Анаэробные бактерии способны развиваться в условиях отсутствия свободного кислорода в окружающей среде. Вместе с другими микроорганизмами, обладающими подобным уникальным свойством, они составляют класс анаэробов. Различают два вида анаэробов. Как факультативные, так и облигатные анаэробные бактерии можно обнаружить практически во всех образцах материала патологического свойства, они сопровождают различные гнойно-воспалительные заболевания, могут быть условно-патогенными и даже иногда патогенными.

Анаэробные микроорганизмы, относящиеся к факультативным, существуют и размножаются и в кислородной, и в бескислородной среде. Наиболее ярко выраженными представителями этого класса являются кишечная палочка, шигеллы, стафилококки, иерсинии, стрептококки и другие бактерии.

Облигатные микроорганизмы не могут существовать в присутствии свободного кислорода и погибают от его воздействия. Первая группа анаэробов этого класса представлена спорообразующими бактериями, или клостридиями, а вторая бактериями, не образующими спор (неклостридиальные анаэробы). Клостридии зачастую являются возбудителями анаэробных одноимённых инфекций. Примером может явиться клостридиальная ботулизм, столбняк. Неклостридиальные анаэробы представляют собой грамположительные и Они имеют палочковидную или шаровидную форму, наверняка Вы встречали в литературе названия их ярких представителей: бактероиды, вейллонеллы, фузобактерии, пептококки, пропионибактерии, пептострептококки, эубактерии и др.

Неклостридиальные бактерии в основной своей массе являются представителями нормальной микрофлоры и у человека, и у животных. Также они могут участвовать в развитии гнойно-воспалительных процессов. К ним относятся: перитонит, пневмония, абсцесс легких и головного мозга, сепсис, флегмоны челюстно-лицевой области, отит и др. Для основной массы инфекций, которые вызывают анаэробные бактерии неклостридиального типа, характерно проявлять свойства эндогенных. Развиваются они в основном на фоне снижения резистентности организма, которое может возникнуть в результате травмы, охлаждения, оперативного вмешательства, нарушения иммунитета.

Для объяснения способа поддержания жизнедеятельности анаэробов стоит уяснить основные механизмы, по которым происходит аэробное и анаэробное дыхание.

Представляет собой окислительный процесс, основанный на Дыхание приводит к расщеплению субстрата без остатка, результатом являются расщеплённые до бедных энергией представителей неорганики. В результате происходит мощный выход энергии. В качестве важнейших субстратов для дыхания выступают углеводы, но и белки, и жиры могут расходоваться в процессе аэробного дыхания.

Ему соответствует два этапа протекания. На первом происходит бескислородный процесс постепенного расщепления субстрата для высвобождения атомов водорода и связывания с коферментами. Второй, кислородный этап, сопровождается дальнейшим отщеплением от субстрата для дыхания и постепенным его окислением.

Анаэробное дыхание используют анаэробные бактерии. Они используют для окисления дыхательного субстрата не молекулярный кислород, а целый перечень окисленных соединений. Ими могут быть соли серной, азотной, угольной кислот. В ходе анаэробного дыхания они превращаются в восстановленные соединения.

Анаэробные бактерии, осуществляющие такое дыхание в качестве конечного акцептора электронов, используют не кислород, а неорганическое вещества. По их принадлежности к определённому классу различают несколько типов анаэробного дыхания: нитратное дыхание и нитрификация, сульфатное и серное дыхание, «железное» дыхание, карбонатное дыхание, фумаратное дыхание.

Аэробными организмами называются такие организмы, которые способны жить и развиваться только при наличии в среде свободного кислорода, используемого ими в качестве окислителя. К аэробным организмам принадлежат все растения, большинство простейших и многоклеточных животных, почти все грибы, то есть подавляющее большинство известных видов живых существ.

