Анаероби - це бактерії. Особливості анаеробів, класифікація та методи культивування

Анаероби - це бактерії. Особливості анаеробів, класифікація та методи культивування

Найбагатшою за кількістю і різноманітністю шляхів метаболізму групою організмів є прокаріоти. Частина з них, щоб синтезувати АТФ (основну енергетичну "" валюту "" клітини), використовують схему аеробного дихання, типову для більшості еукаріотів. Мікроорганізми, які не володіють цим механізмом, називаються анаеробами. Ці бактерії здатні отримувати енергію з 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 O2.

Для факультативних анаеробів безкислородний тип метаболізму має пристосувальне значення, і бактерії вдаються до нього тільки в крайньому випадку, при потраплянні в анаеробне середовище. Це пояснюється тим, що кисневе дихання енергетично набагато вигідніше.

У іншої групи анаеробів відсутній біохімічний механізм використання O2 для окислення сполук, і присутність цього елемента в навколишньому середовищі не тільки не корисна, але і токсично.

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

  • суворі гинуть навіть при незначній концентрації O2;
  • помірно суворі характеризуються середньою або високою стійкістю до присутності кисню;
  • аеротолерантні - особлива група прокаріот, здатна не тільки виживати, а й рости в повітряному середовищі.

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

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

Анаеробний енергетичний метаболізм

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


У бактерій-анаеробів існують два різновиди безкислородного метаболізму: дихання і бродіння. Принципова відмінність між ними полягає в механізмі асиміляції енергії.

Так, при бродінні енергія спочатку запасається у фосфагенній формі (наприклад, у вигляді фосфоенолпірувату), а потім за участю цитозольних дегідрогеназ відбувається субстратне фосфолірування АДФ. Електрони при цьому передаються ендогенному або екзогенному акцептору, 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 в зосереджений на мембрані електротранспортний ланцюг, 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 енергітичний 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 порівняно з бродінням дає набагато більший енергетичний вихлоп.

Анаеробна деструктивна спільнота бактерій

Даний тип мікробіоти утворюється в багатих органікою екологічних нішах, в яких кисень практично повністю витрачений (затоплювані грунти, підземні гідросистеми, мулові відкладення і т. д.). Тут відбувається ступенева деградація органічних сполук, здійснювана двома групами бактерій:

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

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


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

Культивування

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

Методи культивування анаеробних мікроорганізмів підрозділюються на три категорії: хімічні, фізичні та біологічні. Їх 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 прибрати 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, в яких дифузія O2 знижується зі збільшенням щільності;
  • вирощування в анаеробній банку;
  • заливка поверхні середовища вазеліновою олією або парафіном;
  • використання CO2-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, які використовуються для вирощування анаеробів, поділяють на 2 групи:

  • Поглиначі кисню сорбують молекули O2. Поглинаюча здатність залежить від виду речовини і обсягу повітряного простору в середовищі. Найбільш часто застосовують пірогалол (лужний розчин), металеве залізо, хлорид одновалентної міді, дитіоніт натрію.
  • Відновлюючі агенти (цистеїн, дітіотрейтол, аскорбінова кислота та ін.) знижують окислювально-відновлювальний потенціал середовища.

Особливим різновидом хімічних методів є використання газогенеруючих систем, до складу яких входять агенти, що генерують водень і вуглекислий газ, а O2 поглинає палладієвий каталізатор. Такі системи застосовують у замкнутих ємностях для вирощування (анаеростати, пластикові пакети тощо).

Біологічні методи

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

Існує дві модифікації даного методу:

  • Посів двох культур на різні половини чашки Петрі, яку потім закривають кришкою.
  • Посів з використанням "" годинникового 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 і отриману з однієї клітини. Для отримання групи бактерій з такими характеристиками зазвичай використовують методи витончуючого штриха 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 належать:

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

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