☰

Анаеробні мікроби. Аеробні та анаеробні організми. посівів анаеробних бактерій

Організми, здатні отримувати енергію за умов відсутності кисню, називаються анаеробами. До групи анаеробів відносяться як мікроорганізми (найпростіші і група прокаріотів), так і макроорганізми, до яких можна віднести деякі водорості, гриби, тварин і рослини. У нашій статті ми докладно розглянемо анаеробні бактерії, які використовуються для очищення стічних вод у локальних очисних спорудах. Оскільки поряд з ними в очисних спорудах можуть застосовуватись аеробні мікроорганізми, ми проведемо порівняння цих бактерій.

Що таке анаероби, ми розібралися. Тепер варто зрозуміти, які види вони діляться. У мікробіології використовується така таблиця класифікації анаеробів:

  • Факультативні мікроорганізми. Факультативно-анаеробними називають бактерії, які можуть змінювати свій метаболічний шлях, тобто здатні змінювати дихання з анаеробного на аеробне та навпаки. Можна стверджувати, що вони живуть факультативно.
  • Капнеістичні представники групиздатні жити лише у середовищі зі зниженим вмістом кисню та підвищеним вмістом вуглекислого газу.
  • Помірно-суворі організмиможуть виживати серед з вмістом молекулярного кисню. Однак тут вони не здатні розмножуватись. Макроаерофіли можуть і виживати, і розмножуватися серед з пониженим парціальним тиском кисню.
  • Аеротолерантні мікроорганізмивідрізняються тим, що вони не можуть жити факультативно, тобто не в змозі перемикатися з анаеробного дихання на аеробне. Однак від групи факультативно-анаеробних мікроорганізмів вони відрізняються тим, що не гинуть у середовищі з молекулярним киснем. До цієї групи входить більшість маслянокислих бактерій та деякі види молочнокислих мікроорганізмів.
  • Облігатні бактеріїшвидко гинуть серед з вмістом молекулярного кисню. Вони здатні жити лише за умов повної ізоляції від нього. У цю групу входять інфузорії, джгутикові, деякі види бактерій та дріжджі.

Вплив кисню на бактерії

Будь-яке середовище, що містить кисень, агресивно впливає на органічні форми життя. Вся справа в тому, що в процесі життєдіяльності різних форм життя або впливу деяких видів іонізуючого випромінювання утворюються активні форми кисню, які відрізняються більшою токсичністю в порівнянні з молекулярною речовиною.

Головним визначальним фактором для виживання живого організму в умовах кисневого середовища є наявність у нього антиоксидантної функціональної системи, здатної до елімінації. Зазвичай такі захисні функції забезпечуються одним або кількома ферментами:

  • цитохром;
  • каталаза;
  • супероксиддисмутазу.

При цьому деякі анаеробні бактерії факультативного виду містять лише один вид ферменту – цитохром. Аеробні мікроорганізми мають цілих три цитохроми, тому чудово почуваються в умовах кисневого середовища. А облігатні анаероби взагалі не містять цитохрому.

Однак деякі анаеробні організми можуть впливати на навколишнє середовище і створювати відповідний їй окислювально-відновний потенціал. Наприклад, певні мікроорганізми перед початком розмноження знижують кислотність середовища з показника 25 до 1 або 5. Це дозволяє їм убезпечити себе особливим бар'єром. А аеротолерантні анаеробні організми, які у процес своєї життєдіяльності виділяють перекис водню, можуть підвищувати кислотність середовища.

Важливо: для забезпечення додаткового антиоксидантного захисту бактерії синтезують або накопичують низькомолекулярні антиоксиданти, до яких належать вітаміни групи А, Е і С, а також лимонна та інші види кислот.

Як анаероби отримують енергію?

  1. Деякі мікроорганізми одержують енергію в процесі катаболізму різних сполук амінокислот, наприклад, білків та пептидів, а також самих амінокислот. Як правило, такий процес вивільнення енергії називається гниттям. А саме середовище, в енергообміні якого спостерігається багато процесів катаболізму сполук амінокислот і самих амінокислот, називають гнильним середовищем.
  2. Інші анаеробні бактерії здатні розщеплювати гексози (глюкозу). При цьому можуть використовуватись різні шляхи розщеплення:
    • гліколіз. Після нього серед відбуваються бродильні процеси;
    • окисний шлях;
    • реакції Ентнера-Дудорова, які проходять в умовах маннанової, гексуронової чи глюконової кислоти.

При цьому лише анаеробні представники можуть використовувати гліколіз. Він може ділитися на кілька різновидів бродіння залежно від продуктів, що утворюються після реакції:

  • спиртове бродіння;
  • молочнокисле бродіння;
  • вид ентеробактерій мурашиної кислоти;
  • маслянокисле бродіння;
  • пропіоновокисла реакція;
  • процеси із виділенням молекулярного кисню;
  • метанове бродіння (використовується у септиках).

Особливості анаеробів для септика

В анаеробних септиках використовуються мікроорганізми, які здатні переробляти стоки без доступу кисню. Як правило, у відсіку, де знаходяться анаероби, значно прискорюються процеси гниття стічних вод. Внаслідок цього процесу тверді сполуки випадають на дно у вигляді осаду. У цьому рідка складова стоків якісно очищається від різних органічних включень.

Під час життєдіяльності цих бактерій утворюється велика кількість твердих сполук. Всі вони осідають на дні локальної очисної споруди, тому вона потребує регулярного очищення. Якщо очищення проводити не вчасно, то ефективна та злагоджена робота очисної установки може бути повністю порушена та виведена з ладу.