У животных жизнь в отсутствие кислорода (анаэробиоз) встречается как вторичное приспособление. Аэробные организмы осуществляют биологическое окисление главным образом посредством клеточного дыхания. В связи с образованием при окислении токсичных продуктов неполного восстановления кислорода, аэробные организмы обладают рядом ферментов (каталаза, супероксиддисмутаза), обеспечивающих их разложение и отсутствующих или слабо функционирующих у облигатных анаэробов, для которых кислород оказывается вследствие этого токсичным.

Наиболее разнообразна дыхательная цепь у бактерий, обладающих не только цитохромоксидазой, но и другими терминальными оксидазами.

Особое место среди аэробных организмов занимают организмы, способные к фотосинтезу, - цианобактерии, водоросли, сосудистые растения. Выделяемый этими организмами кислород обеспечивает развитие всех остальных аэробных организмов.

Организмы, способные развиваться при низкой концентрации кислорода (≤ 1 мг/л), называются микроаэрофилами.

Анаэробные организмы способны жить и развиваться при отсутствии в среде свободного кислорода. Термин «анаэробы» ввел Луи Пастер, открывший в 1861 году бактерии маслянокислого брожения. Распространены они главным образом среди прокариот. Метаболизм их обусловлен необходимостью использовать иные окислители, чем кислород.

Многие анаэробные организмы, использующие органические вещества (все эукариоты, получающие энергию в результате гликолиза), осуществляют различные типы брожения, при которых образуются восстановленные соединения - спирты, жирные кислоты.

Другие анаэробные организмы - денитрифицирующие (часть из них восстанавливает окисное железо), сульфатвосстанавливающие, метанообразующие бактерии - используют неорганические окислители: нитрат, соединения серы, СО 2 .

Анаэробные бактерии разделяются на группы маслянокислых и т.д. в соответствии с основным продуктом обмена. Особую группу анаэробов составляют фототрофные бактерии.

По отношению к О 2 анаэробные бактерии делятся на облигат- ных, которые неспособны использовать его в обмене, и факультативных (например, денитрифицирующие), которые могут переходить от анаэробиоза к росту в среде с О 2 .

На единицу биомассы анаэробные организмы образуют много восстановленных соединений, основными продуцентами которых в биосфере они и являются.

Последовательность образования восстановленных продуктов (N 2 , Fe 2+, H 2 S, CH 4), наблюдаемая при переходе к анаэробиозу, например в донных отложениях, определяется энергетическим выходом соответствующих реакций.

Анаэробные организмы развиваются в условиях, когда О 2 полностью используется аэробными организмами, например в сточных водах, илах.

Влияние количества растворенного кислорода на видовой состав и численность гидробионтов .

Степень насыщенности воды кислородом обратно пропорциональна ее температуре. Концентрация растворенного О 2 в поверхностных водах изменяется от 0 до 14 мг/л и подвержена значительным сезонным и суточным колебаниям, которые в основном зависят от со- отношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления.

В случае высокой интенсивности фотосинтеза вода может быть значительно пересыщена О 2 (20 мг/л и выше). В водной среде кислород является ограничивающим фактором. О 2 составляет в атмосфере 21% (по объему) и около 35% от всех газов, растворенных в воде. Растворимость его в морской воде составляет 80% от растворимости в пресной воде. Распределение кислорода в водоеме зависит от температуры, перемещения слоев воды, а также от характера и количества живущих в нем организмов.

Выносливость водных животных к низкому содержанию кислорода у разных видов неодинакова. Среди рыб установлено четыре группы по их отношению к количеству растворенного кислорода:

1) 7 - 11 мг / л - форель, гольян, подкаменщик;

2) 5 - 7 мг / л - хариус, пескарь, голавль, налим;

3) 4 мг / л - плотва, ерш;

4) 0,5 мг / л - карп, линь.

Некоторые виды организмов приспособились к сезонным ритмам в потреблении О 2 , связанными с условиями жизни.

Так, у рачка Gammarus Linnaeus выявили, что интенсивность дыхательных процессов возрастает вместе с температурой и изменяется в течение года.

У животных, живущих в местах, бедных кислородом (прибрежный ил, донный ил), обнаружены дыхательные пигменты, служащие резервом кислорода.

