Организмы аэробы. Анаэробные организмы. Наиболее значимые анаэробы - бактероиды
Бактерии присутствуют в нашем мире повсеместно. Они везде и всюду, и количество их разновидностей просто поражает.
В зависимости от необходимости наличия кислорода в питательной среде для осуществления жизнедеятельности микроорганизмы классифицируют на следующие виды.
- Облигатные аэробные бактерии, которые собираются в верхней части питательной среды, в составе флоры был максимальный объем кислорода.
- Облигатные анаэробные бактерии, которые находятся в нижней части среды, максимально далеко от кислорода.
- Факультативные бактерии в основном обитают в верхней части, но могут быть распределены по всей среде, так как не зависят от кислорода.
- Микроаэрофилы предпочитают небольшую концентрацию кислорода, хотя и собираются в верхней части среды.
- Аэротолерантные анаэробы равномерно распределяются в питательной среде, нечувствительны к наличию или отсутствию кислорода.
Понятие анаэробных бактерий и их классификации
Термин «анаэробы» появился в 1861 году, благодаря работам Луи Пастера.
Существует два типа организмов и крошечные одноклеточные бактерии, называемые аэробными и анаэробными бактериями в организме человека. Аэробика способна использовать кислород, тогда как анаэробные бактерии могут поддерживать себя без присутствия кислорода. Аэробные бактерии могут детоксифицировать кислород, тогда как анаэробные бактерии не могут в достаточной степени разрушать молекулы пищи, как аэробные бактерии.
Общие свойства для аэробов и анаэробов
Аэробные бактерии получают энергию из пищи по сравнению с анаэробной, которая может выжить в местах, где меньше кислорода, таких как человеческие кишки. Некоторые анаэробные бактерии также вызывают заболевания в тех областях человеческого тела, где меньше кислорода. Аэробные бактерии не могут расти без достаточного количества кислорода, участвующего в химической реакции, тогда как анаэробный термин не подразумевает этого.
Анаэробные бактерии – это микроорганизмы, которые развиваются вне зависимости от присутствия в питательной среде кислорода. Они получают энергию путем субстратного фосфорилирования . Различают факультативные и облигатные аэробы, а также другие виды.
Наиболее значимые анаэробы - бактероиды
Наиболее значимыми аэробами являются бактероиды. Примерно пятьдесят процентов всех гнойно-воспалительных процессов , возбудителями которых могут быть анаэробные бактерии, приходится на бактероиды.
Как анаэробы получают энергию?
Анаэробное дыхание означает энергетический цикл с меньшей эффективностью для производства энергии. Обычно в бегунах тело может идти в кислородный долг, когда он бежит быстро. Это вызывает анаэробное дыхание, которое позволяет производить кристаллы молочной кислоты в мышцах. Это заставляет мышцу болеть и исцеляется путем массирования области для растворения или смывания кристаллов с помощью потока. Анаэробные бактерии и аэробные бактерии возникают при ферментации. Аэробные бактерии используют кислород, присутствующий в воздухе для энергетического метаболизма, по сравнению с анаэробными бактериями, которые не содержат кислорода из воздуха для энергетического обмена.
Бактероиды – это род граммотрицательных облигатных анаэробных бактерий. Это палочки с биполярной окрашиваемостью, размер которых не превышает 0,5-1,5 на 15 мкм. Вырабатывают токсины и ферменты, которые могут вызывать вирулентность. Различные бактероиды обладают разной устойчивостью к антибиотикам: встречаются как устойчивые, так и чувствительные к антибиотикам.
Общие питательные среды для анаэробных организмов
Это можно понять, проведя эксперимент, чтобы идентифицировать их, выращивая аэробные и анаэробные бактерии в жидкой культуре. Аэробные бактерии собираются сверху, чтобы вдохнуть большую часть кислорода, чтобы выжить, тогда как анаэробные бактерии скорее собираются на дне, чтобы избежать кислорода.
Для исследования могут быть использованы
Почти все животные и люди являются обязательными аэробами, для которых требуется кислород для дыхания, тогда как анаэробные дрожжи являются примером факультативных анаэробных бактерий. Отдельные человеческие клетки также являются факультативными анаэробами: они переключаются на ферментацию молочной кислоты, если кислород недоступен.
