Анаеробите са бактерии. Характеристики на анаероби, методи за класификация и култивиране

Най-богатата група организми по брой и разнообразие на метаболитни пътища са прокариоти. Някои от тях използват аеробната дихателна схема, типична за повечето еукариоти, за да синтезират АТФ (основната енергийна "валута" на клетката). Микроорганизмите, които не притежават този механизъм, се наричат ​​анаероби. Тези бактерии са способни да произвеждат енергия от химически съединения без кислород.

Анаеробна класификация

По отношение на кислорода се разграничават две групи анаеробни бактерии:

• по избор - може да получава енергия с или без кислород, преходът от един вид метаболизъм към друг зависи от условията на околната среда;
• задължителен - никога не използвайте O ₂ .

За факултативните анаероби, метаболизмът без кислород е с адаптивно значение, а бактериите прибягват до него само като последна мярка, когато се освобождават в анаеробна среда. Това се обяснява с факта, че дишането на кислород е много по-енергично полезно.

В другата група анаероби липсва биохимичният механизъм на използване на O ₂ за окисляване на съединенията, а наличието на този елемент в околната среда не само не е полезно, но и токсично.

Съществуват няколко вида задължителни анаероби, които се различават по устойчивост на присъствие на молекулен кислород:

• тежка смърт дори при ниски концентрации на О2;
• умерено тежка характеризираща се със средна или висока устойчивост на кислород;
• Aerotolerant - специална група прокариоти, които не само могат да оцелеят, но и да растат във въздуха.

Съотношението на дадена бактерия към кислорода може да се определи от естеството на неговия растеж в дебелината на хранителната среда.

Аеро-толерантни микроорганизми включват млечнокисели бактерии. Някои видове (например Clostridium) могат да бъдат устойчиви на високи концентрации на кислород поради образуването на ендоспори.

Анаеробен енергиен метаболизъм

Всички анаероби са типични хемотрофи, защото използват енергията на химичните връзки като енергиен източник. В този случай могат да бъдат и донори на енергия органична материя (хемоорганотрофия) и неорганична (хемолитотрофия).

Анаеробните бактерии имат два вида метаболизъм без кислород: дишане и ферментация. Фундаменталната разлика между тях е в механизма на енергийната асимилация.

По този начин, по време на ферментацията, енергията първо се съхранява във фосфогенна форма (например под формата на фосфоенолпируват) и след това с участието на цитозолни дехидрогенази се получава фосфолиране на субстрат на АДФ. Електроните се прехвърлят към ендогенния или екзогенния акцептор, който става страничен продукт на процеса.

В респираторния тип метаболизъм, енергията се съхранява в специфично съединение - Pmf, което или се използва веднага за клетъчни процеси, или се доставя към мембранно-центрирана електрическа транспортна верига, където се синтезира АТФ. Единствено, за разлика от аеробното дишане, крайният акцептор на електрони не е кислород, а друго съединение, което може да бъде както органично, така и неорганично.

Анаеробни видове дишане

Основната задача, която анаеробната бактерия с респираторния метаболизъм решава, е да намери алтернатива на молекулярния кислород. Енергийният резултат от реакцията зависи от това. В зависимост от веществото, действащо като терминален акцептор, съществуват следните видове анаеробно дишане:

• нитрат;
• желязо;
• фумарат;
• сулфат;
• жупел;
• карбонат.

Анаеробното дишане е по-малко ефективно от аеробното дишане, но в сравнение с ферментацията, тя дава много по-голяма енергия.

Анаеробна разрушителна бактериална общност

Този тип микробиота се формира в богати на органични екосистеми ниши, в които кислородът почти напълно се консумира (наводнени почви, подземни хидравлични системи, мътни седименти и др.). Тук е поетапното разграждане на органични съединения, извършвани от две групи бактерии:

• първичните анаероби са отговорни за първия етап на органична дестимулация;
• вторични анаероби са микроорганизми с респираторен метаболизъм.

Сред първичните анаероби се разграничават хидролити и дисипотрофи, които са свързани помежду си чрез трофични взаимодействия. Хидролитиците образуват биофилми на повърхността на твърдите субстрати и произвеждат хидролитични екзоензими, които разграждат сложните органични съединения в олигомери и мономери.

Полученият хранителен субстрат се използва предимно от самите хидролитици, но също и от дисипотрофи. Последните обикновено са по-малко кооперативни и не отделят значителни количества екзоензими, абсорбиращи готовите продукти на хидролизата на биополимерите. Типичен представител на дисипотрофи са бактериите от рода Syntrophomonas.

