Наричат ​​се бактерии, които живеят в кислородна среда. Анаероби. Аеробни и анаеробни микроорганизми

Аеробните бактерии са микроорганизми, които се нуждаят от свободен кислород за нормален живот. За разлика от всички анаероби, те също участват в процеса на генериране на енергията, която им е необходима за размножаване. Тези бактерии нямат ясно изразено ядро. Те се възпроизвеждат чрез пъпкуване или делене и, когато се окисляват, образуват различни токсични продукти на непълна редукция.

Малко хора знаят, че аеробните бактерии ( с прости думиАеробите са организми, които могат да живеят в почвата, въздуха и водата. Те участват активно в циркулацията на веществата и имат няколко специални ензима, които осигуряват тяхното разграждане (например каталаза, супероксиддисмутаза и други). Дишането на тези бактерии се осъществява чрез директно окисляване на метан, водород, азот, сероводород и желязо. Те могат да съществуват в широк диапазон при парциално налягане от 0,1-20 atm.

Култивирането на аеробни грам-отрицателни и грам-положителни бактерии предполага не само използването на подходяща хранителна среда за тях, но и количествен контрол на кислородната атмосфера и поддържане на оптимални температури. За всеки микроорганизъм от тази група има както минимална, така и максимална концентрация на кислород в околната среда, необходима за нормалното му размножаване и развитие. Следователно както намаляването, така и увеличаването на съдържанието на кислород над „максималната“ граница води до прекратяване на жизнената активност на такива микроби. Всички аеробни бактерии умират при концентрация на кислород от 40 до 50%.

Видове аеробни бактерии

Според степента на зависимост от свободния кислород всички аеробни бактерии се разделят на следните видове:

1. облигатни аероби- това са "безусловни" или "строги" аероби, които могат да се развиват само във въздуха висока концентрациякислород, тъй като получават енергия от окислителни реакции с негово участие. Те включват:

2. Факултативни аероби- микроорганизми, които се развиват дори при много ниско количество кислород. принадлежи към тази група.

Анаеробните бактерии са тези, които, за разлика от аеробните бактерии, могат да оцелеят и да растат в среда с малко или никакъв кислород. Много от тези микроорганизми живеят на лигавиците (в устата, във влагалището) и в червата на човека, като стават причина за инфекция, когато тъканите са повредени.

Синузит, инфекции на устата, акне, възпаление на средното ухо, гангрена и абсцеси са едни от най-известните заболявания и състояния, до които водят тези бактерии. Те също могат да влязат отвън през рана или при ядене на заразена храна, причинявайки такива ужасни заболявания като ботулизъм. Но в допълнение към вредата, някои видове са полезни за хората, например, като превръщат растителните захари, които са токсични за него, в полезни за ферментация в дебелото черво. Също анаеробни бактериизаедно с аеробните, те играят важна роля в екосистемата, участвайки в разграждането на останките от живи същества, но не толкова големи, колкото гъбите в това отношение.

Класификация

Анаеробните бактерии от своя страна се делят на 3 групи според толерантността към кислорода и нуждата от него:

• По избор - способен да расте аеробно или анаеробно, т.е. в присъствието или отсъствието на О2.
• Микроаерофили - изискват ниска концентрация на кислород (напр. 5%), а много от тях изискват висока концентрация на CO 2 (напр. 10%); при пълна липса на кислород те растат много слабо.
• Задължително (задължително, строго) – не са способни на аеробен метаболизъм (растат в присъствието на кислород), но имат различна толерантност към O 2 (способност да оцелеят известно време).

Облигатните анаероби се размножават в области с нисък редокс потенциал (напр. в некротична, мъртва тъкан). Кислородът е токсичен за тях. Съществува класификация според неговата преносимост:

• Строги - издържат само на ≤0,5% O 2 във въздуха.
• Умерено - 2-8% O 2.
• Аеротолерантни анаероби - толерират атмосферния O2 за ограничен период от време.

Средният процент на кислород в земната атмосфера е 21.

Примери за строго анаеробни бактерии

облигатни анаеробни бактерии , които обикновено причиняват инфекции, могат да понасят атмосферен O 2 за минимум 8 часа и често до 3 дни. Те са основните компоненти на нормалната микрофлора на лигавиците, особено в устата, долната част на стомашно-чревния тракт и влагалището; тези бактерии причиняват заболяване, когато нормалните мукозни бариери са нарушени.

Грам-отрицателни анаероби

• Бактероиди или лат. Bacteroides (най-чести): интраабдоминални инфекции;
• Fusobacterium: абсцеси, раневи инфекции, белодробни и интракраниални инфекции;
• Profiromonas или Porphyromonas: аспирационна пневмония и пародонтит;
• Prevotella или Prevotella: интраабдоминални инфекции и инфекции на меките тъкани.