Эти виды способны выживать, переходя к замедленной жизни, к анаэробиозу или благодаря тому, что у них имеется d-гемоглобин, обладающий большим сродством к кислороду (дафнии, олигохеты, полихеты, некоторые пластинчатожаберные моллюски).

Другие водные беспозвоночные поднимаются за воздухом на поверхность. Это имаго жуков-плавунцов и водолюбов, гладыши, водя- ные скорпионы и водяные клопы, прудовики и катушка (брюхоногие моллюски). Некоторые жуки окружают себя воздушным пузырьком, удерживаемым волоском, а насекомые могут использовать воздух из воздухоносных пазух водяных растений.

Микроорганизмы, которые могут жить и получать необходимую для жизни энергию без кислорода, называются анаэробными бактериями. Некоторые из них могут просто...

От Masterweb

21.08.2018 00:00

Биохимия бактерий крайне разнообразна и зачастую отличается от того, к чему мы привыкли. Может показаться, что кислород необходим для всего живого, однако это не так. Существуют аэробные бактерии - те, которые, как и мы, нуждаются в этом веществе. Между тем многие виды микробов при производстве энергии обходятся без него. Некоторые из них вместо дыхания применяют брожение или гниение, а другие вместо привычного для нас воздуха используют нитрат, сульфат или фумарат.

Микроорганизмы, которые могут жить и получать необходимую для жизни энергию без кислорода, называются анаэробными бактериями. Некоторые из них могут просто менять способ своего дыхания в зависимости от среды, в которой они находятся, но для кого-то из них воздух является смертельным ядом.

Классификация анаэробных организмов

В зависимости от непереносимости кислорода микроорганизмы делятся на несколько групп:

• Факультативные анаэробы. Могут как использовать кислород для развития, так и жить без него.
• Микроаэрофильные анаэробы. Нуждаются для развития в пониженной концентрации кислорода.
• Аэротолерантные организмы. Не могут переключаться на аэробное дыхание, однако способны какое-то время находиться в кислородной среде.
• Умеренно-строгие бактерии. Выживают в присутствии кислорода, однако не могут размножаться.
• Облигатные анаэробы. Погибают при соприкосновении с воздухом.

Вред от анаэробных микробов

Анаэробы (особенно строгие) должны жить в бескислородной среде, чтобы избежать гибели. Они обитают в местах, в которые не проникает данный элемент, например, в почве, в воде. Живут они внутри организмов эукариот - например, человека. Большинство бактерий, находящихся в различных органах и частях тела, являются анаэробными, и какие-то из них могут вызывать болезни. Обычно на слизистых оболочках и в кишечнике человека живут миллионы микроорганизмов, не причиняющих никакого вреда. Однако если их баланс нарушен, это может привести к бесконтрольному размножению какого-то патогенного организма. Это может произойти из-за повреждения тканей, когда бактерия попадает туда, где ей не место, и вызывает воспаление; или из-за дисбаланса микрофлоры, вызванного, например, неумеренным приемом антибиотиков.

Также анаэробные бактерии могут попасть в организм человека извне - например, из почвы через открытую рану (как при столбняке) или из консервированных продуктов (как при ботулизме). Инфекции, вызванные этими возбудителями, могут проявляться практически во всех органах: в дыхательных путях, центральной нервной системе, брюшной полости, женской половой системе, в костях и суставах, коже, мягких тканях и так далее. Симптомы различаются в зависимости от того, где возникло поражение. Обычно заболевания, которые вызывают анаэробные бактерии, сопровождаются выделением гноя и могут вызывать гнилостный запах. Однако часто при подобных инфекциях проявляется ухудшение общего состояния (слабость, тошнота, головная боль, озноб), предваряющее появление боли в пораженном органе.