Увага: осад, здобутий після очищення септика, не варто використовувати як добрива, оскільки в ньому містяться шкідливі мікроорганізми, здатні завдати шкоди навколишньому середовищу.

Оскільки анаеробні представники бактерій у процес своєї життєдіяльності виробляють метан, очисні споруди, які працюють із використанням цих організмів, мають укомплектовуватись ефективною системою вентиляції. В іншому випадку неприємний запах здатний зіпсувати навколишнє повітря.

Важливо: ефективність очищення стоків з використанням анаеробів становить лише 60-70%.

Недоліки використання анаеробів у септиках

Анаеробні представники бактерій, що входять до складу різних біопрепаратів для септиків, мають такі недоліки:

  1. Відходи, що утворюються після переробки бактеріями стічних вод, не підходять для удобрення ґрунту через вміст у них шкідливих мікроорганізмів.
  2. Оскільки в ході життєдіяльності анаеробів утворюється велика кількість щільного осаду, його видалення необхідно проводити регулярно. Для цього вам доведеться викликати асенізаторів.
  3. Очищення стоків з використанням анаеробних бактерій відбувається не повністю, а лише максимум на 70 відсотків.
  4. Очисна споруда, що функціонує з використанням цих бактерій, може видавати дуже неприємний запах, який обумовлений тим, що ці мікроорганізми виділяють метан у процесі життєдіяльності.

Відмінність анаеробів від аеробів

Головна відмінність між аеробами та анаеробами полягає в тому, що перші здатні жити та розмножуватися в умовах із високим вмістом кисню. Тому такі септики обов'язково укомплектовуються компресором та аератором для закачування повітря. Як правило, ці локальні очисні споруди не видають такого неприємного запаху.

На відміну від них анаеробні представники (як показує таблиця мікробіології, описана вище) не потребують кисню. Більше того, деякі їх види здатні загинути при високому вмісті цієї речовини. Тому такі септики не вимагають закачування повітря. Для них важливо лише видалення метану, що утворився.

Ще одна відмінність полягає в кількості осаду, що утворюється. У системах з аеробами кількість осаду набагато менша, тому очищення споруди можна проводити набагато рідше. Крім цього, очищення септика можна виконувати без виклику асенізаторів. Для видалення густого осаду з першої камери можна взяти звичайний сачок, а щоб відкачати активний мул, що утворюється в останній камері, достатньо використовувати дренажний насос. Більш того, активний мул з очисної споруди з використанням аеробів можна використовувати для добрива грунту.

Анаеробні організми

Аеробні та анаеробні бактерії попередньо ідентифікуються в рідкому живильному середовищі за градієнтом концентрації O 2 :
1. Облігатні аеробнібактерії (що потребують кисню) в основномузбираються у верхній частині пробірки, щоб поглинати максимальну кількість кисню. (Виняток: мікобактерії - зростання плівкою на поверхні через восколіпідну мембрану.)
2. Облігатні анаеробніБактерії збираються в нижній частині, щоб уникнути кисню (або не дають росту).
3. ФакультативніБактерії збираються в основному у верхньому ( є більш вигідним, ніж гліколіз), проте вони можуть бути знайдені на всьому протязі середовища, тому що від O2 не залежать.
4. Мікроаерофілизбираються у верхній частині пробірки, та їх оптимум - мала концентрація кисню.
5. Аеротолерантніанаероби не реагують на концентрації кисню і рівномірно розподіляються пробіркою.

Анаероби- організми, які отримують енергію за відсутності доступу кисню шляхом субстратного фосфорилювання, кінцеві продукти неповного окислення субстрату при цьому можуть бути окислені з отриманням більшої кількості енергії у вигляді АТФ у присутності кінцевого акцептора протонів організмами, що здійснюють окислювальне фосфорилювання.

Анаероби - велика група організмів, як мікро-, і макрорівня:

  • анаеробні мікроорганізми- велика група прокаріотів та деякі найпростіші.
  • макроорганізми - гриби, водорості, рослини та деякі тварини (клас форамініфери, більшість гельмінтів (клас сисуни, стрічкові черв'яки, круглі черв'яки (наприклад, аскарида)).

Крім цього анаеробне окислення глюкози відіграє важливу роль у роботі поперечно-смугастої мускулатури тварин і людини (особливо в стані тканинної гіпоксії).

Класифікація анаеробів

Відповідно до усталеної в мікробіології класифікації, розрізняють:

  • Факультативні анаероби
  • Капнеістичні анаероби та мікроаерофіли
  • Аеротолерантні анаероби
  • Помірно-суворі анаероби
  • Облігатні анаероби

Якщо організм здатний перемикатися з одного метаболічного шляху на інший (наприклад, з анаеробного дихання на аеробне та назад), то його умовно відносять до факультативним анаеробам .

До 1991 року у мікробіології виділяли клас капнеїстичних анаеробів, що вимагали зниженої концентрації кисню та підвищеної концентрації вуглекислоти (Бруцели бичачого типу - B. abortus)

Помірно-строгий анаеробний організм виживає серед молекулярним O 2 , проте не розмножується. Мікроаерофіли здатні виживати і розмножуватися серед з низьким парціальним тиском O 2 .

Якщо організм не здатний «переключитися» з анаеробного типу дихання на аеробний, але не гине в присутності молекулярного кисню, він відноситься до групи аеротолерантних анаеробів. Наприклад, молочнокислі та багато маслянокислі бактерії

Облігатніанаероби в присутності молекулярного кисню O 2 гинуть - наприклад, представники роду бактерій та архей: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Такі анаероби постійно живуть у позбавленому кисню середовищі. До облігатних анаеробів належать деякі бактерії, дріжджі, джгутикові та інфузорії.