Грам-положителни анаеробии някои от инфекциите, които причиняват, включват:

• Actinomyces или Actinomyces: инфекции на главата и шията, корема и таза, както и аспирационна пневмония (актиномикоза);
• Clostridium или Clostridium: интраабдоминални инфекции (напр. клостридиален некротизиращ ентерит), инфекции на меките тъкани и газова гангрена, причинена от C. perfringens; хранително отравяне, причинено от C. perfringens тип A; ботулизъм, дължащ се на C. botulinum; тетанус, дължащ се на C. tetani; Difficile - индуцирана диария (псевдомембранозен колит);
• Peptostreptococcus или Peptostreptococcus: орални, респираторни и интраабдоминални инфекции;
• Propionobacteria или Propionibacterium - инфекции на чуждо тяло (напр. при байпас на CSF, протезна става или сърдечно устройство).

Анаеробните инфекции обикновено са гнойни, причинявайки образуване на абсцес и тъканна некроза, а понякога и септичен тромбофлебит или газове, или и двете. Много анаероби произвеждат ензими, разграждащи тъканите, както и някои от най-мощните паралитични токсини, известни днес.

Например ботулиновият токсин, произведен от бактерията Clostridium botulinum, която причинява ботулизъм при хората, се използва в козметиката като инжекции за изглаждане на бръчки, тъй като парализира подкожните мускули.

Обикновено в заразените тъкани присъстват няколко вида анаероби, а често присъстват и аероби (полимикробни или смесени инфекции).

Признаци, че инфекцията е причинена от анаеробни бактерии:

• Полимикробни резултати чрез оцветяване по Грам или бактериално посяване.
• Образуване на газ в гнойни или инфектирани тъкани.
• Гнойна миризма от заразени тъкани.
• Некроза (смърт) на заразените тъкани.
• Мястото на инфекцията в близост до лигавицата, където обикновено се намира анаеробна микрофлора.

Диагностика

Проби от анаеробна култура трябва да се вземат чрез аспирация или биопсия от зони, които обикновено не съдържат такива. Доставката до лабораторията трябва да бъде бърза, а транспортното оборудване трябва да осигурява среда без кислород въглероден двуокис, водород и азот. Тампоните се транспортират най-добре в анаеробно стерилизирана полутвърда среда, като транспортна среда на Cary-Blair (специален разтвор, съдържащ минимум хранителни веществаза размножаване на бактерии и вещества, които могат да ги убият).

Организмите, които могат да получават енергия при липса на кислород, се наричат ​​анаероби. Освен това групата на анаеробите включва както микроорганизми (протозои и група прокариоти), така и макроорганизми, които включват някои водорасли, гъби, животни и растения. В нашата статия ще разгледаме по-отблизо анаеробните бактерии, които се използват за пречистване на отпадъчни води в местни пречиствателни станции. Тъй като аеробните микроорганизми могат да се използват заедно с тях в пречиствателните станции за отпадъчни води, ще сравним тези бактерии.

Какво представляват анаеробите, ние го разбрахме. Сега си струва да разберем на какви видове са разделени. В микробиологията се използва следната класификационна таблица за анаероби:

• Факултативни микроорганизми. Факултативните анаеробни бактерии се наричат ​​бактерии, които могат да променят своя метаболитен път, т.е. те могат да променят дишането от анаеробно в аеробно и обратно. Може да се твърди, че живеят факултативно.
• Капнеистични представители на групатамогат да живеят само в среда с ниско съдържание на кислород и високо съдържание на въглероден диоксид.
• Умерено строги организмимогат да оцелеят в среда, съдържаща молекулярен кислород. Те обаче не могат да се възпроизвеждат тук. Макроаерофилите могат както да оцелеят, така и да се размножават в среда с намалено парциално налягане на кислорода.
• Аеротолерантни микроорганизмисе различават по това, че не могат да живеят факултативно, т.е. не могат да преминат от анаеробно дишане към аеробно дишане. Въпреки това, те се различават от групата на факултативните анаеробни микроорганизми по това, че не умират в среда с молекулярен кислород. Тази група включва повечето маслени бактерии и някои видове млечнокисели микроорганизми.
• облигатни бактериибързо загиват в среда, съдържаща молекулярен кислород. Те могат да живеят само в условия на пълна изолация от него. Тази група включва ресничести, флагелати, някои видове бактерии и дрожди.

Влияние на кислорода върху бактериите

Всяка среда, съдържаща кислород, влияе агресивно на органичните форми на живот. Работата е там, че в процеса на живот различни формиживот или поради влиянието на определени видове йонизиращо лъчениеобразуват се реактивни кислородни видове, които са по-токсични в сравнение с молекулярното вещество.

Основният определящ фактор за оцеляването на живия организъм в кислородна среда е наличието на антиоксидантна функционална система, която е способна да се елиминира. Обикновено такива защитни функции се осигуряват от един или няколко ензима наведнъж:

• цитохром;
• каталаза;
• супероксид дисмутаза.

В същото време някои анаеробни бактерии от факултативен вид съдържат само един вид ензим - цитохром. Аеробните микроорганизми имат до три цитохрома, така че се чувстват страхотно в кислородна среда. А облигатните анаероби изобщо не съдържат цитохром.

