصل المواد التحليلية. يعتمد معدل الانتقال الصاعد هذا على قطبية المادة ، والطور الصلب ، والمذيب [16].

في الحالات التي تكون فيها جزيئات العينة عديمة اللون ، يمكن استخدام الإزهار أو النشاط الإشعاعي أو مادة كيميائية معينة لإنتاج منتج تفاعلي ملون مرئي لتحديد مواقعها على مخطط الكروماتوجرام. يمكن ملاحظة تكوين لون مرئي تحت ضوء الغرفة أو ضوء الأشعة فوق البنفسجية. يمكن قياس موضع كل جزيء في الخليط عن طريق حساب النسبة بين المسافات التي يقطعها الجزيء والمذيب. تسمى قيمة القياس هذه التنقل النسبي ، ويتم التعبير عنها بالرمز RF. صF. تستخدم القيمة للوصف النوعي للجزيئات [17].

كروماتوغرافيا الغاز

في هذه الطريقة ، تكون المرحلة الثابتة عبارة عن عمود يتم وضعه في الجهاز ، ويحتوي على طور ثابت سائل يتم امتصاصه على سطح مادة صلبة خاملة. اللوني للغاز هو & # x0201cgas-liquid & # x0201d chromatography. تتكون مرحلتها الحاملة من الغازات مثل He أو N2. يتم تمرير الطور المتحرك وهو غاز خامل عبر عمود تحت ضغط مرتفع. يتم تبخير العينة المراد تحليلها وتدخل في الطور الغازي المتحرك. المكونات الموجودة في العينة مشتتة بين الطور المتحرك والمرحلة الثابتة على الدعامة الصلبة. كروماتوغرافيا الغاز هي تقنية بسيطة ومتعددة الأوجه وحساسة للغاية وسريعة التطبيق للفصل الممتاز للغاية للجزيئات الدقيقة جدًا. يتم استخدامه في فصل كميات قليلة جدًا من المواد التحليلية [18].

صبغ يجند كروماتوغرافيا

استند تطوير هذه التقنية إلى إثبات قدرة العديد من الإنزيمات على ربط نيوكليوتيدات البيورين بصبغة Cibacron Blue F3GA [19]. يشبه هيكل الحلقة المستوية مع المجموعات السالبة الشحنة بنية NAD. تم إثبات هذا القياس من خلال إثبات ارتباط صبغة Cibacron Blue F3GA بمواقع ربط الأدينين والريبوز لـ NAD. تتصرف الصبغة كنظير لـ ADP-ribose. قدرة الربط لهذا النوع من الممتزات هي 10 & # x0201320 أضعاف أقوى من تقارب الممتزات الأخرى. في ظل ظروف الأس الهيدروجيني المناسبة ، والشطف باستخدام محاليل عالية القوة الأيونية ، واستخدام خاصية التبادل الأيوني للممتاز ، يتم فصل البروتينات الممتصة عن العمود [20 ، 21].

كروماتوغرافيا التفاعل الكارهة للماء (HIC)

في هذه الطريقة ، يتم استخدام الممتزات المحضرة كمواد عمودية لربط الترابط في كروماتوغرافيا التقارب. تعتمد تقنية HIC على تفاعلات كارهة للماء بين السلاسل الجانبية المرتبطة بمصفوفة كروماتوغرافيا [22 ، 23].

كروماتوغرافيا الانجذاب الزائف

يمكن استخدام بعض المركبات مثل أصباغ أنثراكينون ، وصبغات الآزو كروابط بسبب تقاربها خاصة مع نازعات الهيدروجين ، والكينازات ، والتحولات ، واختزال.

كروماتوغرافيا سائل عالي النقاوة (HPLC)

باستخدام تقنية الكروماتوغرافيا هذه ، من الممكن إجراء تحليل هيكلي ووظيفي وتنقية العديد من الجزيئات في وقت قصير ، هذه التقنية تعطي نتائج مثالية في الفصل وتحديد الأحماض الأمينية والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية والبروتينات والمنشطات ، والجزيئات النشطة بيولوجيًا الأخرى ، في HPLC ، يمر الطور المتحرك من خلال & # x00131gh أعمدة تحت الضغط الجوي 10 & # x02013400 ، وبمعدل تدفق مرتفع (0.1 & # x020135 سم / ثانية). في هذه التقنية ، يؤدي استخدام الجسيمات الصغيرة وتطبيق الضغط العالي على معدل تدفق المذيبات إلى زيادة قوة فصل HPLC ويتم الانتهاء من التحليل في غضون فترة زمنية قصيرة.

المكونات الأساسية لجهاز HPLC هي مستودع المذيبات ، ومضخة الضغط العالي ، والعمود المُعد تجاريًا ، والكاشف ، والمسجل. يتم التحكم في مدة الفصل بمساعدة نظام محوسب ، ويتم تجميع المواد [25].

مجالات تطبيق اللوني في الطب

تعد تقنية الكروماتوغرافيا أداة قيمة لعلماء الكيمياء الحيوية ، إلى جانب أنها يمكن تطبيقها بسهولة أثناء الدراسات التي يتم إجراؤها في المختبرات السريرية ، على سبيل المثال ، يتم استخدام الكروماتوغرافيا الورقية لتحديد بعض أنواع السكر والأحماض الأمينية في سوائل الجسم التي ترتبط باضطرابات التمثيل الغذائي الوراثي. يستخدم كروماتوغرافيا الغاز في المختبرات لقياس المنشطات والباربيتورات والدهون. تستخدم تقنية الكروماتوغرافيا أيضًا في فصل الفيتامينات والبروتينات.

استنتاج

في البداية ، تم استخدام تقنيات الكروماتوغرافيا لفصل المواد بناءً على لونها كما كان الحال مع الأصباغ العشبية. مع مرور الوقت ، توسعت منطقة التطبيق بشكل كبير. في الوقت الحاضر ، يتم قبول الكروماتوغرافيا كطريقة فصل حساسة للغاية وفعالة. كروماتوغرافيا العمود هي إحدى طرق الفصل والتحديد المفيدة. العمود اللوني هو طريقة لتنقية البروتين تتحقق بشكل خاص بناءً على إحدى السمات المميزة للبروتينات. إلى جانب ذلك ، تُستخدم هذه الطرق للتحكم في نقاء البروتين. تقنية HPLC التي تتميز بالعديد من الميزات المتفوقة بما في ذلك حساسيتها العالية ، ومعدل دورانها السريع ، واستخدامها كطريقة كمية ، يمكنها تنقية الأحماض الأمينية ، والبروتينات ، والأحماض النووية ، والهيدروكربونات ، والكربوهيدرات ، والأدوية ، والمضادات الحيوية ، والمنشطات.