Токсичність кисню та його форм для анаеробних організмів

Середовище із вмістом кисню є агресивним по відношенню до органічних форм життя. Це з утворенням активних форм кисню у процесі життєдіяльності чи під впливом різних форм іонізуючого випромінювання, значно токсичніших, ніж молекулярний кисень O 2 . Фактор, що визначає життєздатність організму в середовищі кисню - наявність у нього функціональної антиоксидантної системи, здатної до елімінації: супероксид-аніону (O 2 −), перекису водню (H 2 O 2), синглетного кисню (O .), а також молекулярного кисню ( O 2) із внутрішнього середовища організму. Найбільш часто подібний захист забезпечується одним або декількома ферментами:

  • супероксиддисмутаза , що елімінує супероксид-аніон(O 2 −) без енергетичної вигоди для організму
  • каталаза, що елімінує перекис водню (H 2 O 2) без енергетичної вигоди для організму
  • цитохром- Фермент, що відповідає за перенесення електронів від NAD H до O 2 . Цей процес забезпечує суттєву енергетичну вигоду організму.

Аеробні організми містять найчастіше три цитохроми, факультативні анаероби - один або два, облігатні анаероби не містять цитохромів.

Анаеробні мікроорганізми можуть активно впливати на середовище, створюючи відповідний окисно-відновний потенціал середовища (напр. Cl.perfringens). Деякі засіяні культури анаеробних мікроорганізмів, перш ніж почати розмножуватися, знижують pH 2 0 з величини до, огороджуючи себе відновлювальним бар'єром, інші - аеротолерантні - в процесі життєдіяльності продукують перекис водню, підвищуючи pH 2 0 .

При цьому характерним тільки для анаеробів є гліколіз, який залежно від кінцевих продуктів реакції поділяють на кілька типів бродіння:

  • молочнокисле бродіння - рід Lactobacillus ,Streptococcus , Bifidobacterium, а також деякі тканини багатоклітинних тварин та людини.
  • спиртове бродіння - цукроміцети, кандида (організми царства грибів)
  • мурашинокисле - сімейство ентеробактерій
  • олійнокисле - деякі види клостридій
  • пропіоновокисле - пропіонобактерії (наприклад, Propionibacterium acnes)
  • бродіння з виділенням молекулярного водню - деякі види клостридій, ферментація Stickland
  • метанове бродіння - наприклад, Methanobacterium

В результаті розщеплення глюкози витрачається 2 молекули, а синтезується 4 молекули АТФ. Таким чином, загальний вихід АТФ становить 2 молекули АТФ і 2 молекули НАД·Н 2 . Отриманий під час реакції піруват утилізується клітиною по-різному залежно від цього, якого типу бродіння вона слід.

Антагонізм бродіння та гниття

У процесі еволюції сформувався та закріпився біологічний антагонізм бродильної та гнильної мікрофлори:

Розщеплення мікроорганізмами вуглеводів супроводжується значним зниженням середовища, тоді як розщеплення білків та амінокислот – підвищенням (залужуванням). Пристосування кожного з організмів до певної реакції середовища відіграє найважливішу роль у природі та житті людини, наприклад, завдяки бродильним процесам запобігає загниванню силосу, заквашених овочів, молочних продуктів.

Культивування анаеробних організмів

Виділення чистої культури анаеробів схематично

Культивування анаеробних організмів переважно завдання мікробіології.

Для культивування анаеробів застосовують спеціальні методи, сутність яких полягає у видаленні повітря або заміни його спеціалізованою газовою сумішшю (або інертними газами) в герметизованих термостатах. - анаеростатах .

Іншим способом вирощування анаеробів (найчастіше мікроорганізмів) на поживних середовищах - додавання містять редукуючі речовини (глюкозу, мурашинокислий натрій та ін), що зменшують окислювально-відновний потенціал.

Загальні живильні середовища для анаеробних організмів

Для спільного середовища Вільсона – Блерабазою є агар-агар з додаванням глюкози, сульфіту натрію та двохлористого заліза. Клостридії утворюють на цьому середовищі колонії чорного кольору за рахунок відновлення сульфіту до сульфід-аніону, який з'єднуючись з катіонами заліза (II) дає сіль чорного кольору. Як правило, чорні на цьому середовищі утворення колонії з'являються в глибині агарового стовпчика.

Середа Кітта - Тароцціскладається з м'ясопептонного бульйону, 0,5% глюкози та шматочків печінки або м'ясного фаршу для поглинання кисню із середовища. Перед посівом середу прогрівають на киплячій водяній бані протягом 20 - 30 хвилин видалення повітря з середовища. Після посіву живильне середовище одразу заливають шаром парафіну або вазелінової олії для ізоляції від доступу кисню.

Загальні методи культивування для анаеробних організмів

GasPak- Система хімічним шляхом забезпечує сталість газової суміші, прийнятною для зростання більшості анаеробних мікроорганізмів. У герметичному контейнері, в результаті реакції води з таблетками натрію боргідриду і бікарбонату натрію утворюється водень і діоксид вуглецю . Водень потім реагує з киснем газової суміші на паладієвому каталізаторі з утворенням води, що вже вдруге вступає в реакцію гідролізу боргідриду.

Цей метод було запропоновано Брюером та Олгаєром у 1965 році. Розробники представили одноразовий пакет, що генерує водень, який був пізніше вдосконалений ними до саші, що генерують двоокис вуглецю і містять внутрішній каталізатор.