Въпреки това, някои анаеробни организми могат да действат върху околната среда и да създадат подходящ редокс потенциал за нея. Например някои микроорганизми намаляват киселинността на средата от 25 на 1 или 5 преди размножаване.Това им позволява да се предпазят със специална бариера. А аеротолерантните анаеробни организми, които отделят водороден пероксид в хода на живота си, могат да повишат киселинността на околната среда.

Важно: за осигуряване на допълнителна антиоксидантна защита, бактериите синтезират или натрупват нискомолекулни антиоксиданти, които включват витамини А, Е и С, както и лимонена и други видове киселини.

Как анаеробите получават енергия?

1. Някои микроорганизми получават енергия от катаболизма на различни аминокиселинни съединения, като протеини и пептиди, както и от самите аминокиселини. Обикновено този процес на освобождаване на енергия се нарича гниене. А самата среда, в енергийния обмен на която се наблюдават много процеси на катаболизъм на аминокиселинни съединения и самите аминокиселини, се нарича гнилостна среда.
2. Други анаеробни бактерии са способни да разграждат хексози (глюкоза). В този случай могат да се използват различни методи за разделяне:
   • гликолиза. След него в околната среда протичат процеси на ферментация;
   • окислителен път;
   • Реакции на Entner-Doudoroff, протичащи в условията на мананова, хексуронова или глюконова киселина.

В този случай само анаеробни представители могат да използват гликолиза. Може да се раздели на няколко вида ферментация, в зависимост от продуктите, които се образуват след реакцията:

• алкохолна ферментация;
• млечнокисела ферментация;
• вид ентеробактерии мравчена киселина;
• маслена ферментация;
• реакция на пропионова киселина;
• процеси с отделяне на молекулярен кислород;
• метанова ферментация (използвана в септични ями).

Характеристики на анаероби за септична яма

Анаеробните септични ями използват микроорганизми, които могат да преработват отпадъчни води без кислород. Като правило, в отделението, където се намират анаеробите, процесите на гниене на отпадъчните води се ускоряват значително. В резултат на този процес твърдите съединения падат на дъното под формата на утайка. В същото време течният компонент на отпадъчните води се почиства качествено от различни органични примеси.

По време на живота на тези бактерии, голям бройтвърди съединения. Всички те се утаяват на дъното на местната пречиствателна станция, така че тя се нуждае от редовно почистване. Ако почистването не се извърши своевременно, ефективната и добре координирана работа на пречиствателната станция може да бъде напълно нарушена и изведена от строя.

Внимание: утайката, получена след почистване на септичната яма, не трябва да се използва като тор, тъй като съдържа вредни микроорганизми, които могат да навредят на околната среда.

Тъй като анаеробните представители на бактериите произвеждат метан по време на жизнената си дейност, пречиствателните съоръжения, които работят с използването на тези организми, трябва да бъдат оборудвани с ефективна вентилационна система. В противен случай неприятната миризма може да развали околния въздух.

Важно: ефективността на пречистването на отпадъчни води с помощта на анаероби е само 60-70%.

Недостатъци на използването на анаероби в септични ями

Анаеробните представители на бактериите, които са част от различни биологични продукти за септични ями, имат следните недостатъци:

1. Отпадъците, които се образуват след обработката на канализацията от бактерии, не са подходящи за наторяване на почвата поради съдържанието на вредни микроорганизми в тях.
2. Тъй като по време на живота на анаеробите се образува голямо количество гъста утайка, отстраняването му трябва да се извършва редовно. За да направите това, ще трябва да повикате прахосмукачките.
3. Пречистването на отпадъчни води с анаеробни бактерии не е пълно, а само максимум 70 процента.
4. Пречиствателна станция, работеща с тези бактерии, може да излъчва много неприятна миризма, която се дължи на факта, че тези микроорганизми отделят метан по време на живота си.

Разликата между анаероби и аероби

Основната разлика между аероби и анаероби е, че първите могат да живеят и да се възпроизвеждат в условия с високо съдържание на кислород. Следователно такива септични ями задължително са оборудвани с компресор и аератор за изпомпване на въздух. По правило тези локални пречиствателни станции не излъчват такава неприятна миризма.

За разлика от тях, анаеробните представители (както показва таблицата на микробиологията, описана по-горе) не се нуждаят от кислород. Освен това някои от техните видове могат да умрат с високо съдържание на това вещество. Следователно такива септични ями не изискват изпомпване на въздух. За тях е важно само отстраняването на получения метан.

Друга разлика е количеството образувана утайка. В системите с аероби количеството утайка е много по-малко, така че почистването на конструкцията може да се извършва много по-рядко. В допълнение, септичната яма може да се почисти, без да се обаждат на вакуумни камиони. За да премахнете гъстата утайка от първата камера, можете да вземете обикновена мрежа, а за да изпомпвате активната утайка, образувана в последната камера, е достатъчно да използвате дренажна помпа. Освен това активната утайка от пречиствателната станция, използваща аероби, може да се използва за наторяване на почвата.