يمكن لبعض مجموعات الكائنات الحية الدقيقة التي تحدث بشكل شائع في البيئة أن تسبب مشاكل خطيرة في بيئة صناعية. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤثر انتشار بدائيات النوى المخفضة للكبريتات (SRP) على معدلات التآكل في خطوط الأنابيب والسفن والآلات ، ويمكن أن توفر الظروف الموجودة داخل مرافق الإنتاج بيئة مثالية لنموها.

تؤثر تصرفات المجموعات المختلفة من الكائنات الحية الدقيقة على التآكل بطرق مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن لنمو بعض مجموعات الميكروبات أن يخلق ظروفًا تسمح بتكاثر مجموعات أخرى ، والتي بدورها تنتج نفايات أكالة مثل كبريتيد الهيدروجين أو الأحماض.

إن مراقبة وجود المجموعات الرئيسية من الكائنات الحية الدقيقة المعروف أنها تؤثر على التآكل في بيئات حقول النفط ، يسمح باتخاذ إجراءات علاجية إذا بدأت الأرقام في الارتفاع. يمكن أن تحدد المراقبة المنتظمة المستمرة أيضًا فعالية الخطوات المتخذة للتحكم في هذه المجموعات من الكائنات الحية ، مما يساعدك على اتخاذ قرارات مستنيرة وفي الوقت المناسب.

في NCIMB يمكننا تحديد وقياس الكائنات الحية الدقيقة المعروفة بتأثيرها على التآكل باستخدام أحدث الأساليب الجزيئية والتقنيات التقليدية القائمة على الثقافة. يمكن إجراء التحليل على معظم أنواع العينات السائلة والصلبة ، بما في ذلك سوائل الإنتاج والمقاييس وشمع الخنازير. كما نقدم تحليلاً للمجتمع الميكروبي بأكمله داخل الخزان.

التحليلات المقدمة:

  • qPCR: تستخدم هذه التقنية لتحديد مجموعات الكائنات الحية الدقيقة دون الحاجة إلى النمو. ولذلك ، فإنه يعطي نتائج سريعة للغاية ، ويضمن أن الميكروبات التي لا تنمو في ظل الظروف المختبرية يتم تضمينها في الأعداد.
  • التعداد القائم على الثقافة لـ:
    • البكتيريا العامة غيرية التغذية
    • حمض ينتج البكتيريا العامة غيرية التغذية
    • البكتيريا التي تقلل الكبريتات (محبة للحرارة ، محبة للحرارة ومفرطة الحرارة)
    • البكتيريا التي تقلل النترات
    • تسلسل الجيل التالي (metagenomics): هذه التقنية ، التي أحدثت ثورة في فهم علم الأحياء الدقيقة البيئية في السنوات الأخيرة ، تحلل المجموعة الميكروبية بأكملها من عينة واحدة. يحدد مجموعات الكائنات الحية الدقيقة الموجودة لإعطاء صورة شاملة للنظام البيئي الميكروبي داخل حقل النفط. يسمح هذا بمراقبة التغيرات الميكروبيولوجية في الدراسات الطولية بالإضافة إلى المساعدة في فهم التأثير الوظيفي للأنواع التي تمت ملاحظتها. يعد تحليل المجتمع 16S أداة قوية يمكن أن تساعد الشركات العاملة في تقييم احتمالية توتر الخزان والتآكل.
    • القسائم الملوثة بـ NORM: يمكننا قبول الكوبونات الملوثة بـ NORM ويمكننا إجراء التحليل الميكروبي بالإضافة إلى الإبلاغ عن مستويات NORM.
    • NCIMB شركاء مع متخصصي مراقبة التآكل ICR: في تقديم المراجعات والمسوحات الميكروبيولوجية الكاملة لمرافق الإنتاج. يسمح تحليل العينات من قسائم التآكل المسترجعة والتحقيقات بمراقبة نمو الميكروبات اللاطئة على الأنابيب وفي الأوعية. تسمح هذه البيانات بإجراء تقييم أكثر دقة لخطر التآكل المتأثر بالميكروبات مقارنة بمراقبة مجموعات العوالق وحدها. لمزيد من المعلومات حول خدمات المراقبة الشاملة للتآكل والتدقيق الميكروبيولوجي في ICR ، قم بزيارة موقع الويب الخاص بهم.

    يمكننا تقديم المشورة بشأن النهج الأنسب للمراقبة وشاركنا في مشاريع البحث والتطوير بالإضافة إلى إجراء التحليل الروتيني.

    وسائط

    نحن نوفر مجموعات وسائط لتقدير:

    • البكتيريا التي تقلل الكبريتات
    • البكتيريا / الحمض غير المتجانسة العامة المنتجة للبكتيريا غيرية التغذية العامة
    • البكتيريا التي تقلل النترات

    يمكننا أيضًا إعداد أنواع أخرى من الوسائط عند الطلب ، وتخزين مخزون من وسائط معينة للعملاء.

    اختبار المبيدات الحيوية

    يمكننا إجراء اختبار المبيدات الحيوية المعتمد على المختبر ضد اتحاد الميكروبات الخاص بنا في بحر الشمال ، أو التخصيب من عينات العملاء الخاصة للاختبارات المعملية. يمكننا أيضًا إجراء تعداد مباشر لعينات العملاء بعد المعالجة في منشأة الإنتاج لتحديد الفعالية في الموقع.

    يمكننا استخدام كل من التعداد التقليدي القائم على الثقافة لتحديد فعالية المبيدات الحيوية أو اتباع نهج جزيئي مع qPCR. من المحتمل أن يكون التعداد القائم على الثقافة هو النهج الأكثر ملاءمة للاختبار مقابل الثقافات المزروعة في المختبر ، في حين أن qPCR يمكن أن يعطي نتائج أسرع لاختبار تأثير المبيدات الحيوية بعد العلاج في الموقع ، كجزء من دراسة طويلة المدى.