Метод Цейсслеразастосовується виділення чистих культур спорообразующих анаеробів. Для цього виробляють посів на середовище Кітт-Тароцці, прогрівають 20 хв при 80 °C (для знищення вегетативної форми), заливають середовище вазеліновим маслом і інкубують 24 години в термостаті. Потім виробляють посів на цукрово-кров'яний агар для одержання чистих культур. Після 24-годинного культивування колонії, що цікавлять, вивчаються - їх пересіюють на середу Кітт-Тароцці (з подальшим контролем чистоти виділеної культури).

Метод Фортнера

Метод Фортнера- Посіви виробляють на чашку Петрі з потовщеним шаром середовища, розділеним навпіл вузькою канавкою, вирізаною в агарі. Одну половину засівають культуру аеробних бактерій, іншу - анаеробних. Краї чашки заливають парафіном та інкубують у термостаті. Спочатку спостерігають зростання аеробної мікрофлори, а потім (після поглинання кисню) - зростання аеробної різко припиняється і починається зростання анаеробної.

Метод Вейнбергавикористовується для одержання чистих культур облігатних анаеробів. Культури, вирощені на середовищі Кітта-Тароцці, переносять у цукровий бульйон. Потім одноразовою піпеткою пастерів матеріал переносять у вузькі пробірки (трубки Віньяля) з цукровим м'ясо-пептонним агаром, занурюючи піпетку до дна пробірки. Засіяні пробірки швидко охолоджують, що дозволяє фіксувати бактеріальний матеріал у товщі затверділого агару. Пробірки інкубують в термостаті, а потім вивчають колонії, що виросли. При виявленні колонії, що цікавить, на її місці роблять розпил, матеріал швидко відбирають і засіюють на середовище Кітта-Тароцці (з подальшим контролем чистоти виділеної культури).

Метод Перетця

Метод Перетця- у розплавлений та охолоджений цукровий агар-агар вносять культуру бактерій і заливають під скло, поміщене на коркових паличках (або фрагментах сірників) у чашку Петрі. Метод найменш надійний із усіх, але досить простий у застосуванні.

Диференціально - діагностичні поживні середовища

  • Середи Гісса(«строкатий ряд»)
  • Середа Реселя(Рассела)
  • Середа Плоскірєваабо бактоагар «Ж»
  • Вісмут-сульфітний агар

Середовища Гісса: До 1 % пептонної води додають 0,5 % розчин певного вуглеводу (глюкоза, лактоза, мальтоза, маніт, сахароза та ін.) та кислотно-лужний індикатор Андреде, розливають по пробірках, в які поміщають поплавець для уловлювання газоподібних продуктів, що утворюються при розкладанні вуглеводнів.

Середовище Ресселя(Рассела) застосовується для вивчення біохімічних властивостей ентеробактерій (шигел, сальмонел). Містить живильний агар-агар, лактозу, глюкозу та індикатор (бромтимоловий синій). Колір середовища трав'яно-зелений. Зазвичай готують у пробірках по 5 мл зі скошеною поверхнею. Посів здійснюють уколом у глибину стовпчика та штрихом по скошеній поверхні.

Середа Плоскірєва(бактоагар Ж) - диференційно-діагностичне та селективне середовище, оскільки пригнічує зростання багатьох мікроорганізмів, та сприяє зростанню патогенних бактерій (збудників черевного тифу, паратифів, дизентерії). Лактозонегативні бактерії утворюють на цьому середовищі безбарвні колонії, а лактозопозитивні – червоні. У складі середовища – агар, лактоза, діамантовий зелений, солі жовчних кислот, мінеральні солі, індикатор (нейтральний червоний).

Вісмут-сульфітний агарпризначений для виділення сальмонел у чистому вигляді з інфікованого матеріалу. Містить триптичний гідролізат, глюкозу, фактори росту сальмонел, діамантовий зелений та агар. Диференціальні властивості середовища засновані на здатності сальмонел продукувати сірководень, на їх стійкості до присутності сульфіду, діамантового зеленого та лимоннокислого вісмуту. Маркуються колонії в чорний колір сірчистого вісмуту (методика схожа із середовищем Вільсона – Блера).

Метаболізм анаеробних організмів

Метаболізм анаеробних організмів має кілька різних підгруп:

Анаеробний енергетичний обмін у тканинах людиниі тварин

Анаеробна та аеробна енергоутворення в тканинах людини

Деякі тканини тварин та людини відрізняються підвищеною стійкістю до гіпоксії (особливо м'язової тканини). У звичайних умовах синтез АТФ йде аеробним шляхом, а при напруженій м'язовій діяльності, коли доставка кисню до м'язів утруднена, може гіпоксії, а також при запальних реакціях в тканинах домінують анаеробні механізми регенерації АТФ. У скелетних м'язах виявлено 3 види анаеробних і лише один аеробний шлях регенерації АТФ.

3 види анаеробного шляху синтезу АТФ

До анаеробних відносяться:

  • Креатинфосфатазний (фосфогенний або алактатний) механізм – перефосфорилювання між креатинфосфатом та АДФ
  • Міокіназний - синтез (інакше ресинтез) АТФ при реакції трансфосфорилювання 2 молекул АДФ (аденілатциклаза)
  • Гліколітичний – анаеробне розщеплення глюкози крові або запасу глікогену, що закінчується утворенням

Бактерії є скрізь, їх кількість величезна, види різні. Анаеробні бактерії- Ті самі види мікроорганізмів. Можуть розвиватися і жити незалежно, чи є кисень у середовищі їхнього харчування чи його немає зовсім.

Енергію анаеробні бактерії одержують при субстратному фосфорилуванні. Існують аероби факультативного виду, облігатного чи інших різновидів анаеробних бактерій.

