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En la tierra oxígeno molecular en concentraciones notables está disponible en áreas que tienen contacto directo con la atmósfera o en presencia de fototróficos oxigenados. Los entornos en los que el oxígeno está ausente se denominan anaeróbicos. Sin embargo, la conversión de energía todavía es posible en condiciones anaeróbicas a través de dos procesos metabólicos diferentes, fermentación y respiración anaeróbica1.
Mientras que los organismos sometidos a respiración aeróbica están utilizando oxígeno como un aceptador de electrones terminal, la respiración anaeróbica requiere aceptadores de electrones alternativos como nitrato o sulfato2. En la llamada "torre de electrones", las parejas redox se organizan de acuerdo a su potencial redox, con los más negativos situados en la parte superior (donantes de electrones) y los agentes de oxidación más fuertes con potencial redox positivo en la parte inferior (aceptadores de electrones). La transferencia de electrones entre donantes y aceptadores conduce a la conservación de la energía a través de la llamada cadena respiratoria y los electrones pueden ser capturados por los aceptadores de electrones - para permanecer en la imagen - en diferentes pisos de la torre. Por lo tanto, cuanto mayor sea la caída de electrones a través de la torre de electrones, más energía se puede conservar por la reacción respectiva. Por lo tanto, la respiración también es posible en hábitats anaeróbicos, por ejemplo, con pares de oxox rojo incluyendo NO3-/NO2-, ácido fumarico/ácido succínico, SO32-/ H2S, S /H2S, Mn(IV)/Mn(II ), Fe(III)/Fe(II)2,3. En primer lugar, la energía resultante se conserva como potencial de membrana, que posteriormente es utilizado por la fosforilación de transporte de electrones para la síntesis de adenosina-trifosfato (ATP) por membrana unida ATP-synthasas. A diferencia de la respiración aeróbica, la cantidad de energía que puede ser conservada por la respiración anaeróbica puede reducirse drásticamente; sin embargo, la producción de energía de la mayoría de las respiraciones anaeróbicas es aún mayoren comparación con la fermentación, una ruta de conservación de energía anaeróbica en hábitats que carecen de oxígeno y otros aceptadores de electrones terminales 2.
Durante la fermentación, los sustratos orgánicos ricos en energía se degradan a varios productos de fermentación que a menudo definen el nombre del proceso general, por ejemplo, la fermentación alcohólica. A diferencia de los procesos de respiración, la generación de ATP durante la fermentación se limita a la fosforilación a nivel desustrato durante la cual un grupo de fosfato se transfiere a adenosina-difosfato (ADP) a partir de un sustrato fosforilado rico en energía 2. Los microorganismos fermentadores desempeñan un papel central en la degradación anaeróbica de la materia orgánica, ya que son actores clave en la descomposición del sustrato. Los productos de fermentación primaria, como los ácidos orgánicos, alcoholes, CO2y H2,pueden ser utilizados posteriormente por microorganismos de fermentación secundaria para producir ácido acético, CO2y H2. Ejemplos para los productos de fermentación incluyen ácido láctico, varios ácidos grasos volátiles (formático-, acético-, propionic-, butírico-, ácido valerico), n-butanol, 2,3-butandiol, acetona, y etanol.
El cultivo de microorganismos en condiciones estrictamente anaeróbicas requiere métodos y equipos completamente diferentes en comparación con el cultivo de organismos aeróbicos. Mientras que los organismos tolerantes al oxígeno a menudo se cultivan en platos de agar, los llamados cultivos superficiales, esto es - con algunas excepciones - difícilmente posible para los microorganismos estrictamente anaeróbicos. Por lo tanto, los cultivos de enriquecimiento de microorganismos estrictamente anaeróbicos se establecen principalmente en medios líquidos que aplican recipientes de cultivo sellados con septos herméticos a gas que aseguran una atmósfera de espacio libre de oxígeno4,6, 7.
La descripción actual del protocolo proporcionará métodos de cultivo adecuados para los microorganismos objetivo de una población mixta derivados de una planta de biogás anaeróbico. El aislamiento y el cultivo de las culturas puras es aún más difícil, pero no parte de esta obra.
Aquí, mostramos el procedimiento para el cultivo de una comunidad microbiana anaeróbica basada en unestudio sobre la formación de ácidos fenil durante la digestión anaeróbica de sustratos proteicos 8. La comunidad microbiana estaba formada por miembros de las cuatro fases de la digestión anaeróbica: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Se aplicó un medio de sal mineral complementado con una fuente de carbono, redox-indicador, solución de vitamina y oligoelemento, y agente reductor9. El medio fue modificado con los respectivos sustratos precursores de fenilácido proteico8.