    بالنسبة للعملاء الذين يسعون إلى فهم أعمق للمجتمع الميكروبي بأكمله ، يمكننا إجراء تسلسل الجيل التالي لتوفير معلومات ميتاجينومية مفصلة عن الميكروبات الموجودة ، ووفرة نسبتها. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات كجزء من نظام المراقبة المستمر.

    ابقى على تواصل

    NCIMB Ltd
    مبنى فيرجسون
    عقار كرايبستون
    باكسبورن
    أبردين
    AB21 9YA
    اسكتلندا
    المملكة المتحدة


    التخمير

    العديد من الخلايا غير قادرة على التنفس بسبب واحد أو أكثر من الحالات التالية:

    1. تفتقر الخلية إلى كمية كافية من أي متقبل إلكتروني مناسب وغير عضوي نهائي لإجراء التنفس الخلوي.
    2. تفتقر الخلية إلى الجينات لصنع المجمعات المناسبة وحاملات الإلكترون في نظام نقل الإلكترون.
    3. تفتقر الخلية إلى الجينات لإنتاج إنزيم واحد أو أكثر في دورة كريبس.

    في حين أن عدم وجود متقبل نهائي غير عضوي مناسب للإلكترون يعتمد على البيئة ، يتم تحديد الشرطين الآخرين وراثيًا. وهكذا ، فإن العديد من بدائيات النوى ، بما في ذلك أعضاء من الجنس المهم سريريًا العقدية، غير قادرة بشكل دائم على التنفس ، حتى في وجود الأكسجين. على العكس من ذلك ، فإن العديد من بدائيات النوى اختيارية ، مما يعني أنه في حالة تغير الظروف البيئية لتوفير متقبل إلكتروني نهائي غير عضوي مناسب للتنفس ، فإن الكائنات الحية التي تحتوي على جميع الجينات المطلوبة للقيام بذلك سوف تتحول إلى التنفس الخلوي من أجل استقلاب الجلوكوز لأن التنفس يسمح بـ ATP أكبر بكثير. الإنتاج لكل جزيء جلوكوز.

    إذا لم يحدث التنفس ، يجب إعادة أكسدة NADH إلى NAD + لإعادة استخدامه كحامل إلكترون لتحلل السكر ، وهي الآلية الوحيدة للخلية لإنتاج أي ATP ، للمتابعة. تستخدم بعض الأنظمة الحية جزيءًا عضويًا (عادةً بيروفات) كمستقبل نهائي للإلكترون من خلال عملية تسمى التخمير. لا يشتمل التخمير على نظام نقل إلكتروني ولا ينتج بشكل مباشر أي ATP إضافي يتجاوز ذلك الناتج أثناء تحلل السكر عن طريق الفسفرة على مستوى الركيزة. الكائنات الحية التي تقوم بالتخمير ، والتي تسمى المخمرات ، تنتج كحد أقصى من جزيئي ATP لكل جلوكوز أثناء تحلل السكر. يقارن الجدول 1 متقبلات الإلكترون النهائية وطرق تخليق ATP في التنفس الهوائي والتنفس اللاهوائي والتخمير. لاحظ أن عدد جزيئات ATP الموضح لتحلل السكر يفترض أن مسار Embden-Meyerhof-Parnas. عدد جزيئات ATP المصنوعة بواسطة الفسفرة على مستوى الركيزة (SLP) عكس الفسفرة المؤكسدة (OP) يشار إلى.

    تم التلاعب بعمليات التخمير الميكروبي من قبل البشر وتستخدم على نطاق واسع في إنتاج العديد من الأطعمة والمنتجات التجارية الأخرى ، بما في ذلك المستحضرات الصيدلانية. يمكن أن يكون التخمير الميكروبي مفيدًا أيضًا في تحديد الميكروبات لأغراض التشخيص.

    التخمير بواسطة بعض البكتيريا ، مثل تلك الموجودة في اللبن ومنتجات غذائية حامضة أخرى ، وعن طريق الحيوانات في العضلات أثناء نضوب الأكسجين ، هو تخمير حمض اللاكتيك. يكون التفاعل الكيميائي لتخمير حمض اللاكتيك كما يلي:

    البكتيريا من عدة أجناس إيجابية الجرام ، بما في ذلك اكتوباكيللوس, ليوكونوستوك، و العقدية، تُعرف مجتمعة باسم بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB)، والسلالات المختلفة مهمة في إنتاج الغذاء. خلال زبادي و جبنه الإنتاج ، البيئة شديدة الحموضة الناتجة عن تخمير حمض اللاكتيك تفسد البروتينات الموجودة في الحليب ، مما يؤدي إلى تصلبها. عندما يكون حمض اللاكتيك هو منتج التخمير الوحيد ، يُقال إن العملية كذلك التخمير المثلي هذا هو الحال بالنسبة ل Lactobacillus delbrueckii و المحبة للحرارة S. تستخدم في إنتاج الزبادي. ومع ذلك ، تؤدي العديد من البكتيريا التخمير غير المتجانس، لإنتاج خليط من حمض اللاكتيك والإيثانول و / أو حمض الأسيتيك وثاني أكسيد الكربون2 نتيجة لذلك ، بسبب استخدامها لمسار فوسفات البنتوز المتفرّع بدلاً من مسار النبضات الكهرومغناطيسية لتحلل السكر. واحد مهم هو التخمير غير المتجانسة Leuconostoc mesenteroides، والذي يستخدم لتخمير الخضروات مثل الخيار والملفوف ، وإنتاج المخللات ومخلل الملفوف ، على التوالي.

    تعتبر بكتيريا حمض اللاكتيك مهمة أيضًا من الناحية الطبية. إن إنتاج بيئات منخفضة الأس الهيدروجيني داخل الجسم يمنع تكوين ونمو مسببات الأمراض في هذه المناطق. على سبيل المثال ، تتكون الجراثيم المهبلية بشكل كبير من بكتيريا حمض اللاكتيك ، ولكن عندما يتم تقليل هذه البكتيريا ، يمكن أن تتكاثر الخميرة ، مما يسبب عدوى الخميرة. بالإضافة إلى ذلك ، تعد بكتيريا حمض اللاكتيك مهمة في الحفاظ على صحة الجهاز الهضمي ، وبالتالي فهي المكون الأساسي للبروبيوتيك.

