Anaerobi (din greacă αν - particule negative, greacă αέρ - " aer " și greacă βιοζ - "viață") - organisme care primesc energie în absența accesului la oxigen prin fosforilarea substratului , produsele finale ale oxidării incomplete a substratului pot fi oxidate cu obținerea mai multă energie sub formă de ATP .
Anaerobii sunt un grup extins de organisme, atât la nivel micro cât și macro:
În plus, oxidarea anaerobă a glucozei joacă un rol important în activitatea mușchilor striați ai animalelor și oamenilor (în special în starea de hipoxie tisulară ).
Termenul de „anaerobi” a fost introdus de Louis Pasteur , care a descoperit bacteriile de fermentație butirică în 1861 . Respirația anaerobă este un set de reacții biochimice care au loc în celulele organismelor vii atunci când alte substanțe (de exemplu, nitrații ) sunt utilizate ca acceptor final de electroni și se referă la procesele de metabolism energetic ( catabolism , disimilare ), care sunt caracterizate prin: oxidarea carbohidraților , lipidelor și aminoacizilor la compuși cu greutate moleculară mică.
Pentru a măsura potenţialul mediului , M. Clark a propus utilizarea valorii pH 2 0 - logaritmul negativ al presiunii parţiale a hidrogenului gazos . Intervalul [0-42,6] caracterizează toate gradele de saturație ale unei soluții apoase cu hidrogen și oxigen. Aerobii cresc la un potențial mai mare [14-20], anaerobii facultativi [0-20] și cei obligați la cel mai scăzut [0-10] [2] .
Conform clasificării stabilite în microbiologie , există:
Dacă un organism este capabil să treacă de la o cale metabolică la alta (de la respirația anaerobă la cea aerobă și invers), atunci este denumit în mod condiționat anaerobi facultativi [3] .
Până în 1991, în microbiologie s-a distins o clasă de anaerobi capneistici , necesitând o concentrație scăzută de oxigen și o concentrație mare de dioxid de carbon ( Brucella bovine tip - B. abortus ) [2] .
Un organism anaerob moderat strict supraviețuiește într-un mediu cu O 2 molecular , dar nu se reproduce. Microaerofilii sunt capabili să supraviețuiască și să se înmulțească într-un mediu cu o presiune parțială scăzută de O 2 .
Dacă un organism nu este capabil să „trece” de la respirația anaerobă la cea aerobă, dar nu moare în prezența oxigenului molecular , atunci el aparține grupului de anaerobi aerotoleranți . De exemplu, acid lactic și multe bacterii butirice .
Anaerobii obligați mor în prezența oxigenului molecular O 2 - de exemplu, reprezentanți ai genului de bacterii și arhee : Bacteroides , Fusobacterium , Butyrivibrio , Methanobacterium ). Astfel de anaerobi trăiesc în mod constant într-un mediu lipsit de oxigen. Anaerobii obligatorii includ unele bacterii, drojdii, flagelați și ciliați .
Un mediu bogat în oxigen este agresiv față de formele de viață organice. Acest lucru se datorează formării unor specii reactive de oxigen în cursul vieții sau sub influența diferitelor forme de radiații ionizante, care sunt mult mai toxice decât oxigenul molecular O 2 . Factorul care determină viabilitatea unui organism într-un mediu cu oxigen [4] este prezența unui sistem antioxidant funcțional capabil să elimine: anionul superoxid (O 2 − ), peroxidul de hidrogen (H 2 O 2 ), oxigenul singlet ( 1 O ). 2 ), precum și oxigenul molecular (O 2 ) din mediul intern al corpului. Cel mai adesea, o astfel de protecție este asigurată de una sau mai multe enzime:
Organismele aerobe conțin cel mai adesea trei citocromi, anaerobi facultativi - unul sau doi, anaerobii obligați nu conțin citocromi.
Microorganismele anaerobe pot influența în mod activ mediul [2] prin crearea unui potențial redox adecvat al mediului (de exemplu, Clostridium perfringens ). Unele culturi însămânțate de microorganisme anaerobe, înainte de a începe să se înmulțească, scad pH-ul 2 0 de la [20-25] la [1-5], protejându-se cu o barieră reductivă, altele - aerotolerante - produc peroxid de hidrogen în timpul activității lor vitale, crescând pH 2 0 [ 5] .
Protecție antioxidantă suplimentară poate fi asigurată prin sinteza sau acumularea de antioxidanți cu greutate moleculară mică: vitamina C, A, E, acizi citric și alți acizi.