Факультативні види бактерій є майже скрізь. Причина їх існування – зміна одного метаболічного шляху на інший. До цього виду відносять кишкову паличку, стафілококи, шигелу, інші. Це небезпечні анаеробні бактерії.

Якщо відсутня вільний кисень, то облігатні бактерії гинуть.

Розташовуються за класами:

  1. Клостридії- Облігатні типи аеробних бактерій, можуть утворювати суперечки. Це збудники ботулізму чи правця.
  2. Неклостридіальні анаеробні бактерії. Різновиди із мікрофлори живих організмів. Відіграють істотну роль при утворенні різних гнійних захворювань та запальних. Неспороутворюючі типи бактерій живуть у порожнині рота, в ШКТ. На шкірних покровах, у статевих органах жінок.
  3. Капнеістичні анаероби. Живуть при перебільшеному скупченні вуглекислоти.
  4. Аеротолерантні бактерії. За наявності молекулярного кисню цей тип мікроорганізмів нікого дихання немає. Але й не гине.
  5. Помірно-суворі типи анаеробів. Серед з киснем не гинуть, не розмножуються. Бактерії цього виду життя потребують середовище харчування зі зниженим тиском.

Анаероби – бактероїди


Вважаються найважливішими аеробними бактеріями. Складають 50% від усіх запальних та гнійних видів. Збудниками їх є анаероби бактерії чи бактероїди. Це грамнегативні облігатні типи бактерій.

Палички з біполярною офарблюваністю та розмірами від 0,5 до 1,5, на площах приблизно 15 мкм. Можуть виробляти ферментів, токсинів, викликати вірулентність. Залежать за стійкістю від антибіотиків. Можуть бути стійкими або просто чутливими. Усі анаеробні мікроорганізми дуже стійкі.

Освіта енергії для грамнегативних облігатних анаеробів здійснюється у людських тканинах. Деякі тканин організмів мають збільшену стійкість до зменшеного значення кисню в середовищі харчування.

В умовах стандарту синтез аденозинтрифосфату виконується лише аеробним способом. Це відбувається при збільшених фізичних зусиллях, запаленнях, де діють анаероби.

АТФ– це аденозинтрифосфат чи кислота, що з'являється під час утворення енергії в організмі. Є кілька варіацій синтезу цієї речовини. Один із них аеробний, або складає три варіації анаеробів.

Анаеробні механізми для синтезу аденозинтрифосфату:

  • перефосфорилювання, яке здійснюється між аденозинтрифосфатом та креатинфосфатом;
  • утворення трансфосфорилювання молекул аденозинтрифосфату;
  • анаеробне розщеплення складових крові глюкози, глікогену

Освіта анаеробів


Призначення мікробіологів – культивування бактерій анаеробів. Щоб це здійснювати потрібна спеціалізована мікрофлора та концентрація метаболітів. Застосовують його при дослідженнях різного характеру.

Є спеціальні методи вирощування анаеробів. Відбуваються під час заміни повітря на суміші газів. Відбувається дія в термостатах із герметизацією. Так ростуть анаероби. Інший метод - вирощування мікроорганізмів з добавкою засобів, що редукують.

Сфера харчування


Є сфера харчування із загальним виглядом чи диференційно-діагностичним. Базовою – для виду Вільсона-Блера служить агар-агар, що має серед складових деякий вміст глюкози, 2-х хлористого заліза, сульфіт натрієвий. Є у тому числі колонії, які називають чорними.

Сферу Ресселя застосовують для дослідження біохімічних якостей бактерій під назвою сальмонели чи шигеллы. Це середовище може мати і глюкозу, і агар-агар.

Середовище Плоскірєва таке, що може стримувати зростання деяких мікроорганізмів. Вони становлять безліч. Тому її застосовують для можливості диференціально-діагностичної. Тут можуть успішно вироблятися дизентерійні збудники, черевного тифу, інші хвороботворні анаероби.

Головний напрямок середовища агарів вісмут-сульфітних – цей метод призначений для виділення сальмонел. Це виконується при вмінні сальмонел виробляти сірководень.

В організмі кожної живої особини живе безліч анаеробів. Вони викликають у них різноманітні види інфекційних захворювань. Зараження інфекцією може відбуватися лише за ослабленого імунітету чи зривах мікрофлори. Є ймовірність попадання інфекцій в живий організм із довкілля. Це може бути восени, у зимовий період. Таке влучення інфекцій зберігається протягом перелічених періодів. Недуга, що викликається, іноді дає ускладнення.

Інфекції, спричинені мікроорганізмами – анаеробними бактеріями, безпосередньо пов'язані з флорою слизових оболонок живих особин. З проживанням місць анаеробів. Кожна інфекція має кілька збудників. Їхня кількість доходить зазвичай до десяти. Абсолютно уточнену кількість захворювань, що викликає анаероб, з точністю визначити не можна.

Через важкий добір матеріалів, призначених для вивчення перевезення зразків, визначення бактерій. Тому даний вид складових найчастіше виявляється лише при вже хронічних запаленнях у людини. Це приклад неуважного ставлення до свого здоров'я.

Анаеробним інфекціям періодично піддаються абсолютно всі люди з різним віком. У дітей ступінь інфекційних запалень набагато більше, ніж в людей іншого віку. Анаероби найчастіше викликають у людини захворювання усередині черепа. Абсцеси, менінгіти, інші види хвороб. Поширення анаеробів виконується зі струмом крові.

Якщо у людини хронічне захворювання, то анаероби можуть утворювати аномалії в області шиї або голови. Наприклад: абсцеси, отит чи лімфаденіти. Бактерії небезпечні для шлунково-кишкового тракту, легких пацієнтів.

