Anaerobi in aerobi. Aerobne bakterije

Bakterije so se pojavile pred več kot 3,5 milijarde let in so bile prvi živi organizmi na našem planetu. Zahvaljujoč aerobnemu in anaerobne vrste bakterije so povzročile življenje na Zemlji.

Danes so ena izmed vrstno najbolj raznolikih in razširjenih skupin prokariontskih (nejedrskih) organizmov. Različno dihanje jih je omogočilo, da jih razdelimo na aerobne in anaerobne, prehrana pa na heterotrofne in avtotrofne prokariote.

Razvrstitev prokariotov

Raznolikost vrst teh nejedrskih je ogromna: znanost je opisala le 10.000 vrst, bakterij pa je menda več kot milijon. Njihova razvrstitev je izjemno zapletena in se izvaja na podlagi splošnosti naslednje znake in lastnosti:

• morfološki - oblika, način gibanja, sposobnost sporulacije in drugo);
• fiziološki - dihanje s kisikom (aerobno) ali anoksična varianta (anaerobne bakterije), glede na naravo presnovnih produktov in drugo;
• biokemični;
• podobnost genetskih značilnosti.

na primer morfološka klasifikacija na videz vse bakterije razvršča kot:

• v obliki palice;
• navijanje;
• sferična.

Fiziološka klasifikacija glede na kisik deli vse prokariote na:

• anaerobni - mikroorganizmi, katerih dihanje ne zahteva prisotnosti prostega kisika;
• aerobni - mikroorganizmi, ki potrebujejo kisik za svoje življenje.

Anaerobni prokarioti

Anaerobni mikroorganizmi v celoti ustrezajo svojemu imenu - predpona an-zanika pomen besede, aero je zrak in b-življenje. Izkazalo se je - življenje brez zraka, organizmi, katerih dihanje ne potrebuje prostega kisika.

Anoksični mikroorganizmi so razdeljeni v dve skupini:

• fakultativno anaerobno - lahko obstaja tako v okolju, ki vsebuje kisik, kot tudi v njegovi odsotnosti;
• obvezni mikroorganizmi - umirajo v prisotnosti prostega kisika v okolju.

Obvezno skupino, glede na možnost nastanka spor, razdeli na naslednje:

• klostridija, ki tvori spore - gram-pozitivne bakterije, od katerih je večina mobilnih, za katere je značilna intenzivna presnova in velika variabilnost;
• neklostridialni anaerobi - gram-pozitivni in so del človeške mikroflore.

Lastnosti klostridije

Anaerobne bakterije, ki tvorijo spore v velikem številu najdemo v tleh in v prebavilih živali in ljudi. Med njimi je znanih več kot 10 vrst, ki so strupene za ljudi. Te bakterije proizvajajo zelo aktivne eksotoksine, značilne za vsako vrsto.

Čeprav je ena vrsta anaerobnih mikroorganizmov lahko povzročitelj okužbe, je zastrupitev z različnimi mikrobnimi združenji bolj značilna:

• več vrst anaerobnih bakterij;
• anaerobni in aerobni mikroorganizmi (najpogosteje klostridije in stafilokoki).

V znanem kisikovem okolju je povsem naravno, da je za pridobitev obveznih aerobov potrebna uporaba posebne opreme in mikrobioloških medijev. Pravzaprav se gojenje anoksičnih mikroorganizmov zmanjša na ustvarjanje pogojev, v katerih je dostop zraka do gojišča, kjer se gojijo prokarionti, popolnoma blokiran.

Pri mikrobiološki analizi obveznih anaerob so izredno pomembne metode vzorčenja in način transporta vzorca v laboratorij. Ker bodo obvezni mikroorganizmi pod vplivom zraka takoj umrli, je treba vzorec shraniti v zaprti brizgi ali v specializiranih medijih, namenjenih za takšen transport.

Aerofilni mikroorganizmi

Aerobi se imenujejo mikroorganizmi, katerih dihanje je nemogoče brez prostega kisika v zraku, njihovo gojenje pa poteka na površini hranilnih medijev.

Glede na stopnjo odvisnosti od kisika so vsi aerobi razdeljeni na:

• obvezni (aerofili) - se lahko razvijejo le pri visoki koncentraciji kisika v zraku;
• fakultativni aerobni mikroorganizmi, ki se razvijejo tudi ob zmanjšani količini kisika.