Un exemplu de organism care fermentează zahărul de-a lungul căii Entner-Doudoroff este bacteria anaerobă obligatorie Zymomonas mobilis. Cu toate acestea, studiul său sugerează că Z. mobilis este un anaerob secundar derivat din aerobi care conțin citocrom. Calea Entner-Dudoroff a fost găsită și în unele Clostridii, ceea ce subliniază încă o dată eterogenitatea eubacteriilor unite în acest grup taxonomic [6] .
În același timp, glicoliza este caracteristică numai pentru anaerobi , care, în funcție de produsele finale de reacție, este împărțită în mai multe tipuri de fermentație :
Ca urmare a descompunerii glucozei, se consumă 2 molecule și se sintetizează 4 molecule de ATP . Astfel, randamentul total de ATP este de 2 molecule de ATP și 2 molecule de NAD·H2 . Piruvatul obținut în timpul reacției este utilizat de celulă în moduri diferite, în funcție de ce tip de fermentație urmează.
În procesul de evoluție s-a format și consolidat antagonismul biologic al microflorei fermentative și putrefactive :
Descompunerea carbohidraților de către microorganisme este însoțită de o scădere semnificativă a pH -ului mediului, în timp ce descompunerea proteinelor și aminoacizilor este însoțită de o creștere (alcalinizare). Adaptarea fiecăruia dintre organisme la o anumită reacție a mediului joacă un rol important în natură și viața umană, de exemplu, datorită proceselor de fermentație, putrezirea silozului, a legumelor fermentate și a produselor lactate este împiedicată.
Cultivarea organismelor anaerobe este în principal sarcina microbiologiei.
Situația este mai complicată cu cultivarea organismelor multicelulare anaerobe, deoarece cultivarea lor necesită adesea microfloră specifică, precum și anumite concentrații de metaboliți. Este folosit, de exemplu, în studiul paraziților din corpul uman.
Pentru cultivarea anaerobilor se folosesc metode speciale, a căror esență este eliminarea aerului sau înlocuirea acestuia cu un amestec de gaze specializate (sau gaze inerte) în termostate sigilate - anaerostate [7] .
O altă modalitate de a crește anaerobii (cel mai adesea microorganisme) pe medii nutritive este adăugarea de substanțe reducătoare ( glucoză , acid formic de sodiu, cazeină, sulfat de sodiu, tiosulfat, cisteină, tioglicolat de sodiu etc.), care leagă compușii peroxidici toxici pentru anaerobi.
Pentru mediul general Wilson-Blair , baza este agar-agar suplimentat cu glucoză , sulfit de sodiu și clorură feroasă. Clostridiile formează colonii negre pe acest mediu prin reducerea sulfitului la anion sulfură , care, atunci când este combinat cu cationi de fier (II) , dă sare neagră. De regulă, formațiunile de colonii negre pe acest mediu apar în adâncimea coloanei de agar [8] .
Mediul Kitta-Tarozzi constă din bulion de peptonă de carne, glucoză 0,5% și bucăți de ficat sau carne tocată pentru a absorbi oxigenul din mediu. Înainte de însămânțare, mediul este încălzit într-o baie de apă clocotită timp de 20-30 de minute pentru a elimina aerul din mediu. După însămânțare, mediul nutritiv este imediat umplut cu un strat de parafină sau ulei de parafină pentru a-l izola de accesul la oxigen.
GasPak - sistemul asigură chimic o constanță a amestecului de gaz acceptabilă pentru creșterea majorității microorganismelor anaerobe. Într-un recipient sigilat, apa reacționează cu tabletele de borohidrură de sodiu și bicarbonat de sodiu pentru a forma hidrogen și dioxid de carbon . Hidrogenul reacționează apoi cu oxigenul amestecului de gaz pe un catalizator de paladiu pentru a forma apă, care reacționează deja cu hidroliza borohidrurii.
Această metodă a fost propusă de Brewer și Olgaer în 1965. Dezvoltatorii au introdus un plic de unică folosință generator de hidrogen, pe care l-au transformat ulterior în pliculețe generatoare de dioxid de carbon care conțin un catalizator intern [9] [10] .
Metoda Zeissler este utilizată pentru a izola culturi pure de anaerobi care formează spori. Pentru a face acest lucru, inoculați pe mediul Kitt-Tarozzi, încălziți-l timp de 20 de minute la 80 ° C (pentru a distruge forma vegetativă), umpleți mediul cu ulei de vaselină și incubați timp de 24 de ore într-un termostat. Apoi, se efectuează însămânțarea pe agar cu zahăr-sânge pentru a obține culturi pure. După 24 de ore de cultivare, se studiază coloniile de interes - sunt subcultivate pe mediul Kitt-Tarozzi (cu controlul ulterior al purității culturii izolate).
