مقدمة في أيض الأحياء الدقيقة

تشارلي سوارت Charlie Swaart كان سكير اجتماعي لسنوات. عدد قليل من البيرة أو المشروبات مع رفاقه، ولكن لا آثار كحولية دائمة. بعد ذلك، في عام 1945، بدأ كابوس من شأنه أن يصنع تاريخ طبي.

في أحد أيام شهر اكتوبر، أثناء وجوده في طوكيو بعد الحرب العالمية الثانية، أصبح سوارت فجأة في حالة سكر بدون سبب واضح. لم يكن لديه أي كحول لعدة أيام، ولكن فجأة شعر انه كان يحتفل طوال الليل. بعد استيقاظه من النوم، قال أنه سيكون على ما يرام في اليوم التالي.

للأسف، تكرر هذا "السلوك" مرة تلو الأخرى. لسنوات بعد ذلك، استمرت النوبات episodes — نوبات من السكر والصداع من الكحول hangovers دون شرب شيء سوى البيرة! كان الأطباء في حيرة لأنه لم يمكنهم الكشف عن الكحول في أنفاسه ودمه. هل هذا نوع من الأيض الداخلي internal metabolism ذهب بحماقة؟ هل كان ذلك نتيجة لعدوى بكتيرية bacterial infection؟ لم يبدو ذلك محتملاً. حذروه من عدم شرب أي كحول إضافية خوفا من الإضرار بكبده. اتبع سوارت نصائحهم، ومع ذلك، واجه فترات من السكر.

عشرين سنة مرت قبل أن يعلم سوارت عن حالة مماثلة في اليابان، المعروفة باسم "السكر بدون شرب drinkless drunk". عانى رجل أعمال ياباني لسنوات من الخزي الاجتماعي والمهني قبل أن يكتشف الأطباء فطر شبيه بالخميرة yeast-like fungus في أمعائه intestine. أظهرت دراسة هذا الميكروب حقيقي النواة eukaryotic microbe أن الخلايا الفطرية fungal cells تخمر الكربوهيدرات carbohydrates إلى الكحول alcohol هناك في أمعائه. تم تعريف الفطر بأنه كانديدا البيكانز Candida albicans. حالياً وجود كانديدا البيكانز في أمعاء المرء ليس من المألوف، ولكن، العثور على كانديدا البيكانز المخمرة fermenting C. albicans كان تاريخياً.

علم سوارت أن المضاد الحيوي antibiotic عمل على قتل خلايا الخميرة في أمعاء الرجل الياباني. مع هذه المعرفة، أتصل بطبيبه. من المؤكد أن الفحوصات المخبرية أظهرت مستعمرات هائلة massive colonies من كانديدا البيكانز في أمعاء سوارت أيضا. السكر sugar في كوب من القهوة أو أي كربوهيدرات في المكرونة pasta، الكيك cake، أو الحلوى candy يمكن أن تجلب حالة السكر. ومع ذلك، لعلاج مرضه، كان على سوارت السفر الى اليابان للحصول على المضاد الحيوي الفعال.

يعتقد الباحثون أن الانفجارات الذرية atomic blasts على هيروشيما Hiroshima وناغازاكي Nagasaki في عام 1945 قد تسببت في تطفر كانديدا البيكانز الطبيعية إلى شكل تخميري fermenting form، التي وجدت طريقها بطريقة ما الى الجهاز الهضمي digestive system لسوارت. يمكن للمرء أن يتساءل فقط إذا كان هناك العديد من الأفراد الآخرين الذين أصبحوا أحواض تخمير حية living fermentation vats للفطر. بالنسبة لتشارلي سوارت، الكابوس انتهى أخيرا.

عملية التخمر fermentation الموصوفة هنا كانت في ميكروب حقيقي النواة eukaryotic microbe. ومع ذلك، تحدث أنواع أخرى عديدة من عمليات التخمر أيضاً في الأحياء الدقيقة microorganisms وهي ليست سوى جانب واحد من موضوع واسع من الأيض الميكروبي microbial metabolism.

يشير الأيض Metabolism إلى جميع التفاعلات الكيموحيوية biochemical reactions التي تحدث في الكائن الحي. تنقسم هذه العمليات إلى فئتين عامتين. الابتناء Anabolism يبني مركبات عضوية organic compounds أكبر مثل الكربوهيدرات carbohydrates والبروتينات proteins من مونومرات monomers أبسط، بما في ذلك الجلوكوز glucose والأحماض الأمينية amino acids. الهدم Catabolism يحلل هذه البوليمرات polymers إلى جزيئات أبسط مثل ثاني أكسيد الكربون carbon dioxide، الأمونيا ammonia، والماء water.

من منظور الطاقة، تشكل التفاعلات الابتنائية anabolic reactions روابط، والتي تتطلب الطاقة. هذه العمليات التي تتطلب الطاقة هي تفاعلات ماصة للطاقة endergonic reactions (end = "داخلي inner"؛ ergon = "عمل work"). في المقابل، تكسر التفاعلات الهدمية catabolic reactions الروابط، وتطلق الطاقة. تسمى هذه العمليات تفاعلات مطلقة للطاقة exergonic reactions (ex = "خارج outside of"). يقارن الجدول بين الابتناء والهدم، والتي هي تفاعلات تحدث غالباً في نفس الوقت في الخلايا والكائنات الحية. يتضمن الأيض أيضاً تفاعلات تحويلية conversion reactions تحول جزيء واحد إلى آخر بدون أي نوع من الحالة الهدمية أو الابتنائية.

جدول: مقارنة بين الجانبين الرئيسيين للأيض الخلوي Cellular Metabolism

الإبتناء Anabolism	الهدم Catabolism
البناء من جزيئات صغيرة	تكسير جزيئات كبيرة
انتاج جزيئات كبيرة	انتاج جزيئات صغيرة
البناء الضوئي Photosynthesis	تحلل السكر Glycolysis دورة حمض الستريك citric acid cycle
تنفذ بوساطة الإنزيمات	تنفذ بوساطة الإنزيمات
تتطلب الطاقة عادة	تطلق الطاقة عادة