Bacteriile care trăiesc într-un mediu cu oxigen sunt numite. Anaerobi. Microorganisme aerobe și anaerobe

Bacteriile aerobe sunt microorganisme care au nevoie de oxigen liber pentru viața normală. Spre deosebire de toți anaerobii, ei participă și la procesul de generare a energiei de care au nevoie pentru reproducere. Aceste bacterii nu au un nucleu pronunțat. Se reproduc prin înmugurire sau fisiune și, atunci când sunt oxidate, formează diverși produși toxici de reducere incompletă.

Caracteristicile aerobilor

Nu mulți oameni știu că bacteriile aerobe ( în cuvinte simple Aerobii sunt organisme care pot trăi în sol, aer și apă. Sunt implicați activ în circulația substanțelor și au mai multe enzime speciale care asigură descompunerea lor (de exemplu, catalaza, superoxid dismutază și altele). Respirația acestor bacterii se realizează prin oxidarea directă a metanului, hidrogenului, azotului, hidrogenului sulfurat și fierului. Ele pot exista într-un interval larg la o presiune parțială de 0,1-20 atm.

Cultivarea bacteriilor aerobe gram-negative și gram-pozitive presupune nu numai utilizarea unui mediu nutritiv adecvat pentru acestea, ci și controlul cantitativ al atmosferei de oxigen și menținerea unor temperaturi optime. Pentru fiecare microorganism din acest grup, există atât o concentrație minimă, cât și o concentrație maximă de oxigen în mediul care îl înconjoară, care este necesară pentru reproducerea și dezvoltarea sa normală. Prin urmare, atât o scădere, cât și o creștere a conținutului de oxigen dincolo de limita „maximă” duce la încetarea activității vitale a unor astfel de microbi. Toate bacteriile aerobe mor la o concentrație de oxigen de 40 până la 50%.

Tipuri de bacterii aerobe

În funcție de gradul de dependență de oxigenul liber, toate bacteriile aerobe sunt împărțite în următoarele tipuri:

1. aerobi obligatorii- aceștia sunt aerobi „necondiționați” sau „stricți” care se pot dezvolta doar atunci când sunt în aer concentrație mare oxigen, deoarece primesc energie din reacțiile oxidative cu participarea acestuia. Acestea includ:

2. Aerobi facultativi- microorganisme care se dezvolta chiar si la o cantitate foarte mica de oxigen. aparține acestui grup.

Bacteriile anaerobe sunt cele care, spre deosebire de bacterii aerobe, sunt capabili să supraviețuiască și să crească într-un mediu cu oxigen puțin sau deloc. Multe dintre aceste microorganisme trăiesc pe membranele mucoase (în gură, în vagin) și în intestinul uman, devenind cauza infecției atunci când țesuturile sunt deteriorate.

Sinuzita, infecțiile bucale, acneea, otita medie, gangrena și abcesele sunt unele dintre cele mai cunoscute boli și afecțiuni la care conduc astfel de bacterii. De asemenea, pot pătrunde din exterior printr-o rană sau atunci când mănâncă alimente contaminate, provocând astfel de boli groaznice precum botulismul. Dar, pe lângă rău, unele specii beneficiază de oameni, de exemplu, transformând zaharurile vegetale care sunt toxice pentru acesta în unele utile pentru fermentarea în colon. De asemenea, bacteriile anaerobe, alături de cele aerobe, joacă un rol important în ecosistem, participând la descompunerea rămășițelor ființelor vii, dar nu atât de mari ca ciupercile în acest sens.

Clasificare

Bacteriile anaerobe, la rândul lor, sunt împărțite în 3 grupuri în funcție de toleranța la oxigen și nevoia acestuia:

Opțional - capabil să crească aerob sau anaerob, de ex. în prezenţa sau absenţa O2.
Microaerofile - necesită concentrație scăzută de oxigen (ex. 5%), iar multe dintre ele necesită concentrație mare de CO 2 (ex. 10%); în absența completă a oxigenului, cresc foarte slab.
Obligatoriu (obligatoriu, strict) – sunt incapabili de metabolism aerob (cresc in prezenta oxigenului), dar au o toleranta diferita la O 2 (capacitatea de a supravietui ceva timp).