Metoda Fortner - inoculările se fac pe un vas Petri cu un strat îngroșat de mediu, împărțit în jumătate printr-un șanț îngust tăiat în agar. O jumătate este însămânțată cu o cultură de bacterii aerobe, cealaltă jumătate este inoculată cu bacterii anaerobe. Marginile cupei sunt umplute cu parafină și incubate într-un termostat. Inițial, se observă creșterea microflorei aerobe, iar apoi (după absorbția oxigenului), creșterea microflorei aerobe se oprește brusc și începe creșterea microflorei anaerobe.
Metoda Weinberg este folosită pentru a obține culturi pure de anaerobi obligatorii. Culturile crescute pe mediu Kitta-Tarozzi sunt transferate în bulion de zahăr. Apoi, cu o pipetă Pasteur de unică folosință, materialul este transferat în tuburi înguste (tuburi Vignal) cu agar peptonă cu zahăr, scufundând pipeta pe fundul tubului. Tuburile inoculate sunt răcite rapid, ceea ce face posibilă fixarea materialului bacterian în grosimea agarului întărit. Tuburile sunt incubate într-un termostat, apoi se studiază coloniile crescute. Când se găsește o colonie de interes, în locul ei se face o tăietură, materialul se preia rapid și se inoculează pe mediul Kitta-Tarozzi (cu controlul ulterior al purității culturii izolate).
Metoda Peretz - o cultură de bacterii este introdusă în agar-agar cu zahăr topit și răcit și turnată sub sticlă așezată pe bețișoare de plută (sau fragmente de chibrituri) într- o cutie Petri . Metoda este cea mai puțin fiabilă dintre toate, dar este destul de simplu de utilizat.
Suport media : La 1% apă peptonă se adaugă o soluție de 0,5% dintr-un anumit carbohidrat (glucoză, lactoză, maltoză, manitol, zaharoză etc.) și indicatorul acido-bazic al lui Andrede, se toarnă în eprubete în care este plasat un plutitor pentru a prinde. produse gazoase, formate în timpul descompunerii hidrocarburilor.
Mediul lui Ressel (Russell) este folosit pentru a studia proprietățile biochimice ale enterobacteriilor (Shigella, Salmonella). Conține nutrienți agar-agar , lactoză, glucoză și indicator (albastru de bromotimol). Culoarea mediului este verde ierb. Se prepară de obicei în tuburi de 5 ml cu suprafață teșită. Semănatul se realizează printr-o injecție în adâncimea coloanei și o lovitură de-a lungul suprafeței teșite.
Mediul lui Ploskirev (bactoagar Zh) este un mediu de diagnostic diferențial și selectiv, deoarece inhibă creșterea multor microorganisme și promovează creșterea bacteriilor patogene (agenți cauzatori de tifos, paratifoid, dizenterie). Bacteriile lactoză-negative formează colonii incolore pe acest mediu, în timp ce bacteriile lactoză-pozitive formează colonii roșii. Mediul conține agar, lactoză, verde strălucitor , săruri biliare, săruri minerale, indicator (roșu neutru).
Agarul bismut sulfit este conceput pentru a izola salmonella în forma sa pură din materialul infectat. Conține digestie triptică, glucoză, factori de creștere a salmonelei, verde strălucitor și agar. Proprietățile diferențiale ale mediului se bazează pe capacitatea Salmonella de a produce hidrogen sulfurat , pe rezistența acestora la prezența sulfurei, verde strălucitor și citrat de bismut. Coloniile sunt marcate cu sulfură de bismut neagră (tehnica este similară cu mediul Wilson-Blair ).
Metabolismul organismelor anaerobe are mai multe subgrupe distincte:
Unele țesuturi de animale și oameni se caracterizează prin rezistență crescută la hipoxie (în special țesutul muscular ). În condiții normale, sinteza ATP se desfășoară aerob, iar în timpul activității musculare intense, când livrarea de oxigen către mușchi este dificilă, în stare de hipoxie, precum și în timpul reacțiilor inflamatorii în țesuturi, domină mecanismele anaerobe de regenerare a ATP. În mușchii scheletici, au fost identificate 3 tipuri de cale anaerobă și doar una aerobă de regenerare a ATP.
Anaerobii includ:
Trebuie remarcat faptul că o consecință directă a glicolizei este o scădere critică a pH - acidozei tisulare . Aceasta duce la o scădere a transportului efectiv de oxigen de către hemoglobină și formează un feedback pozitiv .
Fiecare mecanism are propriul său timp maxim de reținere a puterii și o aprovizionare optimă cu energie a țesuturilor. Cea mai mare putere și cel mai scurt timp de menținere:
| Microbiologie : bacterii | |
|---|---|
| Bacterii patogene |
|
| Microflora umană |
|
Specificitatea substratului | |
| Suflare | |
| Genetica si reproducerea |
|
| forme de repaus |
|
| Vezi si | |