    عملية التخمير المألوفة الأخرى هي تخمير الكحولالتي تنتج الإيثانول. يظهر تفاعل تخمر الإيثانول في الشكل 1. في التفاعل الأول ، الإنزيم بيروفات ديكاربوكسيلاز يزيل مجموعة الكربوكسيل من البيروفات ، ويطلق ثاني أكسيد الكربون2 الغاز أثناء إنتاج جزيء ثنائي الكربون أسيتالديهيد. التفاعل الثاني ، المحفز بواسطة إنزيم نازع هيدروجين الكحول ، ينقل إلكترونًا من NADH إلى الأسيتالديهيد ، وينتج الإيثانول و NAD +. تخمر الإيثانول من البيروفات بواسطة الخميرة خميرة الخميرة يستخدم في إنتاج المشروبات الكحولية ويؤدي أيضًا إلى ارتفاع منتجات الخبز بسبب ثاني أكسيد الكربون2 إنتاج. خارج صناعة المواد الغذائية ، يعتبر تخمير الإيثانول للمنتجات النباتية مهمًا في وقود حيوي إنتاج.

    الشكل 1. التفاعلات الكيميائية لتخمير الكحول موضحة هنا. تخمير الإيثانول مهم في إنتاج المشروبات الكحولية والخبز.

    إلى جانب تخمير حمض اللاكتيك وتخمير الكحول ، تحدث العديد من طرق التخمير الأخرى في بدائيات النوى ، وكل ذلك لغرض ضمان إمداد كافٍ من NAD + لتحلل السكر (الجدول 2). بدون هذه المسارات ، لن يحدث تحلل الجلوكوز ولن يتم حصاد ATP من انهيار الجلوكوز. وتجدر الإشارة إلى أن معظم أشكال التخمير بجانبها التخمير المثلي تنتج الغاز ، عادة ثاني أكسيد الكربون2 و / أو غاز الهيدروجين. تُستخدم العديد من هذه الأنواع المختلفة من مسارات التخمير أيضًا في إنتاج الغذاء ويؤدي كل منها إلى إنتاج أحماض عضوية مختلفة ، مما يساهم في النكهة الفريدة لمنتج غذائي معين. ينتج حمض البروبيونيك أثناء تخمير حمض البروبيونيك يساهم في النكهة المميزة للجبن السويسري على سبيل المثال.

    العديد من منتجات التخمير مهمة تجاريًا خارج صناعة الأغذية. على سبيل المثال ، المذيبات الكيميائية مثل الأسيتون و البيوتانول يتم إنتاجها خلال تخمير الأسيتون - البيوتانول - الإيثانول. يتم إنتاج المركبات الصيدلانية العضوية المعقدة المستخدمة في المضادات الحيوية (مثل البنسلين) واللقاحات والفيتامينات من خلال التخمير الحمضي المختلط. تستخدم منتجات التخمير في المختبر لتمييز البكتيريا المختلفة لأغراض التشخيص. على سبيل المثال ، تُعرف البكتيريا المعوية بقدرتها على إجراء التخمر الحمضي المختلط ، مما يقلل من الرقم الهيدروجيني ، والذي يمكن اكتشافه باستخدام مؤشر الأس الهيدروجيني. وبالمثل ، يمكن أيضًا اكتشاف الإنتاج البكتيري للأسيتوين أثناء تخمير البوتانيديول. يمكن أيضًا رؤية إنتاج الغاز من التخمر في أنبوب دورهام المقلوب الذي يحبس الغاز المنتج في مزرعة المرق.

    يمكن أيضًا تمييز الميكروبات وفقًا للركائز التي يمكن أن تخمرها. على سبيل المثال، بكتريا قولونية يمكن أن يخمر اللاكتوز ، مكونًا غازات ، في حين أن بعض أقاربه من سالب الجرام لا يستطيعون ذلك. تُستخدم القدرة على تخمير السوربيتول الكحولي للسكر لتحديد سلالة النزف المعوي O157: H7 المسببة للأمراض. بكتريا قولونية لأنه ، على عكس الآخرين بكتريا قولونية سلالات ، فإنه غير قادر على تخمير السوربيتول. أخيرًا ، يميز تخمير المانيتول تخمر المانيتول المكورات العنقودية الذهبية من المكورات العنقودية الأخرى غير المخمرة للمانيتول.

    الجدول 2. مسارات التخمير المشتركة
    مسار المنتجات النهائية مثال الميكروبات المنتجات التجارية
    أسيتون - بيوتانول - إيثانول الأسيتون ، البيوتانول ، الإيثانول ، أول أكسيد الكربون2 المطثية acetobutylicum المذيبات التجارية والبنزين البديل
    كحول الإيثانول ، كو2 المبيضات ، السكريات بيرة ، خبز
    بوتانيديول حمض الفورميك واللاكتيك إيثانول أسيتوين 2،3 بوتانديول CO2 غاز الهيدروجين كليبسيلا ، جرثومة الأمعاء نبيذ شاردونيه
    حمض البيوتيريك حمض الزبد ، أول أكسيد الكربون2، غاز الهيدروجين المطثية الزبدية سمنة
    حمض اللاكتيك حمض اللاكتيك العقدية ، الملبنة مخلل الملفوف واللبن والجبن
    حمض مختلط أحماض الخليك والفورميك واللاكتيك والسكسينيك الإيثانول CO2، غاز الهيدروجين الإشريكية ، الشيغيلة الخل ومستحضرات التجميل والأدوية
    حمض البروبيونيك حمض الخليك ، حمض البروبيونيك ، أول أكسيد الكربون2 Propionibacterium ، Bifidobacterium جبنة سويسرية