Вырабатывание энергии в тканях человека
Некоторые ткани живых организмов обладают повышенной устойчивостью к пониженному содержанию кислорода. В стандартных условиях синтез аденозинтрифосфата идет аэробным путем, но при повышенных физических нагрузках и при воспалительных реакциях на первый план выходит анаэробный механизм.
Аэробные бактерии вдыхают кислород, чтобы оставаться в живых. Анаэробные бактерии умирают в присутствии кислорода и, следовательно, избегают О Аэробное дыхание вырабатывает энергию с помощью сложного процесса в клетках. Анаэробное дыхание производит кристаллы и вызывает боль в мускулистых областях. Люди и животные, а также большинство грибов и т.д. - все обязательные аэробы, которым нужно дышать и вдыхать кислород, чтобы выжить.
Анаэробные организмы - это те, которые живут в аноксической среде - в которой отсутствует кислород. В то время как для большинства живых существ требуется кислород для выживания - они аэробные - кислород может быть токсичным для анаэробных организмов. Этот комплекс химических взаимодействий имеет место в цитоплазме и клеточной мембране прокариотов, а также в митохондриях эукариот. Во время дыхания кислород действует как конечный акцептор электронов в конце, поэтому аэробные организмы должны дышать воздухом, содержащим кислород, чтобы выжить.
Аденозинтрифосфат (АТФ) – это кислота, играющая важную роль при вырабатывании организмом энергии. Существует несколько вариантов синтеза этого вещества: один аэробный и целых три анаэробных.
К анаэробным механизмам синтеза АТФ относятся:
- перефосфорилирование между креатинфосфатом и АДФ;
- реакция трансфосфорилирования двух молекул АДФ;
- анаэробное расщепление глюкозы крови или запаса гликогена.
Культивирование анаэробных организмов
Существуют специальные методы для выращивания анаэробов. Они заключаются в замене воздуха на газовые смеси в герметизированных термостатах.
Виды аэробных бактерий
В этом случае атомом, отличным от кислорода, является конечный акцептор электронов. Например, некоторые анаэробные бактерии, обитающие в грязи в болотистых районах, вместо ионов кислорода используют сульфатный ион, а сероводород получают как побочный продукт, а не воду. Это объясняет сернистый запах во многих болотах и блужданиях.
Существует два основных типа анаэробов: факультативные и обязательные. Факультативные анаэробы могут жить с кислородом или без него. Если кислород истощается, они могут переключиться на ферментацию или брожение. Напротив, обязательные анаэробы должны жить без кислорода. Они только оснащены для анаэробного дыхания или ферментации, а присутствие кислорода убивает их.
Другим способом будет выращивание микроорганизмов в питательной среде, в которую добавляют редуцирующие вещества.
Питательные среды для анаэробных организмов
Существуют общие питательные среды и дифференциально-диагностические питательные среды
. К общим относят среду Вильсона-Блера и среду Китта-Тароцци. К дифференциально-диагностическим – среды Гисса, среду Ресселя, среду Эндо, среду Плоскирева и висмут-сульфитный агар.
Мышечные клетки человека являются факультативными анаэробами. Во время упражнений, когда человек получает много кислорода в свои мышцы, например, на расстоянии, клетки проходят. Но во время интенсивных упражнений, таких как спринтинг, в которых кислород тела нуждается в опережении способности легких обеспечить его, мышечные клетки переключатся на ферментацию молочной кислоты. Этот процесс гораздо менее эффективен, чем аэробное дыхание, и вырабатывает молочную кислоту в качестве побочного продукта, который накапливается в мышцах и вызывает ощущение жжения, которое обычно ощущается во время напряженных упражнений.
Базой для среды Вильсона-Блера является агар-агар с добавлением глюкозы, сульфита натрия и двухлористого железа. Черные колонии анаэробов образуются в основном в глубине агарового столбика.
Среда Ресселя (Рассела) используется в изучении биохимических свойств таких бактерий, как шигеллы и сальмонеллы. Она также содержит агар-агар и глюкозу.
