Anaeroby jsou bakterie. Vlastnosti anaerob, metody klasifikace a kultivace

Nejbohatší skupina organismů z hlediska počtu a rozmanitosti metabolických cest je prokaryote. Někteří z nich používají aerobní respirační schéma, typické pro většinu eukaryot, které syntetizují ATP (hlavní energetická "měna" buňky). Mikroorganismy, které nemají tento mechanismus, se nazývají anaeroby. Tyto bakterie jsou schopné produkovat energii z chemických sloučenin bez kyslíku.

Anaerobní klasifikace

Ve vztahu k kyslíku se rozlišují dvě skupiny anaerobních bakterií:

• volitelně - může přijímat energii s kyslíkem nebo bez něj, přechod od jednoho typu metabolismu k jinému závisí na podmínkách prostředí;
• povinnost - nikdy nepoužívejte O ₂ .

U fakultativních anaerobů má metabolismus bez kyslíku adaptivní význam a bakterie se k němu uchylují pouze jako poslední možnost, když jsou uvolňovány do anaerobního prostředí. To je vysvětleno skutečností, že kyslíkové dýchání je mnohem energeticky prospěšnější.

Druhá skupina anaerobů postrádá biochemický mechanismus použití O2 pro oxidaci sloučenin a přítomnost tohoto prvku v prostředí není nejen prospěšná, ale také toxická.

Existuje několik druhů povinných anaerob, které se liší rezistencí na přítomnost molekulárního kyslíku:

• těžké zemřít i při nízkých koncentracích O2;
• mírně těžké, vyznačující se střední nebo vysokou odolností proti přítomnosti kyslíku;
• Aerotolerant - speciální skupina prokaryot, která nejenže může přežít, ale také rostou ve vzduchu.

Poměr konkrétní bakterie k kyslíku může být určen povahou jejího růstu v tloušťce živného média.

Aero-tolerantní mikroorganismy zahrnují bakterií kyseliny mléčné. Některé druhy (například Clostridium) mohou být rezistentní vůči vysokým koncentracím kyslíku v důsledku tvorby endospor.

Anaerobní energetický metabolismus

Všechny anaeroby jsou typické chemotrofy, protože využívají energii chemických vazeb jako zdroje energie. V tomto případě mohou být také dárci energie organické látky (chemoorganotrofie) a anorganické (chemolitotrofie).

Anaerobní bakterie mají dva typy metabolismu bez kyslíku: respiraci a fermentaci. Základní rozdíl mezi nimi spočívá v mechanismu energetické asimilace.

Během fermentace se energie nejprve uchovává ve fosfogenní formě (například ve formě fosfoenolpyruvátu) a poté se za účasti cytosolových dehydrogenáz vyskytuje substrátová fosfolace ADP. Elektrony jsou přenášeny na endogenní nebo exogenní akceptor, který se stává vedlejším produktem tohoto procesu.

Při respiračním typu metabolismu se energie ukládá do specifické sloučeniny - Pmf, která je buď okamžitě použita pro buněčné procesy nebo je dodávána do řetězce elektrického transportu zaměřeného na membránu, kde je syntetizován ATP. Jen na rozdíl od aerobního dýchání není konečným akceptorem elektronu kyslík, ale jiná sloučenina, která může být jak organické, tak anorganické povahy.

Anaerobní typy dýchání

Hlavním úkolem, který řeší anaerobní bakterie s typem respiračního metabolismu, je najít alternativu k molekulárnímu kyslíku. Energetický výsledek reakce závisí na tom. V závislosti na látce působící jako koncový akceptor existují následující typy anaerobního dýchání:

• nitrát;
• železo;
• fumarát;
• sulfát;
• sírová;
• uhličitanu.

Anaerobní dýchání je méně účinné než aerobní dýchání, ale ve srovnání s fermentací poskytuje mnohem větší výfukový systém.

Anaerobní komunita ničivých bakterií

Tento typ mikroflóry je tvořen v ekologicky bohatých ekologických výklencích, ve kterých je téměř úplně spotřebován kyslík (zaplavené půdy, podzemní hydraulické systémy, silné sedimenty atd.). Zde je postupné odbourávání organických sloučenin prováděné dvěma skupinami bakterií:

• primární anaerobní buňky jsou odpovědné za první stupeň organické de-stimulace;
• sekundární anaeroby jsou mikroorganismy s respiračním metabolismem.

Mezi primární anaerobní látky se odlišují hydrolytika a disipotrofy, které jsou navzájem propojeny trofickými interakcemi. Hydrolytika tvoří biofilmy na povrchu pevných substrátů a produkují hydrolytické exoenzymy, které rozkládají složité organické sloučeniny na oligomery a monomery.

Výsledný živný substrát je primárně používán samotnými hydrolytiky, ale také disipotrofy. Ty jsou obvykle méně spolupracující a nevyzařují značné množství exoenzymů, které absorbují dokončené produkty hydrolýzy biopolymerů. Typickým zástupcem disipotrofů jsou bakterie rodu Syntrophomonas.