    فكر في الأمر

    • متى يقوم الميكروب متعدد الاستخدامات الأيضي بالتخمير بدلاً من التنفس الخلوي؟

    التعرف على البكتيريا باستخدام لوحات اختبار API

    يعد التعرف على العزلة الميكروبية أمرًا ضروريًا للتشخيص المناسب والعلاج المناسب للمرضى. طور العلماء تقنيات تحدد البكتيريا وفقًا لخصائصها الكيميائية الحيوية. عادةً ما يقومون إما بفحص استخدام مصادر كربونية معينة كركائز للتخمير أو تفاعلات أيضية أخرى ، أو يحددون منتجات التخمير أو إنزيمات معينة موجودة في التفاعلات. في الماضي ، استخدم علماء الأحياء الدقيقة أنابيب وألواح اختبار فردية لإجراء الاختبارات الكيميائية الحيوية. ومع ذلك ، فإن العلماء ، وخاصة أولئك الذين يعملون في المختبرات السريرية ، يستخدمون الآن بشكل متكرر ألواح بلاستيكية يمكن التخلص منها ومتعددة الاختبارات تحتوي على عدد من أنابيب التفاعل المصغرة ، كل منها يشتمل عادةً على ركيزة محددة ومؤشر الأس الهيدروجيني. بعد تلقيح لوحة الاختبار بعينة صغيرة من الميكروب المعني والحضانة ، يمكن للعلماء مقارنة النتائج بقاعدة بيانات تتضمن النتائج المتوقعة لتفاعلات كيميائية حيوية محددة للميكروبات المعروفة ، وبالتالي تمكين التحديد السريع لعينة الميكروب. سمحت لوحات الاختبار هذه للعلماء بتقليل التكاليف مع تحسين الكفاءة وإمكانية التكاثر من خلال إجراء عدد أكبر من الاختبارات في وقت واحد.

    تغطي العديد من لوحات الاختبار البيوكيميائية التجارية المصغرة عددًا من المجموعات المهمة سريريًا من البكتيريا والخمائر. واحدة من أقدم لوحات الاختبار وأكثرها شيوعًا هي لوحة مؤشر الملف التحليلي (API) التي تم اختراعها في السبعينيات. بمجرد إجراء بعض الخصائص المختبرية الأساسية لسلالة معينة ، مثل تحديد شكل الجرام للسلالة ، يمكن استخدام شريط اختبار مناسب يحتوي على 10 إلى 20 اختبارًا كيميائيًا حيويًا مختلفًا لتمييز السلالات داخل تلك المجموعة الميكروبية. حاليا مختلف شرائط API يمكن استخدامها للتعرف بسرعة وسهولة على أكثر من 600 نوع من البكتيريا ، الهوائية واللاهوائية على حد سواء ، وما يقرب من 100 نوع مختلف من الخمائر. بناءً على ألوان التفاعلات عند وجود المنتجات النهائية الأيضية ، نظرًا لوجود مؤشرات الأس الهيدروجيني ، يتم إنشاء ملف تعريف التمثيل الغذائي من النتائج (الشكل 2). يمكن لعلماء الأحياء الدقيقة بعد ذلك مقارنة ملف تعريف العينة بقاعدة البيانات لتحديد الميكروب المحدد.

    الشكل 2. يستخدم شريط اختبار API 20NE لتحديد سلالات معينة من البكتيريا سالبة الجرام خارج Enterobacteriaceae. فيما يلي نتيجة شريط اختبار API 20NE لـ Photobacterium damselae ssp. بيسيسيدا.

    التركيز السريري: أليكس ، الجزء الثاني

    يُكمل هذا المثال قصة أليكس التي بدأت في موضوع الطاقة والإنزيمات.

    تتوافق العديد من أعراض أليكس مع العديد من أنواع العدوى المختلفة ، بما في ذلك الإنفلونزا والالتهاب الرئوي. However, his sluggish reflexes along with his light sensitivity and stiff neck suggest some possible involvement of the central nervous system, perhaps indicating التهاب السحايا. Meningitis is an infection of the cerebrospinal fluid (CSF) around the brain and spinal cord that causes inflammation of the meninges, the protective layers covering the brain. Meningitis can be caused by viruses, bacteria, or fungi. Although all forms of meningitis are serious, bacterial meningitis is particularly serious. Bacterial meningitis may be caused by several different bacteria, but the bacterium النيسرية السحائية, a gram-negative, bean-shaped diplococcus, is a common cause and leads to death within 1 to 2 days in 5% to 10% of patients.

    Given the potential seriousness of Alex’s conditions, his physician advised his parents to take him to the hospital in the Gambian capital of Banjul and there have him tested and treated for possible meningitis. After a 3-hour drive to the hospital, Alex was immediately admitted. Physicians took a blood sample and performed a lumbar puncture to test his CSF. They also immediately started him on a course of the antibiotic ceftriaxone, the drug of choice for treatment of meningitis caused by N. السحائية, without waiting for laboratory test results.

    • How might biochemical testing be used to confirm the identity of N. السحائية?
    • Why did Alex’s doctors decide to administer antibiotics without waiting for the test results?

    We’ll return to Alex’s example in later pages.

    Key Concepts and Summary

    • Fermentation uses an organic molecule as a final electron acceptor to regenerate NAD + from NADH so that glycolysis can continue.
    • Fermentation does not involve an electron transport system, and no ATP is made by the fermentation process directly. Fermenters make very little ATP—only two ATP molecules per glucose molecule during glycolysis.
    • Microbial fermentation processes have been used for the production of foods and pharmaceuticals, and for the identification of microbes.
    • During lactic acid fermentation, pyruvate accepts electrons from NADH and is reduced to lactic acid. Microbes performing homolactic fermentation produce only lactic acid as the fermentation product microbes performing heterolactic fermentation produce a mixture of lactic acid, ethanol and/or acetic acid, and CO2.
    • Lactic acid production by the normal microbiota prevents growth of pathogens in certain body regions and is important for the health of the gastrointestinal tract.
    • During ethanol fermentation, pyruvate is first decarboxylated (releasing CO2) to acetaldehyde, which then accepts electrons from NADH, reducing acetaldehyde to ethanol. Ethanol fermentation is used for the production of alcoholic beverages, for making bread products rise, and for biofuel production.
    • Fermentation products of pathways (e.g., propionic acid fermentation) provide distinctive flavors to food products. Fermentation is used to produce chemical solvents (acetone-butanol-ethanol fermentation) and pharmaceuticals (mixed acid fermentation).
    • Specific types of microbes may be distinguished by their fermentation pathways and products. Microbes may also be differentiated according to the substrates they are able to ferment.