Поскольку это намного менее эффективно, человек может делать такую интенсивную деятельность только в течение очень короткого периода времени, прежде чем «ударить по стене» и остановиться. Они помогают в переваривании пищи и всасывании необходимых витаминов, а также в защите от потенциально опасных инфекций. Эти бактерии могут легко функционировать с кислородом или без него, что делает их очень адаптируемыми к различным средам.
Другие примеры факультативных анаэробов
В анаэробном кишечнике они используют ферментацию для получения энергии. Если они находятся в среде, богатой кислородом, за пределами кишечника, они переключаются на аэробное дыхание. Эта общая бактерия производит мощный нейротоксин, который может быть фатальным даже в небольших количествах. Он встречается в таких предметах, как домашние консервы, печеный картофель, завернутый в алюминиевую фольгу, и мед. Когда условия улучшаются, бактерии начинают расти и производят потенциально смертельные токсины.
Среда Плоскирева подавляет рост многих микроорганизмов, поэтому ее используют в дифференциально-диагностических целях. В такой среде хорошо развиваются возбудители брюшного тифа, дизентерии и другие патогенные бактерии.
Основное назначение висмут-сульфитного агара – выделение сальмонелл в чистом виде. Данная среда основывается на способности сальмонелл производить сероводород. Данная среда схожа со средой Вильсона-Блера по применяемой методике.
Затем приходят неврологические эффекты: помутнение зрения, затруднение речи и глотания, а также нарушение контроля над мышцами, а затем затрудненное дыхание и, возможно, смерть при асфиксии. Вот почему молодым детям никогда не следует давать мед; до одного года, их иммунная система недостаточно сильна для лечения спор, поэтому они начинают расти и вызывают тяжелые заболевания. Вероятно, наибольшая совокупность обязательных анаэробов на планете находится на глубоководном дне, где они заполняют гидротермальные вентиляционные отверстия.
Эти подводные горячие источники, извергающиеся из земной коры, нагружены минералами, которые бактерии используют для активизации их процесса, тем самым создавая органические молекулы. До этого считалось, что фотосинтез является единственным средством, с помощью которого автотрофные организмы могут преобразовывать энергию в пищу для себя. Боб Баллард, глубоководный исследователь, который обнаружил крушение «Титаника», был на погружном аппарате Элвина в тот день, когда он спустился, чтобы снять проемы.
Анаэробные инфекции
Большинство анаэробных бактерий, живущих в организме человека или животных, могут вызывать различные инфекции. Как правило, заражение происходит в период ослабления иммунитета или нарушения общей микрофлоры организма. Также существует вероятность попадания возбудителей инфекций из внешней среды, особенно поздней осенью и зимой.
АТФ - универсальный источник энергии
Позже он сказал, что открытие хемосинтеза в вентиляционных бактериях было одним из крупнейших биологических открытий 20-го века - гораздо важнее любого исторического крушения. Эволюционисты предполагают, что жизнь началась на глубоководном дне, вызванная хемосинтезом.
Другие примеры обязательных анаэробов
Понятно, что наша планета хорошо населена разнообразными анаэробными организмами. Другие полезны, добавляя красоту к горячим источникам, ароматизирующим сырам и формируя сообщества океана. Таким образом, анаэробы являются важными жителями Земли, которые блестяще выполняют свои экологические ниши. Какой из следующих метаболических путей требует кислорода? Аэробное клеточное дыхание. Анаэробное клеточное дыхание. Ферментация молочной кислоты.
Инфекции, вызванные анаэробными бактериями, как правило, связаны с флорой слизистых оболочек человека, то есть с основными местами обитания анаэробов. Как правило, у таких инфекций сразу несколько возбудителей (до 10).
Точное число заболеваний, вызванных анаэробами, практически невозможно определить в связи с затрудненным сбором материалов для анализа, транспортировкой образцов и культивированием самих бактерий. Чаще всего этот тип бактерий обнаруживают при хронических заболеваниях.