Якщо у жінки існують хвороби сечостатевої системи, виникає ризик виникнення анаеробних інфекцій. Різні хвороби шкіри, суглобів – це також наслідок життя анаеробів. Цей спосіб один із перших говорить про наявність інфекції.

Причини виникнення інфекційних захворювань


До появи інфекцій людини призводять ті процеси, у яких його організм потрапляють енергійні бактерії-анаероби. Розвитку хвороби може супроводжувати нестійке кровопостачання, виникнення некрозу тканин. Це можуть бути травми різного характеру, набряклість, пухлини, порушення судин. Поява інфекцій у порожнині рота, захворювання у легенях, запалення тазових органів, інші хвороби.

Інфекція може розвиватися своєрідно кожному за виду. На розвиток впливає тип збудника інфекції, здоров'я пацієнта. Діагностувати такі інфекції важко. Серйозність діагностів часто ґрунтується лише на одних припущеннях. Існує відмінність особливостей інфекцій, що виникають від неклостридіальних анаеробів.

Найперші ознаки при зараженнях - це газоутворення, будь-які нагноєння, появи тромбофлебіту. Іноді як ознаки можуть бути пухлини або новоутворення. Вони можуть бути новоутвореннями шлунково-кишкового тракту, маточними. Супроводжуються формуванням анаеробів. В цей час від людини може виходити неприємний запах. Але, навіть якщо запаху немає, це означає, що анаеробів, як збудників для інфекції, у цьому організмі немає.

Особливості для отримання зразків


Найперше дослідження при інфекціях, викликаних анаеробами - це зовнішній огляд загального вигляду людини, її шкірних покривів. Тому що наявність шкірних захворювань у людини – це ускладнення. Вони свідчать, що про життєдіяльність бактерій наявністю газів у заражених тканинах.

При лабораторних дослідженнях, визначення уточненого діагнозу необхідно правильно отримати зразок зараженої матерії. Найчастіше застосовують спеціалізовану техніку. Найкращим методом отримання зразків вважається аспірація, виконана за допомогою прямої голки.

Види проб, що не відповідають можливості продовження аналізів:

  • мокротиння, набуте самовиділенням;
  • проби бронхоскопії;
  • види мазків від склепінь піхви;
  • сеча від вільного сечовипускання;
  • види фекалій.

Дослідженням підлягають спроби:

  1. крові;
  2. плевральної рідини;
  3. транстрахеальних аспіратів;
  4. гною, взятого з абсцесів
  5. рідини із мозку спини;
  6. пунктатів легень.

Зразки переміщати за місцем призначення треба оперативно. Виконується робота у спеціалізованому контейнері, іноді у сумці із пластмаси.

Вона має бути призначена до анаеробних умов. Тому що взаємодія зразків з киснем повітря може викликати повну загибель бактерій. Рідкі види зразків переміщують у пробірках, іноді у шприцах.

Якщо для досліджень переміщують тампони, то їх перевозять лише у пробірках з наявністю вуглекислих газів, іноді з попередньо виготовленими речовинами.

Анаероби відносяться до бактерій, які з'явилися на планеті Земля раніше за інші живі організми.

Вони відіграють важливу роль в екосистемі, відповідають за життєдіяльність живих істот, беруть участь у процесі ферментації та розкладання.

Одночасно з цим анаероби викликають розвиток небезпечних хвороб та запальних процесів.

Що таке анаероби

Під анаеробами прийнято розуміти мікро- та макроорганізми, які здатні жити в умовах відсутності кисню. Енергію вони одержують у результаті процесу субстратного фосфорилювання.

Розвиток та розмноження анаеробів відбувається у гнійно-запальних осередках, вражаючи людей зі слабким імунітетом.

Класифікація анаеробів

Існує два види даних бактерій:

  • Факультативні, які здатні жити, розвиватися та розмножуватися і в кисневому, і безкисневому середовищі. До таких мікроорганізмів відносять стафілококи, кишкову паличку, стрептококи, шигели;
  • Облігатні живуть лише у середовищі, де немає кисню. Якщо цей елемент з'являється у навколишньому середовищі, відбувається загибель облігатних анаеробів.

У свою чергу облігатні анаероби поділяються на дві групи:

  • Клостридії – це бактерії, що утворюють суперечки; збуджують розвиток інфекцій – бутулізму, ранових, правця.
  • Неклостридіальні – бактерії, які здатні утворювати суперечки. Живуть у мікрофлорі людей та тварин, не небезпечні для живих істот. До таких бактерій відносяться еубактерії, пейлонелли, пептококи, бактеріоди.

Часто і неклостридіальні анаероби викликають гнійні та запальні процеси, у тому числі перитоніт, пневмонія, сепсис, отит та ін. Усі інфекції, спричинені цим видом бактерій, виникають під впливом внутрішніх причин. Основним фактором розвитку інфекцій стає зниження імунітету та опірності організму до хвороботворних мікробів. Зазвичай це відбувається після операцій, травм, переохолодження.

Приклади анаеробів

Прокаріоти та найпростіші мікроорганізми. Гриби. Водорості. Рослини. Гельмінти – сисуни, стрічкові та круглі черв'яки. Інфекції – внутрішньочеревні, внутрішньочеревні, легеневі, ранові, абсцеси, в ділянці шиї та голови, м'яких тканин, спинномозкової рідини. Пневмонія аспіраційна. Періодонтіт.

Інфекції, які спровоковані анаеробними бактеріями, викликають розвиток некрозу, утворення абсцесу, сепсису та газоутворення. Дуже багато анаеробів створюють у тканинах ферменти, які виробляють токсини паралітичної дії.