    Multiple Choice

    Which of the following is the purpose of fermentation?

    1. to make ATP
    2. to make carbon molecule intermediates for anabolism
    3. to make NADH
    4. to make NAD +

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]Answer d. The purpose of fermentation is to make NAD + .[/hidden-answer]

    Which molecule typically serves as the final electron acceptor during fermentation?

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]Answer c. Pyruvate typically serves as the final electron acceptor during fermentation.[/hidden-answer]

    Which fermentation product is important for making bread rise?

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]Answer b. كو2 is important for making bread rise.[/hidden-answer]

    Which of the following is not a commercially important fermentation product?

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]Answer b. Pyruvate is not a commercially important fermentation product.[/hidden-answer]

    Fill in the Blank

    The microbe responsible for ethanol fermentation for the purpose of producing alcoholic beverages is ________.

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]The microbe responsible for ethanol fermentation for the purpose of producing alcoholic beverages is yeast (خميرة الخميرة).[/hidden-answer]

    ________ results in the production of a mixture of fermentation products, including lactic acid, ethanol and/or acetic acid, and CO2.

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]Heterolactic fermentation results in the production of a mixture of fermentation products, including lactic acid, ethanol and/or acetic acid, and CO2.[/hidden-answer]

    Fermenting organisms make ATP through the process of ________.

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]Fermenting organisms make ATP through the process of glycolysis.[/hidden-answer]

    مطابقة

    Match the fermentation pathway with the correct commercial product it is used to produce:

    ___acetone-butanol-ethanol fermentation أ. خبز
    ___alcohol fermentation ب. pharmaceuticals
    ___lactic acid fermentation ج. جبنة سويسرية
    ___mixed acid fermentation د. زبادي
    ___propionic acid fermentation ه. industrial solvents

    [reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
    [hidden-answer a=�″]

    1. Industrial solvents are produced by acetone-butanol-ethanol fermentation.
    2. Bread is produced by alcohol fermentation.
    3. Yogurt is produced by lactic acid fermentation.
    4. Pharmaceuticals are produced by mixed acid fermentation.
    5. Swiss cheese is produced by propionic acid fermentation.

    فكر في الأمر

    1. Why are some microbes, including العقدية spp., unable to perform aerobic respiration, even in the presence of oxygen?
    2. How can fermentation be used to differentiate various types of microbes?
    3. The bacterium بكتريا قولونية is capable of performing aerobic respiration, anaerobic respiration, and fermentation. When would it perform each process and why? How is ATP made in each case?

    مبدأ

    The oxidative-fermentative test determines if certain gram-negative rods metabolize glucose by fermentation or aerobic respiration (oxidatively). During the anaerobic process of fermentation, pyruvate is converted to a variety of mixed acids depending on the type of fermentation. The high concentration of acid produced during fermentation will turn the bromthymol blue indicator in OF media from green to yellow in the presence or absence of oxygen .

    Certain nonfermenting gram-negative bacteria metabolize glucose using aerobic respiration and therefore only produce a small amount of weak acids during glycolysis and Krebs cycle. The decrease amount of peptone and increase amount of glucose facilitates the detection of weak acids thus produced. Dipotassium phosphate buffer is added to further promote acid detection.


    تخمير الكربوهيدرات هو العملية التي تستخدمها الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج الطاقة. تقوم معظم الكائنات الحية الدقيقة بتحويل الجلوكوز إلى بيروفات أثناء تحلل السكر ، ومع ذلك ، فإن بعض الكائنات الحية تستخدم مسارات بديلة. يتكون وسط التخمير من وسط قاعدي يحتوي على كربوهيدرات واحد (جلوكوز ، لاكتوز ، سكروز ، مانيتول ، إلخ) للتخمير. However, the medium may contain various color indicators. In addition to a color indicator to detect the production of acid from fermentation, a Durham tube is placed in each tube to capture gas produced by metabolism. إن أنماط تخمير الكربوهيدرات التي تظهرها الكائنات الحية المختلفة مفيدة في التمييز بين المجموعات أو الأنواع البكتيرية.

    Phenol Red Broth is a general-purpose differential test medium typically used to differentiate gram negative enteric bacteria. It contains peptone, phenol red (a pH indicator), a Durham tube, and one carbohydrate (glucose, lactose, or sucrose). Phenol red is a pH indicator which turns yellow below a pH of 6.8 and fuchsia above a pH of 7.4. If the organism is able to utilize the carbohydrate, an acid by-product is created, which turns the media yellow. If the organism is unable to utilize the carbohydrate but does use the peptone, the by-product is ammonia, which raises the pH of the media and turns it fuchsia. When the organism is able to use the carbohydrate, a gas by-product may be produced. If it is, an air bubble will be trapped inside the Durham tube. If the organism is unable to utilize the carbohydrate, gas will not be produced, and no air bubble will be formed.


    DMS: The Climate Gas You’ve Never Heard Of

    For generations of mariners, a tangy, almost sweet odor served as a signal that land was nearby. What sailors called “the smell of the shore” had the opposite meaning to landlubbers, who would catch the same sweet scent wafting over the waves and think of it as “the smell of the sea.” Seabirds probably don’t have a name for it, but the odor means something to them, as well: the opening of an all-you-can-eat buffet.

    Part of what they’re all smelling is a little-studied gas known as dimethylsulfide, or DMS. Some seabirds, possessing a keen olfactory sense, use the scent to track down its source: blooms of algae floating near the ocean’s surface, where the microscopic animals, krill, and other crustaceans that gather to graze on algae provide the birds with a hearty meal. (See Seabirds Use Their Sense of Smell to Find Food.)

    DMS does far more than ring the birds’ dinner bell, though. Scientists believe it represents a large source of sulfur going into the Earth’s atmosphere. As such, it helps drive the formation of clouds, which block solar radiation from reaching the Earth’s surface and reflect it back into space.

    If DMS production is speeded up by global climate change, as many scientists believe it will be, then it could provide a cooling effect. That means DMS could help offset greenhouse warming.

    That hopeful claim has been made for more than two decades. In 1987, British chemist James Lovelock and several colleagues popularized an idea first proposed by others that algae might play a vital role in regulating the Earth’s climate.