Lastnosti in značilnosti aerobov

Aerobni, vodni in zračni ter so aktivno vključeni v kroženje snovi. Dihanje bakterij, ki so aerobi, poteka z neposredno oksidacijo metana (CH 4), vodika (H 2), dušika (N 2), vodikovega sulfida (H 2 S), železa (Fe).

Obvezni aerobni mikroorganizmi, ki so patogeni za ljudi, vključujejo bacil tuberkuloze, povzročitelje tularemije in vibrio cholerae. Vsi potrebujejo visoko raven kisika za preživetje. Fakultativne aerobne bakterije, kot je salmonela, lahko dihajo z zelo malo kisika.

Aerobni mikroorganizmi, ki dihajo v kisikovi atmosferi, lahko obstajajo v zelo širokem razponu pri delni tlak od 0,1 do 20 atm.

Gojenje aerobov

Pomeni uporabo ustreznega hranilnega medija. Potrebni pogoji so tudi kvantitativni nadzor kisikove atmosfere in ustvarjanja optimalne temperature.

Dihanje in rast aerobov se kaže kot nastajanje motnosti v tekočih medijih ali v primeru gostih medijev kot nastajanje kolonij. V povprečju traja približno 18 do 24 ur, da rastejo aerobi v termostatskih pogojih.

Splošne lastnosti aerobov in anaerob

1. Vsi ti prokarioti nimajo izrazitega jedra.
2. Razmnožujejo se bodisi z brstenjem bodisi z delitvijo.
3. Izvajanje dihanja, kot posledica oksidativnega procesa, tako aerobnega kot anaerobnih organizmov razgradijo velike količine organskih snovi.
4. Bakterije so edina živa bitja, katerih dihanje veže molekularni dušik v organsko spojino.
5. Aerobni organizmi in anaerobi so sposobni dihati v širokem razponu temperatur. Obstaja klasifikacija, po kateri so enocelični organizmi brez jedra razdeljeni na:

• psihrofilni - življenjski pogoji v območju 0 ° C;
• mezofilna - vitalna temperatura od 20 do 40 ° C;
• termofilna - rast in dihanje se pojavi pri 50-75 ° C.

Aerobne bakterije To so mikroorganizmi, ki potrebujejo prosti kisik za normalno življenje. Za razliko od vseh anaerobov sodelujejo tudi v procesu generiranja energije, ki jo potrebujejo za razmnoževanje. Te bakterije nimajo izrazitega jedra. Razmnožujejo se z brstenjem ali cepljenjem in pri oksidaciji tvorijo različne strupene produkte nepopolne redukcije.

Malo ljudi ve, da aerobne bakterije ( s preprostimi besedami Aerobi so organizmi, ki lahko živijo v tleh, zraku in vodi. Aktivno sodelujejo pri kroženju snovi in ​​imajo več posebnih encimov, ki zagotavljajo njihovo razgradnjo (na primer katalaza, superoksid dismutaza in drugi). Dihanje teh bakterij poteka z neposredno oksidacijo metana, vodika, dušika, vodikovega sulfida in železa. Lahko obstajajo v širokem območju pri delnem tlaku 0,1-20 atm.

Gojenje aerobnih gram-negativnih in gram-pozitivnih bakterij ne pomeni le uporabe ustreznega hranilnega medija zanje, temveč tudi kvantitativno kontrolo kisikove atmosfere in vzdrževanje optimalnih temperatur. Za vsak mikroorganizem te skupine obstaja tako minimalna kot največja koncentracija kisika v okolju, ki ga obdaja, kar je potrebno za njegovo normalno razmnoževanje in razvoj. Zato tako zmanjšanje kot povečanje vsebnosti kisika nad "maksimalno" mejo vodi do prenehanja vitalne aktivnosti takšnih mikrobov. Vse aerobne bakterije umrejo pri koncentraciji kisika od 40 do 50%.