Анаеробні бактерії спричиняють розвиток наступних захворювань: Інфекції ротової порожнини. Синусіт. Акне. Запалення середнього вуха. Гангрени. Ботулізм. Правець. Крім небезпек, анаероби несуть користь для людини. Зокрема, вони перетворюють на товсту кишку шкідливі цукру токсичного походження на корисні ферменти.

Відмінності анаеробів та аеробів

Анаероби переважно живуть серед, де відсутня кисень, то аероби здатні мешкати, розвиватися і розмножуватися лише за наявності кисню. До анаеробів належать птахи, гриби, кілька видів грибів, тварини. Кисень у анаеробів бере участь у всіх процесах життєдіяльності, що сприяє освіті та виробленню енергії.

Нещодавно вчені з Голландії виявили, що анаероби, що живуть на дні водойм, можуть окислювати метан. При цьому відбувається відновлення нітратів та нітритів, які виділяють молекулярний азот. Участь у освіті цієї речовини беруть археобактерії та еубактерії.

Мікробіологи займаються культивуванням анаеробних мікроорганізмів. Для цього процесу необхідна специфічна мікрофлора та певний ступінь концентрації метаболітів.

Вирощування анаеробів відбувається на поживних речовинах – глюкозі, сульфаті натрію, казеїні.

Анаероби мають різний метаболізм, що дозволяє виділити кілька підгруп бактерій за даною ознакою. Це організми, які використовують анаеробне дихання, променеву енергію Сонця, катаболізм високомолекулярних сполук.

Анаеробні процеси застосовують для розкладання та знезараження опадів, отриманих в результаті стічних вод, для ферментації цукрів, щоб одержати етиловий спирт.

Висновки

Анаероби можуть приносити як користь, так і шкоду людині, тваринам і рослинам. Якщо складаються умови для розвитку патогенних процесів, то анаероби спровокують інфекції та хвороби, здатні закінчитися летальним кінцем. У промисловості та мікробіології вчені намагаються використовувати анаеробні властивості бактерій, щоб отримувати корисні ферменти, очищати воду, ґрунт.

Найбагатшою за кількістю та різноманітністю шляхів метаболізму групою організмів є прокаріоти. Частина з них, щоб синтезувати АТФ (основну енергетичну "валюту" клітини), використовують схему аеробного дихання, типову більшість еукаріотів. Мікроорганізми, що не мають даного механізму, називаються анаеробами. Ці бактерії здатні отримувати енергію із хімічних сполук без участі кисню.

Класифікація анаеробів

По відношенню до кисню виділяють дві групи анаеробних бактерій:

  • факультативні – можуть отримувати енергію як за участю кисню, так і без нього, перехід з одного типу метаболізму на інший залежить від умов середовища;
  • облігатні - ніколи не використовують O 2 .

Для факультативних анаеробів безкисневий тип метаболізму має пристосовне значення, і бактерії вдаються до нього лише в крайньому випадку, при попаданні в анаеробне середовище. Це тим, що кисневе дихання енергетично набагато вигідніше.

В іншої групи анаеробів відсутній біохімічний механізм використання O 2 для окислення сполук, і присутність цього елемента у навколишньому середовищі не тільки не корисна, а й токсична.

Виділяють кілька типів облігатних анаеробів, що відрізняються за стійкістю до присутності молекулярного кисню:

  • суворі гинуть навіть за незначної концентрації O 2 ;
  • помірковано строгі характеризуються середньою чи високою стійкістю до присутності кисню;
  • Аеротолерантні - особлива група прокаріотів, здатна не тільки виживати, а й рости в повітряному середовищі.

Відношення конкретної бактерії до кисню можна визначити характером її зростання в товщі живильного середовища.

До аеротолерантних мікроорганізмів відносять молочнокислі бактерії. Деякі види (наприклад, Clostridium) можуть бути стійкими до високої концентрації кисню за рахунок утворення ендоспор.

Анаеробний енергетичний метаболізм

Усі анаероби - це типові хемотрофи, оскільки як джерело енергії використовують енергію хімічних зв'язків. При цьому енергетичними донорами можуть бути органічні речовини (хемоорганотрофія), так і неорганічні (хемолітотрофія).

У бактерій-анаеробів існують два різновиди безкисневого метаболізму: дихання та бродіння. Принципова різниця між ними полягає у механізмі асиміляції енергії.

Так, при бродінні енергія спочатку запасається у фосфагенній формі (наприклад, у вигляді фосфоенолпірувату), а потім за участю цитозольних дегідрогеназів відбувається субстратне фосфолірування АДФ. Електрони при цьому передаються ендогенного або екзогенного акцептора, який стає побічним продуктом процесу.

При дихальному типі метаболізму енергія запасається в специфічному з'єднанні - Pmf, який або відразу використовується для клітинних процесів, або надходить до зосередженого на мембрані електротранспортного ланцюга, де синтезується АТФ. Тільки на відміну від аеробного дихання, кінцевим акцептором електронів служить не кисень, а інша сполука, яка може мати як органічну, так і неорганічну природу.

Різновиди анаеробного дихання

Основне завдання, яке вирішує анаеробна бактерія з дихальним типом метаболізму, – знайти альтернативу молекулярному кисню. Саме від цього залежить енергійний вихід реакції. Залежно від речовини, що виконує роль термінального акцептора, розрізняють такі види анаеробного дихання:

  • нітратне;
  • залізне;
  • фумаратне;
  • сульфатне;
  • сірчане;
  • карбонатне.

Анаеробне дихання менш ефективне, ніж аеробне, але в порівнянні з бродінням дає набагато більший енергетичний вихлоп.