    Lovelock is famed as the originator of the Gaia hypothesis, which suggests that the Earth functions as a single living organism and maintains the conditions necessary for its own survival. By encouraging cloud formation, Lovelock theorized, DMS might help keep the Earth’s thermostat at a fairly constant temperature.

    But scientists still understand very little about how and why marine algae make DMS, how it moves through the food web in the upper ocean, or how much of it gets into the lower atmosphere. Despite its potential impact on climate, the amount of attention focused on DMS remains relatively small, and scientists continue to be uncertain whether it can make a major difference in global climate change.

    John Dacey, a biologist at Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), is one of the few marine scientists who have devoted a great deal of time to studying oceanic DMS over the past few decades. He says he’s amazed and dismayed that carbon dioxide receives so much research funding right now at the expense of other basic science, when other gases may have critical roles to play in countering or augmenting warming.

    “Environmentally, understanding DMS is incredibly important,” said Dierdre Toole, a marine chemist at WHOI. “DMS just isn’t fashionable, but I think it could have a hugely important role to play—more important than a lot of things that are fashionable right now.”

    Critical but difficult measurements

    Dacey has long investigated the processes that control how environmentally important gases are exchanged between Earth, ocean, organisms, and the atmosphere. He explored the little-understood role that plants play in influencing greenhouse gases. Dacey was the first to show how vegetation transferred methane to the atmosphere, and he demonstrated that DMS is emitted from the leaves of certain species of marsh grass. Scientists had previously thought the gas was coming from the sediment around the grass.

    For the ocean, Dacey has also developed ways to track the exchange of DMS from sea to air. He is also studying how a molecule called dimethylsulfoniopropionate, or DMSP—the source of DMS—concentrates in organisms in the marine food web.

    These are critical but difficult measurements to make. Dacey’s work over the decades on the dynamics of dissolved gases has required him to develop better measuring tools, including automated devices that allow researchers to sample repeatedly in order to detect changes.

    In Dacey’s ongoing efforts to find better ways to measure DMS, he had collected three years’ worth of measurements on DMS concentrations in the Sargasso Sea off Bermuda. But this unique set of open-ocean data remained unanalyzed until scientists such as Toole recognized its potential.

    DMS attracted Toole precisely because so little was known about it. With degrees in chemistry, geography, and marine science, Toole wanted a specialty that spanned her many interests. DMS offered all of that, and the sweet smell of mystery, too.

    In frigid waters, a great bloom

    When spring comes to the Ross Sea, just off Antarctica’s largest ice shelf, the ice begins to melt, and sunlight reaches nutrient-rich waters that have welled up from the ocean’s depths to the surface. The result: One of the largest, most predictable algal blooms in the world.

    “You get a huge explosion of phytoplankton,” Toole said. Phytoplankton are tiny, single-celled floating plants that live near the ocean’s surface where enough light reaches to support photosynthesis. They’re the base of the ocean’s food web.

    Toole and several colleagues have sought out the Ross Sea algal bloom for the past three years aboard an icebreaking ship. For a couple of weeks, the scientists have the phytoplankton all to themselves. “It’s almost like working in the lab,” Toole said.

    Every morning, Toole took samples from the ocean, snapping the tops on bottles at different depths to collect the algae. In their cells, the phytoplankton synthesize DMSP. Physiologists aren’t sure why the algae need DMSP, but they speculate that it could have something to do with regulating salinity or temperature inside algal cells. In cold environments, DMSP may act as a cryoprotectant, keeping the cell from freezing. Some researchers have guessed that DMSP acts as a chemical repellant that helps deter predators.

    Toole is more convinced that light—particularly ultraviolet light—explains why the algae produce DMSP. Working with David Siegel, a professor of geography at the University of California, Santa Barbara, Toole found that phytoplankton appear to convert DMSP into DMS when they’re stressed by ultraviolet radiation from the sun. The DMS flushes out chemically reactive molecules that cause cellular damage, in much the same way that our bodies use antioxidants to bind to free radicals.

    “Phytoplankton respond dramatically to UV radiation stresses,” Siegel said. “This response is incredibly rapid.” Siegel and Toole documented their research in May 2004 in the journal Geophysical Research Letters.

    As long as the algae are left alone, the DMSP stays relatively intact inside their cells, although some DMS leaks out and begins to make that DMS smell. Soon enough, though, once the algae in the Ross Sea have reached full bloom, zooplankton arrive and begin chowing down on them. DMSP spills out of munched-on algae into the ocean.

    This in turn provides a feast for bacteria, some of which split the DMSP into components such as DMS, said Naomi Levine. A graduate student in the MIT/WHOI Joint Program, Levine is studying how bacteria send DMSP down a divergent biochemical pathway, something called the “bacterial switch.”

    DMS dissolved in seawater begins to waft into the air and register on seabirds’ and researchers’ nostrils. “The entire place reeks of DMS,” Toole said. The odor may be pleasant enough in small quantities (“it has actually been described as a ‘positive flavor component’ in Pacific oysters,” Dacey said), but large doses of it make Toole gag. “I think I’ve brushed my teeth enough in DMS water that it just turns my stomach.”

    A global thermostat?

    Once DMS has moved from the ocean to the air, it starts to play an entirely different role: cloud maker.

    DMS is chemically reactive and can’t last long in the atmosphere. It quickly gets converted into a variety of sulfur compounds that serve as aerosols. They allow water vapor to condense around them. This is how clouds are made.

    Clouds, of course, have a major impact on the Earth’s climate. They deflect solar radiation back into space, preventing sunlight from heating the Earth’s surface and providing a cooling effect. Clouds are even more important over oceans, which are both more extensive and darker than land and so absorb a majority of the heat hitting the planet, Toole said. So the question becomes, can algae produce enough DMS to increase cloud cover and keep the planet’s temperature from rising?

    “DMS is undoubtedly part of the system of checks and balances that keeps the climate from taking wild swings,” said Ron Kiene, a professor of marine sciences at the University of South Alabama and one of the world’s leading DMS researchers. Putting sulfur in the atmosphere, as with DMS emissions, is a more efficient way of cooling the atmosphere than removing carbon dioxide. So it might be possible for the natural feedback mechanisms of the biosphere to use DMS to limit global warming, he said.