Pěstování

Zvláštní požadavky na pěstování se vztahují pouze na povinné anaerobní bakterie. Volitelně se dobře reprodukuje v kyslíkovém prostředí.

Kultivační metody anaerobních mikroorganismů spadají do tří kategorií: chemické, fyzikální a biologické. Jejich hlavním úkolem je snížit nebo zcela eliminovat přítomnost kyslíku v živném médiu. Stupeň přípustné koncentrace O2 je určen úrovní tolerance specifické anaerobní.

Fyzikální metody

Podstatou fyzikálních metod je odstranění kyslíku z ovzduší, které je v kontaktu s kulturou, nebo úplné odstranění kontaktu bakterií se vzduchem. Tato skupina zahrnuje tyto kultivační technologie:

• pěstování v mikro aerostatu - speciální zařízení, ve kterém je vytvořena směs umělých plynů namísto atmosférického vzduchu;
• hluboká kultivace - výsadba bakterií není na povrchu, ale ve vysoké vrstvě nebo do tloušťky média, aby vzduch nepronikl;
• použití viskózních médií, u nichž difúze O2 klesá s rostoucí hustotou;
• pěstování v anaerobní nádobě;
• vyplnění povrchu vazelinovým olejem nebo parafinem;
• použití inkubátoru s CO2;
• použití anaerobní stanice SIMPLICITY 888 (nejmodernější metoda).

Povinnou součástí fyzikálních metod je předchlazení živného média za účelem odstranění molekulárního kyslíku.

Používání chemikálií

Chemické sloučeniny používané k pěstování anaerob jsou rozděleny do 2 skupin:

• Očisté kyslíku adsorbují molekuly O _2. Absorpční kapacita závisí na druhu látky a objemu vzdušného prostoru v prostředí. Pyrogallol (alkalický roztok), kovové železo, jednomocný chlorid mědi, dithionit sodný jsou nejčastěji používány.
• Redukční činidla (cystein, dithiothreitol, kyselina askorbová atd.) Snižují oxidační-redukční potenciál média.

Zvláštním druhem chemických metod je použití systémů generujících plyn, které zahrnují činidla, která vytvářejí vodík a oxid uhličitý, a O2 absorbuje palladiový katalyzátor. Takové systémy se používají v uzavřených kontejnerech pro pěstování (anaerostaty, plastové tašky atd.).

Biologické metody

Biologické metody zahrnují kultivaci anaerob a aerobních kloubů. Ten druhý odstraňuje kyslík z prostředí, vytváří podmínky pro růst svých "partnerů". Také volitelné anaerobní bakterie mohou být použity jako sorbenty.

Existují dvě modifikace této metody:

• Secí dvě kultury na různých polích Petriho misky, která je pak uzavřena víkem.
• Vysekávání pomocí "skla" obsahujícího médium s aerobní bakterií. Takže sklo pokrývá Petriho misku, spojitou vrstvu naočkovanou anaerobní kulturou.

Někdy se aerobní mikroorganismy používají ve fázi přípravy kapalného živného prostředí pro inokulaci anaerob. Po odstranění zbytkového kyslíku se aerobní látky (například E. coli) usmrtí zahřátím a potom se naočkuje požadovaná kultura.

Izolace čisté kultury

Čistá kultura je populace mikroorganismů patřících ke stejným druhům, které mají stejné vlastnosti a jsou získávány z jedné buňky. Aby se získala skupina bakterií s takovými charakteristikami, obvykle se používají metody ředění mrtvice a omezující ředění, ale práce s anaerobními je speciální proces, který vyžaduje vyloučení kontaktu s kyslíkem při získání izolovaných kolonií.

Existuje několik způsobů, jak izolovat čistou anaerobní kulturu. Patří sem:

• Zeisslerovou metodou se na Petriho miskách vysekává ztenčení, což vytváří anaerobní podmínky a následné inkubace v termostatu (24 až 72 hodin).
• Weinbergova metoda - přidělení anaerobů v kultuře za použití cukrového agaru (vysoký kolon výsevu), bakterie jsou přenášeny uzavřenou kapilárou. Nejprve se materiál umístí do zkumavky s izotonickým roztokem (krok zředění) a pak do zkumavky s agarem o teplotě 40-45 stupňů, ve které se důkladně promíchá s médiem. Poté se postupně přenáší další 2 trubky, z nichž poslední se ochladí pod proudem vody.
• Peretzova metoda - materiál zředěný v izotonickém roztoku se nalije do Petriho misky tak, aby vyplnil prostor pod skleněnou deskou na jeho dně, na kterém měl růst začít.

Ve všech třech metodách se materiál získaných izolovaných kolonií převede do média pro kontrolu sterility (SCS) nebo do Kitt-Tarozziho média.