Алкогольная ферментация. Термин «аэробный» относится к кислороду. Для остальных трех процессов требуется отсутствие кислорода для того, чтобы произойти. Что из следующего не является факультативным анаэробом? Мышечная клетка человека. Симптомы связаны с отсутствием кислорода из пораженного участка: следовательно, абсцессы, девитализированная ткань и проникновение посторонних веществ приводят к клинической инфекции.
Низкие или неопределяемые уровни супероксиддисмутазы и каталазы позволяют кислородным радикалам формироваться в анаэробных бактериях и инактивировать другие бактериальные ферментные системы. Для сбора, культивирования и идентификации образцов необходимы анаэробные условия.
Анаэробным инфекциям подвержены люди любого возраста. При этом у детей уровень инфекционных заболеваний выше.
Анаэробные бактерии могут вызывать различные внутричерепные заболевания (менингит, абсцессы и другие). Распространение, как правило, происходит с током крови. При хронических заболеваниях анаэробы способны вызывать патологии в области головы и шеи: отит, лимфадениты, абсцессы . Несут опасность эти бактерии и желудочно-кишечному тракту, и легким. При различных заболеваниях мочеполовой женской системы также существует риск развития анаэробных инфекций. Различные заболевания суставов и кожи могут быть следствием развития анаэробных бактерий.
Широкая классификация бактерий как анаэробная, аэробная или факультативная основана на типах реакций, которые они используют для генерирования энергии для роста и других видов деятельности. В их метаболизме энергосодержащих соединений аэробы требуют молекулярного кислорода в качестве концевого акцептора электронов и не могут расти в его отсутствие. Анаэроб, с другой стороны, не может расти в присутствии кислорода. Кислород токсичен для них, и поэтому они должны зависеть от других веществ в качестве акцепторов электронов.
Их метаболизм часто представляет собой ферментативный тип, в котором они уменьшают количество доступных органических соединений до различных конечных продуктов, таких как органические кислоты и спирты. Факультативные организмы являются наиболее универсальными. Они преимущественно используют кислород в качестве концевого акцептора электронов, но также могут метаболизироваться в отсутствие кислорода путем восстановления других соединений. Гораздо более полезная энергия в виде высокоэнергетического фосфата получается, когда молекула глюкозы полностью катаболизируется до углекислого газа и воды в присутствии кислорода, чем когда она только частично катаболизируется ферментативным процессом в отсутствие кислорода, Способность использовать кислород в качестве терминального акцептора электронов обеспечивает организмы чрезвычайно эффективным механизмом для генерирования энергии.
Причины появления анаэробных инфекций и их признаки
К возникновению инфекций приводят все процессы, во время которых на ткани попадают активные анаэробные бактерии. Также развитие инфекций могут вызвать нарушенное кровоснабжение и некроз тканей (различные травмы, опухоли, отеки, болезни сосудов). Инфекции ротовой полости, укусы животных, легочные заболевания, воспалительные заболевания тазовых органов и многие другие заболевания также могут быть вызваны именно анаэробами.
Понимание общих характеристик анаэробиоза дает представление о том, как анаэробные бактерии могут размножаться в поврежденной ткани и почему требуется особая осторожность при обработке клинических образцов, которые могут содержать их. Несколько исследований показывают, что аэробы могут выживать в присутствии кислорода только в силу сложной системы защиты. Без этой защиты ключевые ферментные системы в организмах не функционируют и организмы умирают. Обстоятельные анаэробы, которые живут только в отсутствие кислорода, не обладают защитными свойствами, которые делают аэробную жизнь возможной и, следовательно, не могут выжить в воздухе.
В разных организмах инфекция развивается по-разному. На это влияет и вид возбудителя, и состояние здоровья человека. Из-за трудностей, связанных с диагностированием анаэробных инфекций, заключение часто основывается на предположениях. Отличаются некоторыми особенностями инфекции, вызванные неклостридиальными анаэробами .
Первыми признаками заражения тканей аэробами являются нагноения, тромбофлебиты, газообразование. Некоторые опухоли и новообразования (кишечные, маточные и другие) также сопровождаются развитием анаэробных микроорганизмов. При анаэробных инфекциях может появляться неприятный запах, однако, его отсутствие не исключает анаэробов в качестве возбудителя инфекции.
