혐기성 생물

3. 분류

혐기성 생물은 산소에 대한 내성에 따라 다음과 같이 분류된다.

• 절대 혐기성 생물: 산소가 있으면 생존하지 못한다.
• 내기성 혐기성 생물: 산소를 이용하지 않지만 산소가 있어도 생존은 가능하다.
• 조건 혐기성 생물: 산소가 없을 때도 생장 가능하지만, 산소가 있으면 산소를 이용한다.

3. 1. 절대 혐기성 생물 (편성 혐기성 생물)

3. 2. 내기성 혐기성 생물 (내산소성 생물)

3. 3. 통성 혐기성 생물 (조건 혐기성 생물)

3. 4. (참고) 최근 연구 동향

4. 에너지 대사

혐기성 생물은 산소를 이용하지 않고 에너지를 얻기 위해 발효나 혐기성 호흡과 같은 다양한 대사 경로를 활용한다.^[12] 통성 혐기성 생물은 산소가 없을 때는 발효를 하지만,^[13] 산소가 있는 환경에서는 호기성 호흡을 한다.^[7] 일부 통성 혐기성 생물은 산소가 없는 환경에서 발효 대신 혐기성 호흡을 하기도 한다.^[7]

미호기성 생물은 주로 호기성 호흡을 하지만, 일부는 혐기성 호흡도 가능하다. 내산소성 세균은 산소 없이 발효만을 통해 에너지를 생산한다.

4. 1. 발효

4. 2. 혐기성 호흡

4. 3. 크레아틴 인산 가수분해

5. 배양

혐기성 생물 배양에는 분자 산소가 없는 환경이 필요하므로 특수한 기술이 필요하다. 혐기성 미생물을 배양할 때 미생물학자는 질소로 채워진 글러브 박스에서 세균을 처리하거나, 다른 특수 밀폐 용기를 사용하는 등 여러 기술을 사용한다. GasPak 시스템은 물과 수소 붕소 나트륨 및 탄산수소 나트륨 정제의 반응으로 수소 가스와 이산화탄소를 생성하여 혐기성 환경을 조성하는 격리된 용기이다. 수소는 팔라듐 촉매에서 산소 가스와 반응하여 더 많은 물을 생성하여 산소 가스를 제거한다. GasPak 방법은 세균이 죽을 수 있는 부작용이 발생할 수 있다는 문제가 있다. 따라서 티오글리콜산 배지를 사용해야 한다. 티오글리콜산 배지는 혐기성 환경뿐만 아니라 세균이 증식하는 데 필요한 모든 영양소를 제공한다.^[19]

최근, 프랑스의 한 연구팀은 중증 급성 영양 실조에 대한 임상 연구를 바탕으로 산화 환원과 장 혐기성균 사이의 연관성을 입증했다.^[20][21] 이러한 발견은 배지에 항산화제를 첨가하여 "혐기성균"을 호기적으로 배양하는 결과를 낳았다.^[23]

6. 다세포 생물

복잡한 신진대사에 충분한 에너지를 공급할 수 있는 것은 유산소 호흡뿐이므로, 다세포 생명체 중 혐기성 생물은 거의 없다. 예외로는 세 종의 로리카이페라(크기 < 1 mm)와 10개의 세포로 이루어진 ''Henneguya zschokkei''가 있다.^[24]

2010년에 지하염수, 무산소 수역인 지중해 바닥의 L'Atalante 분지에서 혐기성 로리카이페라 세 종이 발견되었다. 이들은 다른 모든 동물에서 산소와 포도당을 결합하여 대사 에너지를 생성하는 산화적 인산화 경로를 포함하는 미토콘드리아가 없으므로 산소를 소비하지 않는다. 대신 이 로리카이페라는 수소소체를 사용하여 수소로부터 에너지를 얻는다.^[25][3]