Культивирование анаэробных микробов

Для диагностики таких инфекций необходим посев на анаэробные бактерии, который позволит сказать, какие именно возбудители спровоцировали заболевание. Однако исследование данных микроорганизмов осложняется тем фактом, что соприкосновение с кислородом может их уничтожить и сделать результат анализа не показательным. Поэтому при выделении анаэробных бактерий большое внимание уделяется созданию бескислородных условий при хранении и исследовании образцов, для чего используют различные приемы. Например, их можно культивировать в вакуумном аппарате, где вместо воздуха - газовая смесь. Или использовать химические вещества, поглощающие кислород. Из-за того, что анаэробные бактерии сложно вырастить, и результатов нужно какое-то время ждать, чаще всего лечение начинается еще до получения их ответов. Терапия подобных инфекций обычно предполагает хирургическое удаление гнойного очага и антибактериальные процедуры.

Польза от анаэробных микробов для организма

Однако не нужно думать, что все бактерии, находящиеся в нашем теле - безусловное зло, приводящее к болезням. В последние годы происходит переоценка роли микроорганизмов для нашего здоровья и качества нашей жизни. Живущие в внутри нас и на поверхности тела бактерии - не просто случайные попутчики, а наши партнеры, вместе с которыми мы рука об руку прошли миллионы лет эволюции.

Они делают для нас работу, которую не можем сделать мы сами. Например, большая часть витаминов и нейромедиаторов, необходимых для жизни, вырабатывается бактериями, живущими у нас в кишечнике. А значит, от их процветания зависит и наше благополучие, и забота о здоровье должна распространяться и на микрофлору. Желательно не злоупотреблять без необходимости антибиотиками, чтобы не разрушать ее баланс, а также есть больше клетчатки, которой питаются бактерии, и периодически пить пробиотики.

Польза от анаэробных микробов в хозяйстве

Другая выгода, которую могут принести полезные микроорганизмы, - быстрая переработка сточных вод. Существуют специальные бактерии (как анаэробные, так и аэробные), которые добавляют в сточные сооружения, чтобы они ускорили очистку. В каком-то смысле они являются пробиотиками для канализации. Анаэробные бактерии для септика используют бескислородное брожение и способны ускорить процесс гниения сточных вод без необходимости закачивать в стоки воздух. Недостатком этого метода очистки является выпадение большого количества твердого осадка, который нужно регулярно очищать, а также возникновение неприятного запаха, проявляющегося из-за того, что данные организмы выделяют газ метан.

Анаэробы относятся к бактериям, которые появились на планете Земля раньше других живых организмов.

Они играют важную роль в экосистеме, отвечают за жизнедеятельность живых существ, участвуют в процессе ферментации и разложении.

Одновременно с этим анаэробы вызывают развитие опасных болезней и воспалительных процессов.

Что такое анаэробы

Под анаэробами принято понимать микро- и макроорганизмы, которые способны жить в условиях отсутствия кислорода. Энергию они получают в результате процесса субстратного фосфорилирования.

Развитие и размножение анаэробов происходит в гнойно-воспалительных очагах, поражая людей со слабым иммунитетом.

Классификация анаэробов

Существует два вида данных бактерий:

• Факультативные, которые способны жить, развиваться и размножаться и в кислородной, и безкислородной среде. К таким микроорганизмам относят стафилококки, кишечную палочку, стрептококки, шигеллы;
• Облигатные живут только в среде, где нет кислорода. Если этот элемент появляется в окружающей среде, то происходит гибель облигатных анаэробов.

В свою очередь облигатные анаэробы делятся на две группы:

• Клостридии – это бактерии, которые образуют споры; возбуждают развитие инфекций – бутулизма, раневых, столбняка.
• Неклостридиальные – бактерии, которые не способны образовывать споры. Живут в микрофлоре людей и животных, не опасны для живых существ. К таким бактериям относятся эубактерии, пейллонеллы, пептококки, бактериоды.

Часто и неклостридиальные анаэробы вызывают гнойные и воспалительные процессы, в том числе перитонит, пневмония, сепсис, отит и др. Все инфекции, вызванные этим видом бактерий, возникают под влиянием внутренних причин. Основным фактором развития инфекций становится снижение иммунитета и сопротивляемости организма к болезнетворным микробам. Обычно это происходит после операций, травм, переохлаждений.