Особенности получения и транспортировки образцов
Самым первым исследованием в определении инфекций, вызванных анаэробами, является визуальный осмотр. Различные кожные поражения являются частым осложнением. Также свидетельством жизнедеятельности бактерий будет наличие газа в зараженных тканях.
Для лабораторных исследований и установления точного диагноза, прежде всего, надо грамотно получить образец материи из пораженного участка. Для этого используют специальную технику, благодаря которой нормальная флора не попадает в образцы. Наилучший метод – это аспирация прямой иглой. Получение лабораторного материала методом мазков не рекомендуется, но возможно.
К числу проб, непригодных для проведения дальнейшего анализа, относятся:
- мокроты, полученные путем самовыделения;
- пробы, которые получены при бронхоскопии;
- мазки из влагалищных сводов;
- моча при свободном мочеиспускании;
- фекалии.
Для исследования могут быть использованы:
- кровь;
- плевральная жидкость;
- транстрахеальные аспираты;
- гной, полученный из полости абсцесса;
- спинно-мозговая жидкость;
- пунктаты легких.
Транспортировать образцы необходимо максимально быстро в специальном контейнере или пластмассовой сумке с анаэробными условиями, так как даже кратковременное взаимодействие с кислородом может вызвать гибель бактерий. Жидкие образцы перевозят в пробирке или в шприцах. Тампоны с образцами транспортируют в пробирках с углекислым газом или заранее подготовленными средами.
В случае диагностирования анаэробной инфекции для адекватного лечения необходимо следовать следующим принципам:
- токсины, вырабатываемые анаэробами, надо нейтрализовать;
- среду обитания бактерий следует изменить;
- распространение анаэробов нужно локализовать.
Для соблюдения этих принципов в лечении используют антибиотики , которые воздействуют как на анаэробов, так и на аэробные организмы, так как часто флора при анаэробных инфекциях носит смешанный характер. При этом, назначения лекарственные препараты, врач должен оценить качественный и количественный состав микрофлоры. К средствам, которые активны против анаэробных возбудителей относят: пенициллины, цефалоспорины, хлопамфеникол, фторхиноло, метранидазол, карбапенемы и другие. Некоторые препараты имеют ограниченное действие.
Для контроля среды обитания бактерий в большинстве случаев используют хирургическое вмешательство, которые выражается в обработке пораженных тканей, дренировании абсцессов, обеспечении нормальной циркуляции крови. Игнорировать хирургические методы не стоит из-за риска развития опасных для жизни осложнений.
Иногда используют вспомогательные методы лечения , а также из-за трудностей, связанных с точным определением возбудителя инфекции, применяют эмпирическое лечение.
При развитии анаэробных инфекций в ротовой полости также рекомендуется добавить в рацион как можно больше свежих фруктов и овощей. Наиболее полезны при этом яблоки и апельсины. Ограничению подвергают мясную пищу и фастфуд.
Анаэробы и аэробы – две формы существования организмов на земле. В статье речь идёт о микроорганизмах.
Анаэробы – микроорганизмы, которые развиваются и размножаются в среде, не содержащей свободный кислород. Анаэробные микроорганизмы обнаруживаются практически во всех тканях человека из гнойно-воспалительных очагов. Их относят к условно-патогенным (существуют у человека в номе и развиваются только у людей с ослабленной иммунной системой), но иногда они могут быть патогенными (болезнетворными).
Различают факультативные и облигатные анаэробы. Факультативные анаэробы могут развиваться и размножаться и в бескислородной и в кислородной среде. Это такие микроорганизмы как кишечная палочка, иерсинии, стафилококки, стрептококки, шигеллы и другие бактерии. Облигатные анаэробы могут существовать только в бескислородной среде и погибают при появлении свободного кислорода в окружающей среде. Облигатные анаэробы подразделяют на две группы:
- бактерии, образующие споры, иначе их называют клостридии
- бактерии, не образующие споры, или иначе неклостридиальные анаэробы.