Vrste aerobnih bakterij

Glede na stopnjo odvisnosti od prostega kisika so vse aerobne bakterije razdeljene na naslednje vrste:

1. obvezni aerobi- to so "brezpogojni" ali "strogi" aerobi, ki se lahko razvijejo le, če je v zraku visoka koncentracija kisika, saj prejemajo energijo iz oksidativne reakcije z njegovo udeležbo. Tej vključujejo:

2. Fakultativni aerobi- mikroorganizmi, ki se razvijejo tudi pri zelo nizki količini kisika. spada v to skupino.

Bakterije so prisotne povsod v našem svetu. So povsod in povsod, število njihovih sort pa je preprosto neverjetno.

Glede na potrebo po prisotnosti kisika v hranilnem mediju za izvajanje vitalne aktivnosti so mikroorganizmi razvrščeni v naslednje vrste.

• Obvezne aerobne bakterije, ki se zbirajo v zgornjem delu hranilnega medija, je flora vsebovala največjo količino kisika.
• Obvezne anaerobne bakterije, ki se nahajajo v spodnjem delu okolja, čim dlje od kisika.
• Fakultativne bakterije živijo večinoma v zgornjem delu, lahko pa se razširijo po vsem okolju, saj niso odvisne od kisika.
• Mikroaerofili imajo raje nizko koncentracijo kisika, čeprav se zbirajo v zgornjem delu okolja.
• Aerotolerantni anaerobi so enakomerno razporejeni v hranilnem mediju, neobčutljivi na prisotnost ali odsotnost kisika.

Koncept anaerobnih bakterij in njihova klasifikacija

Izraz "anaerobi" se je pojavil leta 1861, zahvaljujoč delu Louisa Pasteurja.

Anaerobne bakterije so mikroorganizmi, ki se razvijejo ne glede na prisotnost kisika v hranilnem mediju. Dobijo energijo s fosforilacijo substrata. Obstajajo fakultativni in obvezni aerobi, pa tudi druge vrste.

Najpomembnejši anaerobi so bakteroidi

Najpomembnejši aerobi so bakteroidi. O petdeset odstotkov vseh gnojno-vnetnih procesov, katerih povzročitelji so lahko anaerobne bakterije, so bakteroidi.

Bacteroides so rod gram-negativnih obveznih anaerobnih bakterij. To so palice z bipolarno obarvanostjo, katerih velikost ne presega 0,5-1,5 krat 15 mikronov. Proizvajajo toksine in encime, ki lahko povzročijo virulenco. Različni bakteroidi imajo različno odpornost na antibiotike: obstajajo tako odporni kot občutljivi na antibiotike.

Proizvodnja energije v človeških tkivih

Nekatera tkiva živih organizmov imajo povečano odpornost na nizko vsebnost kisika. V standardnih pogojih pride do sinteze adenozin trifosfata aerobno, vendar pri povišanih telesna aktivnost pri vnetnih reakcijah pa pride do izraza anaerobni mehanizem.

Adenozin trifosfat (ATP) je kislina, ki igra pomembno vlogo pri proizvodnji energije v telesu. Obstaja več možnosti za sintezo te snovi: ena aerobna in kar tri anaerobne.

Anaerobni mehanizmi sinteze ATP vključujejo:

• refosforilacija med kreatin fosfatom in ADP;
• reakcija transfosforilacije dveh molekul ADP;
• anaerobna razgradnja glukoze v krvi ali zalog glikogena.

Gojenje anaerobnih organizmov

Obstajati posebne metode za gojenje anaerobov. Sestavljeni so iz zamenjave zraka z plinske mešanice v zaprtih termostatih.

Drug način je gojenje mikroorganizmov v hranilnem mediju, v katerega so dodane redukcijske snovi.

Gojišča za anaerobne organizme

Obstajajo skupni hranilni mediji in diferencialno diagnostični hranilni mediji. Pogosta sta medij Wilson-Blair in medij Kitt-Tarozzi. Za diferencialno diagnostiko - medij Hiss, medij Ressel, medij Endo, medij Ploskirev in bizmut-sulfitni agar.

Osnova medija Wilson-Blair je agar-agar z dodatkom glukoze, natrijevega sulfita in železovega diklorida. Črne kolonije anaerobov nastajajo predvsem v globini agarskega stolpca.

Resselov (Russellov) medij se uporablja pri preučevanju biokemičnih lastnosti bakterij, kot sta Shigella in Salmonella. Vsebuje tudi agar-agar in glukozo.

sreda Ploskirev zavira rast številnih mikroorganizmov, zato se uporablja v diferencialno diagnostične namene. V takem okolju se dobro razvijajo povzročitelji tifusa, griže in drugih patogenih bakterij.