Примеры анаэробов

Прокариоты и простейшие микроорганизмы. Грибы. Водоросли. Растения. Гельминты – сосальщики, ленточные и круглые черви. Инфекции – внутрибрюшные, внутричеревные, легочные, раневые, абсцессы, в области шеи и головы, мягких тканей, спинномозговой жидкости. Пневмония аспирационная. Периодонтит.

Инфекции, которые спровоцированы анаэробными бактериями, вызывают развитие некроза, образование абсцесса, сепсиса и газообразования. Очень много анаэробов создают в тканях ферменты, которые вырабатывают токсины паралитического действия.

Анаэробные бактерии вызывают развитие следующих заболеваний: Инфекции ротовой полости. Синусит. Акне. Воспаление среднего уха. Гангрены. Ботулизм. Столбняк. Кроме опасностей, анаэробы несут пользу для человека. В частности, они превращают в толстой кишке вредные сахара токсичного происхождения в полезные ферменты.

Отличия анаэробов и аэробов

Анаэробы в основном живут в среде, где отсутствует кислород, то аэробы способны обитать, развиваться и размножаться только при наличии кислорода. К анаэробам относятся птицы, грибы, несколько видов грибов, животные. Кислород у анаэробов принимает участие во всех процессах жизнедеятельности, что способствует образование и выработке энергии.

Недавно ученые из Голландии обнаружили, что анаэробы, живущие на дне водоемов, могут окислять метан. При этом происходит восстановление нитратов и нитритов, которые выделяют молекулярный азот. Участие в образование этого вещества принимают археобактерии и эубактерии.

Микробиологи занимаются культивированием анаэробных микроорганизмов. Для этого процесса необходима специфическая микрофлора и определенная степень концентрации метаболитов.

Выращивание анаэробов происходит на питательных веществах – глюкозе, сульфате натрия, казеине.

Анаэробы обладают разным метаболизмом, что позволяет выделить несколько подгрупп бактерий по данному признаку. Это организмы, которые используют анаэробное дыхание, лучевую энергию Солнца, катаболизм высокомолекулярных соединений.

Анаэробные процессы применяют для разложения и обеззараживания осадков, полученных в результате сточных вод, для ферментации сахаров, чтобы получить этиловый спирт.

Выводы

Анаэробы могут приносить, как пользу, так и вред человеку, животным и растениям. Если складываются условия для развития патогенных процессов, то анаэробы спровоцируют инфекции и болезни, способные закончиться летальным исходом. В промышленности и микробиологии ученые стараются использовать анаэробные свойства бактерий, чтобы получать полезные ферменты, очищать воду, почву.

Анаэробные бактерии – это те, которые в отличие от аэробных бактерий, способны выживать и расти в среде с небольшим количеством кислорода или его полным отсутствием. Многие из этих микроорганизмов живут на слизистых (во рту, во влагалище) и в кишечнике человека, становясь причиной инфекции при повреждении тканей.

Примерами самых известных заболеваний и состояний, к которым такие бактерии приводят, являются синусит, инфекции ротовой полости, акне, воспаление среднего уха, гангрены и абсцессы. Также они могут попадать и извне через рану или при употреблении зараженной пищи, вызывая такие страшные заболевания, как ботулизм, . Но кроме вреда, некоторые виды приносят пользу человеку, например, превращая в толстой кишке токсичные для него сахара растительного происхождения в полезные для ферментации. Также анаэробные бактерии на ряду с аэробными играют свою важную роль в экосистеме, принимая участие в разложении останков живых существ, но не такую большую, как грибы в этом плане.

Классификация

Анаэробные бактерии в свою очередь делятся на 3 группы по переносимости кислорода и потребности в нем:

• Факультативные – способны расти аэробно или анаэробно, т.е. в присутствии или отсутствии O 2.
• Микроаэрофилы – требует низкой концентрации кислорода (например, 5%), а для многих из них нужна высокая концентрация CO 2 (например, 10%); при полном отсутствии кислорода растут очень слабо.
• Облигатные (обязательные, строгие) – неспособны к аэробному метаболизму (развиваться при наличии кислорода), но имеют различную переносимость к O 2 (способность выживать некоторое время).