Клостридии — это возбудители анаэробных клостридиальных инфекций – ботулизма, клостридиальных раневых инфекций, столбняка. Неклостридиальные анаэробы это нормальная микрофлора человека и животных. К ним относят бактерии палочковидной и шаровидной формы: бактероиды, фузобактерии, пейллонеллы, пептококки, пептострептококки, пропионибактерии, эубактерии и другие.
Но неклостридиальные анаэробы могут существенно способствовать развитию гнойно-воспалительных процессов (перитонит, абсцессы лёгких и головного мозга, пневмония, эмпиема плевры, флегмоны челюстно-лицевой области, сепсис, отит и другие). Большинство анаэробных инфекций, вызываемых неклостридиальными анаэробами, относятся к эндогенным (внутреннего происхождения, вызываемые внутренними причинами) и развиваются главным образом при снижении сопротивляемости организма, устойчивости к воздействию болезнетворных микроорганизмов в результате травм, операций, переохлаждения, снижения иммунитета.
Основную часть анаэробов, играющих роль в развитии инфекций составляют бактероиды, фузобактерии, пептострептококки и споровые палочки. Половину гнойно-воспалительных анаэробных инфекций вызывают бактероиды.
- Бактероиды-палочки, размером 1-15 мкм, наподвижные или движущиеся с помощью жгутиков. Они выделяют токсины, действующие в качестве факторов вирулентности (болезнетворности).
- Фузобактерии – палочковидные облигатные (выживающие только в отсутствие кислорода) анаэробные бактерии, обитают на слизистой оболочке рта и кишечника, могут быть неподвижными или подвижными, содержат сильный эндотоксин.
- Пептострептококки – сферические бактерии, расположены по две, четыре, неправильныи скоплениями или цепочками. Это безжгутиковые бактерии, спор не образуют. Пептококки – род сферических бактерий, представленных одним видом P.niger. Расположены поодиночке, парами или скоплениями. Жгутиков у пептококков нет, спор они не образуют.
- Вейонеллы – род диплококков (бактерии кокковой формы, клетки которых располагаются парами), расположенных в виде короткими цепочами, неподвижны, спор не образуют.
- Другие неклостридиальные анаэробные бактерии, которые выделяют из инфекционных очагов больных — пропионовые бактерии, волинеллы, роль которых менее изучена.
Клостридии – род спорообразующих анаэробных бактерий. Клостридии обитают на слизистых желудочно-кишечного тракта. Клостридии в основном патогенны (болезнетворны) для человека. Они выделяют специфические для каждого вида высокоактивные токсины. Возбудителем анаэробной инфекции может быть как один вид бактерий, так и несколько видов микроорганизмов: анаэробно-анаэробной (бактероиды и фузобактерии), анаэробно-аэробной (бактероиды и стафилококки, клостридии и стафилококки)
Аэробы - организмы, которым для жизнедеятельности и размножения необходим свободный кислород. В отличие от анаэробов у аэробов кислород участвует в процессе выработки необходимой им энергии. К аэробам относятся животные, растения и значительная часть микроорганизмов, среди которых выделяют.
- облигатных аэробов – это «строгие» или «безусловные» аэробы, получают энергию только из окислительных реакций с участием кислорода; к ним относятся, например, некоторые виды псевдомонад, многие сапрофиты, грибы, Diplococcus pneumoniae, дифтерийные палочки
- в группе облигатных аэробов можно выделить микроаэрофилов – для жизнедеятельности им необходимо низкое содержание кислорода. При попадании в обычную внешнюю среду такие микроорганизмы подавляются или гибнут, поскольку кислород отрицательно влияет на действие их ферментов. К ним относятся, например, менингококки, стрептококки, гонококки.
- факультативные аэробы – микроорганизмы, которые могут развиваться и при отсутствии кислорода, например, дрожжевая палочка. К этой группе относится большинство патогенных микробов.
Для каждого аэробного микроорганизма существует свой минимум, оптимум и максимум концентрации кислорода в окружающей его среде, необходимой для его нормального развития. Повышение содержания кислорода за границу «максимум» ведёт к гибели микробов. Все микроорганизмы гибнут при концентрации кислорода 40-50%.