Glavni namen bizmutovega sulfitnega agarja je izolacija salmonele v čista oblika. To okolje temelji na sposobnosti salmonele, da proizvaja vodikov sulfid. Ta medij je po uporabljeni tehniki podoben mediju Wilson-Blair.

Anaerobne okužbe

Večina anaerobnih bakterij, ki živijo v človeškem ali živalskem telesu, lahko povzroči različne okužbe. Praviloma se okužba pojavi v obdobju oslabljene imunosti ali kršitve splošne mikroflore telesa. Obstaja tudi možnost vstopa patogenov zunanje okolje predvsem pozno jeseni in pozimi.

Okužbe, ki jih povzročajo anaerobne bakterije, so običajno povezane s floro človeških sluznic, torej z glavnimi habitati anaerobov. Običajno so te okužbe več sprožilcev hkrati(do 10).

Natančno število bolezni, ki jih povzročajo anaerobi, je skoraj nemogoče določiti zaradi težav pri zbiranju materiala za analizo, transportu vzorcev in gojenju samih bakterij. Najpogosteje se ta vrsta bakterij nahaja v kronične bolezni.

Anaerobne okužbe prizadenejo ljudi vseh starosti. Hkrati imajo otroci raven nalezljive bolezni višje.

Anaerobne bakterije lahko povzročijo različne intrakranialne bolezni (meningitis, abscesi itd.). Porazdelitev se praviloma pojavi s krvnim obtokom. Pri kroničnih boleznih lahko anaerobi povzročijo patologije v glavi in ​​vratu: vnetje srednjega ušesa, limfadenitis, abscesi. Te bakterije so nevarne prebavila, in enostavno. Pri različnih boleznih urogenitalnega sistema ženske obstaja tudi tveganje za razvoj anaerobnih okužb. Različne bolezni sklepov in kože je lahko posledica razvoja anaerobnih bakterij.

Vzroki anaerobnih okužb in njihovi simptomi

Okužbe povzročajo vsi procesi, med katerimi v tkiva vstopijo aktivne anaerobne bakterije. Prav tako lahko razvoj okužb povzroči moteno oskrbo s krvjo in nekrozo tkiv (različne poškodbe, tumorji, edemi, žilne bolezni). Okužbe ust, ugrizi živali, pljučne bolezni, vnetne bolezni medeničnih organov in številne druge bolezni lahko povzročijo tudi anaerobi.

V različnih organizmih se okužba razvija na različne načine. Na to vpliva vrsta patogena in zdravstveno stanje ljudi. Zaradi težav, povezanih z diagnosticiranjem anaerobnih okužb, sklep pogosto temelji na predpostavkah. Razlikujejo se po nekaterih značilnostih okužbe, ki jo povzroča neklostridialni anaerobi.

Prvi znaki okužbe tkiv z aerobi so gnojenje, tromboflebitis, nastajanje plinov. Nekatere tumorje in neoplazme (črevesne, maternične in druge) spremlja tudi razvoj anaerobnih mikroorganizmov. Lahko povzročijo anaerobne okužbe slab vonj, vendar njegova odsotnost ne izključuje anaerobov kot povzročitelja okužbe.

Značilnosti pridobivanja in prevoza vzorcev

Prva študija v opredelitvi okužb, ki jih povzročajo anaerobi, je vizualni pregled. Različno kožne lezije so pogost zaplet. Tudi dokaz vitalne aktivnosti bakterij bo prisotnost plina v okuženih tkivih.

Za laboratorijske raziskave in postavitev natančne diagnoze je najprej potrebno kompetentno dobiti vzorec snovi iz prizadetega območja. Za to uporabo posebna oprema, zaradi česar normalna flora ne pride v vzorce. najboljša metoda je aspiracija z ravno iglo. Pridobivanje laboratorijskega materiala z brisom ni priporočljivo, je pa možno.

Vzorci, ki niso primerni za nadaljnjo analizo, vključujejo:

• sputum, pridobljen s samoizločanjem;
• vzorci, pridobljeni med bronhoskopijo;
• bris iz vaginalnih obokov;
• urin s prostim uriniranjem;
• iztrebki.