Анаеробна деструктивна спільнота бактерій

Даний тип мікробіоти утворюється в багатих на органіку екологічних нішах, в яких кисень практично повністю витрачений (затоплювані грунти, підземні гідросистеми, мулисті відкладення і т.д.). Тут відбувається ступінчаста деградація органічних сполук, що здійснюється двома групами бактерій:

  • первинні анаероби відповідають за перший етап десиміляції органіки;
  • вторинні анаероби – це мікроорганізми з метаболізмом дихального типу.

Серед первинних анаеробів розрізняють гідролітиків та дисипотрофів, які пов'язані один з одним трофічними взаємодіями. Гідролітики утворюють біоплівки на поверхні твердих субстратів та продукують гідролітичні екзоферменти, які розщеплюють складні органічні сполуки на олігомери та мономери.

Поживний субстрат, що утворилися, в першу чергу використовуються самими гідролітиками, але також і дисипотрофами. Останні зазвичай менш кооперовані та не виділяють значних кількостей екзоферментів, поглинаючи готові продукти гідролізу біополімерів. Характерним представником дисипотрофів є бактерії роду Syntrophomonas.

Культивування

Особливі вимоги щодо вирощування пред'являються лише до облігатно-анаеробних бактерій. Факультативні чудово розмножуються в кисневому середовищі.

Методи культивування анаеробних мікроорганізмів поділяються на три категорії: хімічні, фізичні та біологічні. Їхнє основне завдання полягає в тому, щоб знизити або повністю виключити присутність кисню в живильному середовищі. Ступінь допустимої концентрації O2 визначається рівнем толерантності конкретного анаероба.

Фізичні методи

Суть фізичних методів полягає в тому, щоб усунути кисень з повітряного середовища, з яким контактує культура, або повністю виключити контакт бактерій з повітрям. До цієї групи відносять такі технології культивування:

  • вирощування в мікроаеростаті – спеціальному приладі, в якому замість атмосферного повітря створюється штучна газова суміш;
  • глибинне культивування - посів бактерій не на поверхню, а високим шаром або в товщу середовища таким чином, щоб туди не проникало повітря;
  • використання в'язких середовищ, у яких дифузія O 2 знижується зі збільшенням густини;
  • вирощування в анаеробному банку;
  • заливання поверхні середовища вазеліновим маслом або парафіном;
  • використання CO 2 -інкубатора;
  • застосування анаеробної станції SIMPLICITY 888 (найсучасніший метод).

Обов'язковою частиною фізичних методів є попереднє кип'ятіння живильного середовища, щоб видалити з нього молекулярний кисень.

Використання хімічних речовин

Хімічні сполуки, що використовуються для вирощування анаеробів, поділяють на 2 групи:

  • Поглиначі кисню сорбують молекули O 2 . Поглинаюча здатність залежить від виду речовини та обсягу повітряного простору в середовищі. Найчастіше застосовують пирогаллол (лужний розчин), металеве залізо, хлорид одновалентної міді, дитіоніт натрію.
  • Відновлюючі агенти (цистеїн, дитіотрейтол, аскорбінова кислота та ін) знижують окисно-відновний потенціал середовища.

Особливим різновидом хімічних методів є використання газогенеруючих систем, до складу яких входять агенти, що генерують водень і вуглекислий газ, а O 2 поглинає каталізатор паладієвий. Такі системи застосовують у замкнутих ємностях для вирощування (анаеростати, пластикові пакети тощо).

Біологічні методи

До біологічних методів відносять спільне вирощування анаеробів та аеробів. Останні видаляють із середовища кисень, створюючи умови зростання своїх " співмешканців " . Як сорбуючі агенти можуть використовувати і факультативно-анаеробні бактерії.

Існує дві модифікації цього методу:

  • Посів двох культур на різні половини чашки Петрі, яку потім закривають кришкою.
  • Посів із використанням "годинного скла", що містить середовище з аеробною бактерією. Таким склом накривають чашку Петрі, суцільним шаром засіяну анаеробною культурою.

Іноді аеробні мікроорганізми використовують на етапі підготовки рідкого живильного середовища для інокуляції анаеробів. Після видалення залишкового кисню аероба (наприклад E. colli) вбивають нагріванням, а потім засівають потрібну культуру.

Виділення чистої культури

Чистою культурою називають популяцію мікроорганізмів, що належить до одного виду, що володіє одними властивостями та отримана з однієї клітини. Для отримання групи бактерій з такими характеристиками зазвичай використовують методи штриху і граничних розведень, але робота з анаеробами - це особливий процес, що вимагає виключення контакту з киснем при отриманні ізольованих колоній.

Існує кілька способів виділення чистої культури анаеробів. До них відносяться:

  • Метод Цейсслера - посів тонким штрихом на чашки Петрі зі створенням анаеробних умов та подальшою інкубацією в термостаті (від 24 до 72 годин).
  • Метод Вейнберга – виділення анаеробів у культуру з використанням цукрового агару (посів високим стовпчиком), бактерії переносяться запаяним капіляром. Спочатку матеріал поміщається в пробірку з ізотонічним розчином (етап розведення), потім пробірку з агаром, що має температуру 40-45 градусів, в якій ретельно перемішується з середовищем. Після цього відбувається послідовне пересівання ще в 2 пробірки, остання з яких охолоджується під струменем води.
  • Метод Перетца - розведений в ізотонічному розчині матеріал заливають у чашку Петрі таким чином, щоб вона заповнила простір під скляною пластинкою, що лежить на її дні, на якій і повинен початися ріст.

У всіх трьох способах матеріал з отриманих ізольованих колоній пересіється на середовище контролю стерильності (СКС) або середовище Кітта-Тароцці.