    Recently, Dacey spent a week in Barrow, Alaska, calibrating an automatic system for measuring very low volumes of DMS in the air. He hopes the measurements made at Barrow will reveal whether a scenario that starts with melting sea ice and leads to more open water, more phytoplankton, more DMS in the atmosphere—and hence greater cloud cover—will offset an increase in solar radiation absorbed by dark open water, rather than reflected by white ice.

    DMS also comes into play in less natural, more intrusive proposals to remedy greenhouse warming. Proponents of ocean iron fertilization—seeding the oceans with iron to increase the growth of marine plants that absorb the greenhouse gas carbon dioxide—could have a potentially beneficial side effect. (See Fertilizing the Ocean with Iron). More phytoplankton could produce more DMS and more clouds.

    In the July 2007 issue of the journal Atmospheric Environment, scientists from Los Alamos National Laboratory, the University of California Irvine, and New Mexico Tech suggested that fertilizing two percent of the Southern Ocean could result in a cooling of 2°C and “set back the tipping point of global warming from about 10 years to about 20 or more years.”

    Lovelock also continues to promote the potential benefits of DMS as a check on global warming. Last year he and Chris Rapley, director of London’s Science Museum, proposed building arrays of giant pipes that would suck nutrient-rich water from the deep ocean and promote algal growth, producing more DMS as a side effect. (See Proposals Emerge To Transfer Excess Carbon to the Ocean.)

    Toole and Siegel’s research into the role of UV radiation could potentially strengthen the case for algae’s role in climate control. “Based on what we’ve seen and our research, there will be more DMS,” Toole said.

    As the oceans warm, the upper layer of the ocean is expected to get shallower. That means phytoplankton will be trapped closer to the surface, where they’re exposed to more UV light, stimulating more DMS. “The shallower the layer they’re trapped in, the more DMS they’re going to make,” Toole said.

    Toole and some of her colleagues are currently inputting their data from the Ross Sea and Bermuda into climate models to see if an increase in DMS production is enough to affect global temperatures. But the answers are anything but straightforward, because simply adding more clouds sends complex ripples through the entire system, she says.

    “If you make more clouds, you get less UV radiation in the upper ocean, perhaps leading to less DMS production by phytoplankton,” Toole said. “You get less heat, which makes the ocean less stratified, changes wind patterns, and reduces mixing. That brings fewer nutrients to the surface for phytoplankton to grow. You might get different species of phytoplankton. If we don’t fully understand the DMS cycle, it’s hard to make predictions.”

    Toole, Dacey, Levine, and others will continue to ask the questions, though. One thing that’s sure about DMS: There’s still a lot to learn.

    Funding for this research came from the National Science Foundation grant OCE-0425166.


    A health care professional will take a blood sample from a vein or an artery. To take a sample from a vein, the health care professional will insert a small needle into your arm. After the needle is inserted, a small amount of blood will be collected into a test tube or vial. You may feel a little sting when the needle goes in or out. This usually takes less than five minutes. Make sure you don't clench your fist during the test, as this can temporarily raise lactic acid levels.

    Blood from an artery has more oxygen than blood from a vein, so your health care provider may recommend this type of blood test. The sample is usually taken from an artery inside the wrist. During the procedure, your provider will insert a needle with a syringe into the artery. You may feel a sharp pain as the needle goes into the artery. Once the syringe is filled with blood, your provider will put a bandage over the puncture site. After the procedure, you or a provider will need to apply firm pressure to the site for 5–10 minutes, or even longer if you are taking a blood-thinning medicine.

    If meningitis is suspected, your provider may order a test called a spinal tap or lumbar puncture to get a sample of your cerebrospinal fluid.


    المجلد 1

    35.3.1.2 Modification of Bile Acids by Gut Microbiota

    Bile acids are saturated, hydroxylated C24 cyclopentanephenanthrene sterols. Primary bile acids, such as cholic and chenodeoxycholic acids, are synthesized from cholesterol in the liver, conjugated to either taurine or glycine, and then excreted through the canaliculi to the biliary system. 28,29 Following their excretion to the gastrointestinal tract, a portion of bile acids will be deconjugated and modified by bacterial metabolism, including oxidation, esterification, desulfatation, and epimerization, ultimately leading to the presence of over 50 different secondary bile acids in human feces, with subsequent minor modifications leading to numerous species of tertiary bile acid species ( Fig. 35.4 ). 30 The initial step in the production of secondary bile acids is to deconjugate them, which is mediated by bile salt hydrolase (BSH). All gut bacteria are thought to encode at least 1 BSH and many bacteria encode several leading to speculation that the ability to deconjugate bile acids is an essential fitness factor for gut bacteria due to primary bile acids being dangerous to bacteria, potentially destroying their membranes and interfering with various bacterial metabolic processes. Deconjugation of the polar conjugates makes bile acids more hydrophobic and, consequently, less dangerous to bacteria. Such increased hydrophobicity results in reduced re-absorption of bile acids and rather favors their loss on feces. Hence, germfree mice exhibit a complete loss of secondary bile acids resulting in increased levels of primary bile acids in liver and a stark reduction of bile acids in colon and feces, because primary bile acids are reabsorbed so efficiently. In the normal case wherein microbiota is present, deconjugated bile acids, some of which will escape enterohepatic recirculation, will be modified by bacteria in the lower GI tract. A range of modifications are possible including oxidation-reduction, amidation, esterification, and sulfation to result in a diverse repertoire of secondary with some analytic schemes reporting the quantitation of upwards of 50 bile acids. While the specific microbial enzymes that mediate such modifications have not been well defined, although some have been identified, overall, they appear to exhibit a high degree of variance among bile acid profiles that are very much impacted by microbiota composition. Conversely, bile acids clearly impact microbiota composition in that direct addition of bile acids to the gut and/or pharmacologic interference alters microbiota composition. Hence, the relationship between bile acids and microbiota composition is best thought of as being one of dynamic equilibrium. In any case, microbiota composition has a clear effect on bile acid levels, which in turn has a myriad of ways of impacting metabolism.

    Fig. 35.4 . Overview of bile acid metabolism in gastrointestinal tract. Explained in text.

    (Taken from Long SL, Gahan CGM, Joyce SA. Interactions between gut bacteria and bile in health and disease. مول أسبكتس ميد 201756:54–65.)