Anaerobii obligați se înmulțesc în zone cu potențial redox scăzut (de exemplu, în țesuturi necrotice, moarte). Oxigenul este toxic pentru ei. Există o clasificare în funcție de portabilitatea sa:

Strict - rezistă doar la ≤0,5% O 2 în aer.
Moderat - 2-8% O2.
Anaerobi aerotoleranți - tolerează O2 atmosferic pentru o perioadă limitată de timp.

Procentul mediu de oxigen din atmosfera pământului este de 21.

Exemple de bacterii anaerobe stricte

bacterii anaerobe obligatorii , care provoacă în mod obișnuit infecții pot tolera O 2 atmosferic minim 8 ore și adesea până la 3 zile. Ele sunt principalele componente ale microflorei normale de pe membranele mucoase, în special în gură, tractul gastrointestinal inferior și vagin; aceste bacterii provoacă boli atunci când barierele mucoase normale sunt perturbate.

anaerobii gram-negativi

Bacteroidi sau lat. Bacteroides (cel mai frecvent): infectii intra-abdominale;
Fusobacterium: abcese, infecții ale plăgilor, infecții pulmonare și intracraniene;
Profiromonas sau Porphyromonas: pneumonie de aspirație și parodontită;
Prevotella sau Prevotella: infecții intra-abdominale și ale țesuturilor moi.

Anaerobi gram-pozitivi iar unele dintre infecțiile pe care le provoacă includ:

Actinomyces sau Actinomyces: infectii la nivelul capului si gatului, abdominale si pelvine, precum si pneumonie de aspiratie (actinomicoza);
Clostridium sau Clostridium: infecții intra-abdominale (de exemplu, enterita necrozantă clostridiană), infecții ale țesuturilor moi și gangrena gazoasă cauzată de C. perfringens; toxiinfecții alimentare datorate C. perfringens tip A; botulism datorat C. botulinum; tetanos din cauza C. tetani; Diaree dificilă - indusă (colită pseudomembranoasă);
Peptostreptococcus sau Peptostreptococcus: infectii bucale, respiratorii si intra-abdominale;
Propionobacteria sau Propionibacteria - infecții cu corpuri străine (de exemplu, în bypass-ul LCR, articulație protetică sau dispozitiv cardiac).

Infecțiile anaerobe sunt de obicei purulente, provocând formarea de abcese și necroză tisulară și uneori tromboflebită septică sau gaze, sau ambele. Mulți anaerobi produc enzime care degradează țesuturile, precum și unele dintre cele mai puternice toxine paralitice cunoscute astăzi.

De exemplu, toxina botulinica, produsa de bacteria Clostridium botulinum, care provoaca botulismul la om, este folosita in cosmetica ca injectii pentru a netezi ridurile, deoarece paralizeaza muschii subcutanati.

De obicei, în țesuturile infectate sunt prezente mai multe tipuri de anaerobi, iar aerobii (infecții polimicrobiene sau mixte) sunt adesea prezenți.

Semne că o infecție este cauzată de bacterii anaerobe:

Rezultate polimicrobiene prin colorație Gram sau placare bacteriană.
Formarea de gaze în țesuturile purulente sau infectate.
Miros purulent din țesuturile infectate.
Necroza (moartea) țesuturilor infectate.
Locul infecției în apropierea membranei mucoase, unde se găsește de obicei microflora anaerobă.

Diagnosticare

Probele de cultură anaerobă trebuie obținute prin aspirație sau biopsie din zone care în mod normal nu le conțin. Livrarea la laborator ar trebui să fie promptă, iar echipamentele de transport trebuie să asigure un mediu fără oxigen dioxid de carbon, hidrogen și azot. Tampoanele sunt transportate cel mai bine într-un mediu semisolid sterilizat anaerob, cum ar fi mediul de transport Cary-Blair (o soluție specială care conține minimum nutrienți pentru reproducerea bacteriilor și a substanțelor care le pot ucide).