''Henneguya zschokkei'' 또한 미토콘드리아, 미토콘드리아 DNA 및 산화 경로가 없다. 이 현미경적, 기생 자포동물은 그 안에 미토콘드리아 관련 소기관을 가지고 있는 것으로 관찰된다. 이 미토콘드리아 관련 소기관은 아미노산 대사와 같은 대사 기능을 위한 유전자를 가지고 있는 것으로 관찰된다. 그러나 이 미토콘드리아 관련 소기관에는 관련 호기성 Myxobolus squamalus에서 발견되는 전형적인 미토콘드리아의 주요 특징이 없다. ''H. zschokkei''를 배양하는 어려움 때문에, 그 혐기성 경로에 대한 이해는 거의 없다.^[26]

7. 공생

혐기성 호흡과 그 최종 생성물은 혐기성 생물과 호기성 생물 사이의 공생을 촉진할 수 있는데, 이는 영양 요구를 보충하기 위해 여러 분류군에서 발생한다.^[27]

혐기성 생태와 공생은 섬모충과 원핵생물 사이의 상호 작용에서 발견된다. 혐기성 섬모충은 내생공생 관계에서 원핵생물과 상호 작용하는데, 이러한 관계는 섬모충이 자신의 원핵생물 공생체가 활용하는 최종 생성물을 남기는 방식으로 중재된다. 섬모충은 발효 대사를 사용하여 이를 달성한다. 다양한 동물의 반추위에는 다른 많은 혐기성 박테리아, 원생동물 및 곰팡이와 함께 이러한 섬모충이 서식한다.^[28] 특히, 반추위에서 발견되는 메탄 생성 고세균은 혐기성 섬모충의 공생체 역할을 한다.^[29] 이러한 혐기성 생물은 셀룰로오스를 분해하여 동물이 소화할 수 없을 때 생체 이용 가능하게 만들 수 있기 때문에 반추위를 가진 동물에게 유용하다.^[27]

흰개미는 혐기성 박테리아를 이용하여 질소를 고정하고 재포획한다. 특히, 흰개미의 후장은 식이 질소 농도에 따라 기능이 다양한 질소 고정 박테리아로 가득 차 있다. 흰개미에서 아세틸렌 환원은 질소 함량이 낮은 식단을 가진 흰개미에서 상향 조절되는 것으로 관찰되었는데, 이는 흰개미의 질소 함량이 감소함에 따라 질소 고정 효소 활성이 증가한다는 것을 의미한다.^[30] 흰개미 미생물 군집의 기능 중 하나는 흰개미의 요산으로부터 질소를 재포획하는 것이다. 이를 통해 질소 함량이 낮은 식단에서도 질소를 보존할 수 있다.^[30][31] 다양한 흰개미의 후장 미생물 군집이 분석되었으며, Clostridia, Enterobacteriaceae, 및 그램 양성 구균을 포함하여 16가지 혐기성 박테리아 종이 나타났다.^[31]

8. 독소 생산

일부 혐기성 세균은 사람을 포함한 고등생물에 극도로 위험한 독소 (예: 파상풍 독소, 보툴리누스 독소)를 생성한다.

9. 효소 결핍

절대 혐기성 생물은 산소가 존재할 때 세포 내에 형성되는 치사성 슈퍼옥시드를 변화시키는 슈퍼옥시드 불균등화 효소나 카탈레이스가 없어서 산소가 있으면 사멸한다.

10. 응용

혐기성 생물은 다음과 같은 분야에 응용된다.

• 오수 처리: 오수 처리 시설에서 폭기조 전 단계에 탈질을 위한 혐기조를 설치하여 혐기성 미생물을 이용한다.
• 새로운 에너지원: 하수나 폐기물 속 유기물을 혐기성 생물로 분해하여 탄화수소 가스 형태의 연료를 생산하려는 연구가 진행 중이다.

10. 1. 오수 처리

10. 2. 새로운 에너지원

참조

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