Облигатные анаэробы размножаются на участках с низким окислительно-восстановительным потенциалом (например, в некротической, омертвевшей ткани). Кислород для них токсичен. Существует классификация их по его переносимости:

• Строгие – выдерживают только ≤0,5% O 2 в воздухе.
• Умеренные – 2-8% O 2 .
• Аэротолерантные анаэробы – переносят атмосферный O2 в течение ограниченного времени.

Средний процент кислорода в земной атмосфере – 21.

Примеры строгих анаэробных бактерий

Облигатные анаэробные бактерии, которые обычно являются причиной инфекций, могут переносить атмосферный O 2 в течение минимум 8 часов и часто до 3 суток. Они являются основными компонентами нормальной микрофлоры на слизистых оболочках, особенно во рту, нижних отделах желудочно-кишечного тракта и влагалища; эти бактерии вызывают заболевание, когда нарушаются нормальные слизистые барьеры.

Грамотрицательные анаэробы

• Бактероиды или лат. Bacteroides (самые распространенные): внутрибрюшные инфекции;
• Fusobacterium: абсцессы, раневые инфекции, легочные и внутричерепные инфекции;
• Профирмонады или Porphyromonas: аспирационная пневмония и периодонтит;
• Превотеллы или Prevotella: инфекции внутрибрюшной и мягкой ткани.

Грамположительные анаэробы и некоторые из инфекций, которые они вызывают, включают:

• Актиномицеты или Actinomyces: инфекции в области головы и шеи, брюшные и тазовые, а также аспирационная пневмония (актиномикоз);
• Клостридии или Clostridium: внутрибрюшные инфекции(например, клостридиальный некротизирующий энтерит), инфекции мягких тканей и газовая гангрена, которую вызвывает вид C. perfringens; пищевое отравление из-за C. perfringens типа A; ботулизм из-за C. botulinum ; столбняк из-за C. tetani; Difficile – индуцированная диарея (псевдомембранозный колит);
• Пептострептококки или Peptostreptococcus: пероральные, респираторные и внутрибрюшные инфекции;
• Пропионовокислые бактерии или Propionibacterium – инфекции инородных тел (например, в шунтировании спинномозговой жидкости, протезном суставе или сердечном устройстве).

Анаэробные инфекции обычно являются гнойными, вызывают образование абсцесса и некроза тканей, а иногда и септический тромбофлебит или газообразование, или и то, и другое. Многие анаэробы производят разрушающие ткани ферменты, а также некоторые из самых мощных паралитических токсинов, известных на сегодня.

Например, ботулотоксин, вырабатываемый бактериями Clostridium botulinum, которые вызывают ботулизм у человека, применятся в косметологии в виде инъекций для разглаживания морщин, так как он парализует подкожные мышцы.

Обычно в инфицированных тканях присутствует несколько видов анаэробов, часто присутствуют также аэробы (полимикробные или смешанные инфекции).

Признаки того, что инфекция вызвана анаэробными бактериями:

• Полимикробные результаты по окраске методом Грамма или высевании бактерий.
• Образование газа в гнойных или инфицированных тканях.
• Гнойный запах из зараженных тканей.
• Некроз (отмирание) инфицированных тканей.
• Место заражения вблизи слизистой оболочки, где обычно находится анаэробная микрофлора.

Диагностика

Образцы анаэробной культуры должны быть получены путем аспирации или биопсии из участков, которые в норме их не содержат. Доставка в лабораторию должна быть оперативной, а оборудование для транспортировки должно обеспечивать безкислородну среду с углекислым газом, водородом и азотом. Мазки лучше всего транспортировать в анаэробно стерилизованной полутвердой среде, такой как транспортная среда Кэри-Блэр (специальный раствор, содержащий минимум питательных веществ для размножения бактерий, и веществ, способных их убить).