култивиране

Специални изисквания за отглеждане се налагат само върху задължителни анаеробни бактерии. Опционално се размножават добре в кислородната среда.

Методите за култивиране на анаеробни микроорганизми се разделят на три категории: химически, физически и биологични. Тяхната основна задача е да намалят или напълно да премахнат присъствието на кислород в хранителната среда. Степента на допустимата концентрация на О2 се определя от нивото на толерантност на специфична анаеробна среда.

Физични методи

Същността на физическите методи е да се отстрани кислородът от въздушната среда, който е в контакт с културата, или напълно да се елиминира контактът на бактериите с въздуха. Тази група включва следните технологии за отглеждане:

• отглеждане в микроаеростат - специално устройство, в което вместо атмосферен въздух се създава изкуствена газова смес;
• дълбоко култивиране - засаждане на бактерии не на повърхността, а във висок слой или в дебелината на средата, така че въздухът да не проникне там;
• използването на вискозни среди, в които дифузията на О2 намалява с увеличаване на плътността;
• отглеждане в анаеробен буркан;
• напълване на повърхността с вазелиново масло или парафин;
• използване на CO ₂ инкубатор;
• използване на анаеробна станция SIMPLICITY 888 (най-модерният метод).

Задължителна част от физическите методи е предварително кипене на хранителната среда за отстраняване на молекулярния кислород от него.

Използване на химикали

Химичните съединения, използвани за отглеждане на анаероби, са разделени в 2 групи:

• Поглъщащите кислород молекули адсорбират O ₂ молекули Абсорбционният капацитет зависи от вида на веществото и обема на въздушното пространство в околната среда. Най-често се използват пирогалол (алкален разтвор), метално желязо, едновалентен меден хлорид, натриев дитионит.
• Редуциращите средства (цистеин, дитиотреитол, аскорбинова киселина и др.) Намаляват окислително-редукционния потенциал на средата.

Специален вид химични методи е използването на газогенериращи системи, които включват агенти, които генерират водород и въглероден диоксид, а O ₂ абсорбира паладиев катализатор. Такива системи се използват в затворени контейнери за отглеждане (анаеростати, пластмасови торби и др.).

Биологични методи

Биологичните методи включват съвместното култивиране на анаероби и аероби. Последните премахват кислорода от околната среда, създавайки условия за растеж на техните “партньори”. Също така като сорбиращи агенти могат да се използват и анаеробни бактерии.

Има два модификации на този метод:

• Засяват се две култури на различни половинки от петриево блюдо, което след това се затваря с капак.
• Засява се с помощта на "наблюдателно стъкло", съдържащо среда с аеробна бактерия. Така че стъклото покрива чашата на Петри, а непрекъснатият слой се засява с анаеробна култура.

Понякога аеробни микроорганизми се използват на етапа на подготовка на течна хранителна среда за инокулация на анаероби. След отстраняване на остатъчния кислород, аеробите (например, Е. colli) се убиват чрез нагряване и след това се засява желаната култура.

Изолиране на чиста култура

Чиста култура е популация от микроорганизми, принадлежащи към един и същи вид, притежаващи същите свойства и получени от една клетка. За да се получи група бактерии с такива характеристики, обикновено се използват методи за инсулт за разреждане и ограничаващи разреждания, но работата с анаероби е специален процес, който изисква изключване на контакт с кислород при получаване на изолирани колонии.

Има няколко начина за изолиране на чиста анаеробна култура. Те включват:

• Методът Zeissler засява инсулт за разреждане в петриеви блюда със създаването на анаеробни условия и последващо инкубиране в термостат (от 24 до 72 часа).
• Метод на Вайнберг - разпределянето на анаероби в култура с помощта на захарен агар (сеитбена висока колона), бактериите се прехвърлят чрез запечатана капиляра. Първо, материалът се поставя в епруветка с изотоничен разтвор (етап на разреждане), след това в епруветка с агар с температура 40-45 градуса, в която тя се смесва добре със средата. След това се провеждат последователни трансфери в още две тръби, като последната се охлажда под поток от вода.
• Методът на Peretz - материалът, разреден в изотоничен разтвор, се излива в петриева паничка, така че да запълва пространството под стъклената плоча на дъното, върху което трябва да започне растежа.

И при трите метода материалът от получените изолирани колонии се прехвърля в средата за контрол на стерилитета (SCS) или в средата на Kitt-Tarozzi.