Organismele care sunt capabile să obțină energie în absența oxigenului se numesc anaerobe. Mai mult, grupul de anaerobi include atât microorganisme (protozoare și un grup de procariote) cât și macroorganisme, care includ unele alge, ciuperci, animale și plante. În articolul nostru, vom arunca o privire mai atentă asupra bacteriilor anaerobe care sunt utilizate pentru tratarea apelor uzate în stațiile locale de tratare a apelor uzate. Deoarece microorganismele aerobe pot fi folosite împreună cu acestea în stațiile de epurare a apelor uzate, vom compara aceste bacterii.

Ce sunt anaerobii, ne-am dat seama. Acum merită să înțelegeți în ce tipuri sunt împărțite. În microbiologie, se utilizează următorul tabel de clasificare pentru anaerobi:

Microorganisme facultative. Bacteriile anaerobe facultative sunt numite bacterii care își pot schimba calea metabolică, adică sunt capabile să schimbe respirația de la anaerobă la aerobă și invers. Se poate argumenta că trăiesc facultativ.
Reprezentanți capneisti ai grupului capabil să trăiască numai într-un mediu cu un conținut scăzut de oxigen și un conținut ridicat de dioxid de carbon.
Organisme moderat stricte poate supraviețui într-un mediu care conține oxigen molecular. Cu toate acestea, ei nu se pot reproduce aici. Macroaerofilii pot supraviețui și se pot multiplica într-un mediu cu o presiune parțială redusă a oxigenului.
Microorganisme aerotolerante diferă prin faptul că nu pot trăi facultativ, adică nu sunt capabili să treacă de la respirația anaerobă la respirația aerobă. Cu toate acestea, ele diferă de grupul de microorganisme anaerobe facultative prin faptul că nu mor într-un mediu cu oxigen molecular. Acest grup include majoritatea bacteriilor butirice și unele tipuri de microorganisme de acid lactic.
bacterii obligate pier rapid într-un mediu care conține oxigen molecular. Ei sunt capabili să trăiască numai în condiții de izolare completă de el. Acest grup include ciliati, flagelati, unele tipuri de bacterii si drojdii.

Efectul oxigenului asupra bacteriilor

Orice mediu care conține oxigen afectează agresiv formele de viață organice. Chestia este că în procesul vieții diferite forme viata sau datorita influentei anumitor specii radiatii ionizante se formează specii reactive de oxigen, care sunt mai toxice în comparație cu substanța moleculară.

Principalul factor determinant pentru supraviețuirea unui organism viu într-un mediu cu oxigen este prezența unui sistem funcțional antioxidant care este capabil de eliminare. De obicei, astfel de funcții de protecție sunt asigurate de una sau mai multe enzime simultan:

citocrom;
catalaza;
superoxid dismutaza.

În același timp, unele bacterii anaerobe ale unei specii facultative conțin un singur tip de enzimă - citocromul. Microorganismele aerobe au până la trei citocromi, așa că se simt grozav într-un mediu cu oxigen. Și anaerobii obligați nu conțin deloc citocrom.

Cu toate acestea, unele organisme anaerobe pot acționa asupra mediului lor și pot crea un potențial redox adecvat pentru acesta. De exemplu, anumite microorganisme reduc aciditatea mediului de la 25 la 1 sau 5 înainte de reproducere, ceea ce le permite să se protejeze cu o barieră specială. Și organismele anaerobe aerotolerante, care eliberează peroxid de hidrogen în cursul vieții, pot crește aciditatea mediului.

Important: pentru a oferi o protecție antioxidantă suplimentară, bacteriile sintetizează sau acumulează antioxidanți cu greutate moleculară mică, care includ vitaminele A, E și C, precum și acizii citric și alte tipuri de acizi.

Cum obțin anaerobii energie?

Unele microorganisme obțin energie din catabolismul diferiților compuși aminoacizi, cum ar fi proteinele și peptidele, precum și aminoacizii înșiși. De obicei, acest proces de eliberare a energiei se numește putrefacție. Și mediul însuși, în schimbul de energie al căruia se observă multe procese de catabolizare a compușilor aminoacizi și a aminoacizilor înșiși, este numit mediu putrefactiv.
Alte bacterii anaerobe sunt capabile să descompună hexozele (glucoza). În acest caz, pot fi utilizate diferite metode de împărțire:
- glicoliza. După aceasta, în mediu au loc procese de fermentație;
- calea oxidativă;
- Reacții Entner-Doudoroff care au loc în condițiile acidului mananoic, hexuronic sau gluconic.