Za raziskave se lahko uporabijo:

• kri;
• plevralna tekočina;
• transtrahealni aspirati;
• gnoj, pridobljen iz votline abscesa;
• cerebrospinalna tekočina;
• pljučne punkcije.

Transportni vzorci je treba čim prej v posebno posodo ali plastično vrečko z anaerobnimi pogoji, saj lahko že kratkotrajna interakcija s kisikom povzroči smrt bakterij. Tekoči vzorci se prevažajo v epruveti ali v brizgah. Brise z vzorci prevažamo v epruvetah z ogljikovim dioksidom ali vnaprej pripravljenimi mediji.

V primeru diagnosticiranja anaerobne okužbe za ustrezno zdravljenje je treba upoštevati naslednja načela:

• toksine, ki jih proizvajajo anaerobi, je treba nevtralizirati;
• treba je spremeniti habitat bakterij;
• širjenje anaerobov je treba lokalizirati.

Za spoštovanje teh načel pri zdravljenju se uporabljajo antibiotiki, ki prizadenejo tako anaerobne kot aerobne organizme, saj je pogosto flora pri anaerobnih okužbah mešana. Hkrati pa sestanki zdravila, mora zdravnik oceniti kvalitativno in kvantitativno sestavo mikroflore. Sredstva, ki delujejo proti anaerobnim patogenom, so: penicilini, cefalosporini, šamfenikol, fluorokinolo, metranidazol, karbapenemi in drugi. Nekatera zdravila imajo omejen učinek.

Za nadzor habitata bakterij se v večini primerov uporablja kirurški poseg, ki se izraža v zdravljenju prizadetih tkiv, drenaži abscesov in zagotavljanju normalnega krvnega obtoka. Kirurških metod ne smemo prezreti zaradi nevarnosti življenjsko nevarnih zapletov.

Včasih se uporablja pomožne terapije in tudi zaradi težav, povezanih z natančna definicija povzročitelja okužbe, se uporablja empirično zdravljenje.

Ob razvoju anaerobnih okužb v ustni votlini je priporočljivo v prehrano dodati čim več svežega sadja in zelenjave. Najbolj uporabna so jabolka in pomaranče. Omejitev velja za mesno hrano in hitro hrano.

Skoraj vsi živi organizmi na Zemlji potrebujejo proces dihanja. Kisik je eden najpogostejših oksidantov pri živalih, rastlinah, protistih in številnih bakterijah. Vendar pa vsi ne vedo, kako se naše telo po strukturni kompleksnosti razlikuje od majhnih celic mikroorganizmov. Postavlja se vprašanje: kako bakterije dihajo? Ali je njihov način pridobivanja energije drugačen od našega?

Ali vse bakterije dihajo kisik?

Vsi ne vedo, da kisik ni vedno bistvena sestavina v dihalni verigi. Predvsem igra vlogo akceptorja elektronov, zato je ta plin dobro oksidiran in sodeluje z vodikovimi protoni. ATP je razlog, zakaj vsi živi organizmi dihajo. Vendar pa številne vrste bakterij delajo brez kisika in še vedno prejemajo tako dragocen vir energije, kot je adenozin trifosfat. Kako bakterije te vrste dihajo?

Proces dihanja v našem telesu poteka v dveh stopnjah. Prvi od njih - anaerobni - ne zahteva prisotnosti kisika v celici in zahteva le vire ogljika in sprejemnike vodikovih protonov. Druga faza - aerobna - poteka izključno v prisotnosti kisika in je značilna velika količina postopne reakcije.

Pri bakterijah, ki ne absorbirajo kisika in ga ne uporabljajo za dihanje, nastopi le anaerobna faza. Na koncu mikroorganizmi prejmejo tudi ATP, vendar se njegova količina zelo razlikuje od tiste, ki jo prejmemo po prehodu skozi dve stopnji dihanja hkrati. Izkazalo se je, da vse bakterije ne dihajo kisika.