În acest caz, numai reprezentanții anaerobi pot folosi glicoliza. Poate fi împărțit în mai multe tipuri de fermentație, în funcție de produsele care se formează după reacție:

fermentație alcoolică;
fermentație lactică;
tip de enterobacterii acid formic;
fermentație butirică;
reacția acidului propionic;
procese cu eliberare de oxigen molecular;
fermentarea metanului (utilizat în fose septice).

Caracteristicile anaerobilor pentru o fosă septică

Fosele septice anaerobe folosesc microorganisme care sunt capabile să proceseze apele uzate fără oxigen. De regulă, în compartimentul în care se află anaerobii, procesele de degradare a apelor uzate sunt accelerate semnificativ. Ca urmare a acestui proces, compușii solizi cad la fund sub formă de sediment. În același timp, componenta lichidă a apei uzate este curățată calitativ de diverse impurități organice.

În timpul vieții acestor bacterii, un numar mare de compuși solizi. Toate se așează în partea de jos a stației de epurare locală, așa că are nevoie de curățare regulată. Dacă curățarea nu este efectuată în timp util, atunci funcționarea eficientă și bine coordonată a stației de epurare poate fi complet perturbată și scoasă din funcțiune.

Atenție: nămolul obținut în urma curățării fosei septice nu trebuie folosit ca îngrășământ, deoarece conține microorganisme dăunătoare care pot dăuna mediului.

Deoarece reprezentanții anaerobi ai bacteriilor produc metan în timpul activității lor vitale, unitățile de tratament care funcționează cu utilizarea acestor organisme trebuie să fie echipate cu un sistem de ventilație eficient. În caz contrar, un miros neplăcut poate strica aerul din jur.

Important: eficiența epurării apelor uzate folosind anaerobi este de doar 60-70%.

Dezavantajele utilizării anaerobilor în fose septice

Reprezentanții anaerobi ai bacteriilor, care fac parte din diferite produse biologice pentru fose septice, au următoarele dezavantaje:

Deșeurile care sunt generate în urma procesării apelor uzate de către bacterii nu sunt potrivite pentru fertilizarea solului din cauza conținutului de microorganisme dăunătoare din acestea.
Deoarece în timpul vieții anaerobilor se formează o cantitate mare de sediment dens, îndepărtarea acestuia trebuie efectuată în mod regulat. Pentru a face acest lucru, va trebui să sunați la aspiratoare.
Tratarea apelor uzate folosind bacterii anaerobe nu este completă, ci doar maximum 70 la sută.
O stație de epurare care funcționează cu aceste bacterii poate emite un miros foarte neplăcut, care se datorează faptului că aceste microorganisme emit metan în timpul vieții.

Diferența dintre anaerobi și aerobi

Principala diferență dintre aerobi și anaerobi este că primii sunt capabili să trăiască și să se reproducă în condiții cu un conținut ridicat de oxigen. Prin urmare, astfel de fose septice sunt în mod necesar echipate cu un compresor și un aerator pentru pomparea aerului. De regulă, aceste stații locale de epurare a apelor uzate nu emană un miros atât de neplăcut.

În schimb, reprezentanții anaerobi (după cum arată tabelul de microbiologie descris mai sus) nu au nevoie de oxigen. Mai mult, unele dintre speciile lor sunt capabile să moară cu un conținut ridicat din această substanță. Prin urmare, astfel de fose septice nu necesită pomparea aerului. Pentru ei, este importantă doar eliminarea metanului rezultat.

O altă diferență este cantitatea de sedimente formate. În sistemele cu aerobi, cantitatea de nămol este mult mai mică, astfel încât curățarea structurii poate fi efectuată mult mai rar. În plus, fosa septică poate fi curățată fără a apela la aspiratoarele. Pentru a îndepărta sedimentul gros din prima cameră, puteți lua o plasă obișnuită și pentru a pompa nămolul activat format în ultima cameră, este suficient să folosiți o pompă de drenaj. Mai mult, nămolul activ de la stația de epurare folosind aerobi poate fi folosit pentru fertilizarea solului.