ATP je univerzalni vir energije

Za vsak organizem je pomembno, da ohrani svojo vitalno aktivnost. Zato je bilo treba v procesu evolucije najti vire energije, ki bi ob uporabi lahko zagotovili dovolj virov za vse potrebne reakcije v celici. Najprej se je fermentacija pojavila pri bakterijah: tako se imenuje stopnja glikolize ali anaerobna stopnja prokariontskega dihanja. In šele nato so naprednejši večcelični organizmi razvili prilagoditve, zaradi katerih se je s sodelovanjem atmosferskega kisika učinkovitost dihanja izrazito povečala. Tako se je pojavila aerobna faza

Kako bakterije dihajo? 6. razred šolskega predmeta biologija kaže, da je pomembno, da vsak organizem prejme določeno količino energije. V procesu evolucije se je začel skladiščiti v molekulah, sintetiziranih posebej za ta namen, ki se imenujejo adenozin trifosfat.

ATP je makroergična snov, katere osnova je pentozni ogljikov obroč, dušikova baza (adenozin). Od njega odhajajo ostanki fosforja, med katerimi nastanejo visokoenergijske vezi. Ko se eden od njih uniči, se v povprečju sprosti približno 40 kJ, ena molekula ATP pa je sposobna shraniti največ tri ostanke fosforja. Torej, če se ATP razgradi na ADP (adenozid difosfat), potem celica v procesu defosforilacije prejme 40 kJ energije. Nasprotno pa pride do shranjevanja s fosforilacijo ADP v ATP s porabo energije.

Glikoliza daje bakterijski celici 2 molekuli adenozin trifosfata, ko lahko aerobna faza dihanja po zaključku celico takoj oskrbi s 36 molekulami te snovi. Zato je vprašanje "Kako bakterije dihajo?" odgovor je mogoče dati takole: proces dihanja za mnoge prokariote je tvorba ATP brez prisotnosti in porabe kisika.

Kako bakterije dihajo? Vrste dihanja

Glede na kisik so vsi prokarioti razdeljeni v več skupin. Med njimi:

1. obvezni anaerobi.
2. fakultativni anaerobi.
3. obvezni aerobi.

Prvo skupino sestavljajo samo tiste bakterije, ki ne morejo živeti v pogojih dostopa kisika. O2 je zanje strupen in vodi v celično smrt. Primeri takšnih bakterij so čisto simbiotični prokarionti, ki živijo v drugem organizmu v odsotnosti kisika.

Kako dihajo bakterije tretje skupine? Ti prokarioti se razlikujejo po tem, da lahko živijo le v pogojih dobre aerolizacije. Če v zraku ni dovolj kisika, takšne celice hitro odmrejo, saj je O2 ključnega pomena za njihovo dihanje.

Kako se fermentacija razlikuje od dihanja kisika?

Fermentacija v bakterijah je enak proces glikolize različni tipi lahko dajo prokarioti različni izdelki reakcije. Na primer, vodi do tvorbe stranskega produkta mlečne kisline, alkoholne fermentacije - etanola in ogljikov dioksid, maslena kislina - maslena (butanojska) kislina itd.

Dihanje kisika je celotna veriga procesov, ki se začnejo s stopnjo glikolize s tvorbo in končajo s sproščanjem CO2, H2O in energije. Slednje reakcije potekajo v prisotnosti kisika.

Kako bakterije dihajo? Biologija (6. razred) šolskega predmeta mikrobiologija

V šoli smo dobili le najpreprostejša znanja o tem, kako poteka proces dihanja prokariotov. Ti mikroorganizmi nimajo mitohondrijev, vendar obstajajo mezosomi - izbokline citoplazemske membrane v celico. Toda te strukture nimajo najbolj ključne vloge pri dihanju bakterij.

Ker je fermentacija neke vrste glikoliza, poteka v citoplazmi prokariotov. Obstajajo tudi številni encimi, potrebni za izvedbo celotne verige reakcij. Vse bakterije brez izjeme najprej tvorijo dve molekuli pirovične kisline, kot pri ljudeh. In šele nato se spremenijo v druge stranske proizvode, ki so odvisni od vrste fermentacije.

Zaključek

Svet prokariotov je kljub navidezni preprostosti celične organizacije poln zapletenih in včasih nerazložljivih trenutkov. Zdaj obstaja odgovor na to, kako bakterije dejansko dihajo, saj vse ne potrebujejo kisika. Nasprotno, večina se je prilagodila uporabi drugega, manj praktičen način pridobivanje energije - fermentacija.