.(Источник: «Биология. Современная иллюстрированная энциклопедия.» Гл. ред. А. П. Горкин; М.: Росмэн, 2006.)
Современная энциклопедия
- (анаэробные организмы) способны жить в отсутствии атмосферного кислорода; некоторые виды бактерий, дрожжей, простейших, червей. Энергию для жизнедеятельности получают, окисляя органические, реже неорганические вещества без участия свободного… … Большой Энциклопедический словарь
- (гр.). Бактерии и тому подобные низшие животные, способные жить лишь при полном отсутствии кислорода воздуха. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. анаэробы (см. анаэробиоз) иначе анаэ робионты,… … Словарь иностранных слов русского языка
Анаэробы - (от греческого an отрицательная частица, aer воздух и bios жизнь), организмы, способные жить и развиваться в отсутствие свободного кислорода; некоторые виды бактерий, дрожжей, простейших, червей. Облигатные, или строгие, анаэробы развиваются… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
- (от а..., ан... и аэробы), организмы (микроорганизмы, моллюски и др.), способные жить и развиваться в бескислородной среде. Термин ввел Л. Пастер (1861), открывший бактерии масляно кислого брожения. Экологический энциклопедический словарь.… … Экологический словарь
Организмы (в основном прокариоты), способные жить при отсутствии в среде свободного кислорода. Облигатные А. получают энергию в результате брожения (маслянокислые бактерии и др.), анаэробного дыхания (метаногены, сульфатвосстанавливающие бактерии … Словарь микробиологии
Сокр. назв. анаэробных организмов. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия
АНАЭРОБЫ - (от греч. а отриц. част., аег воздух и bios жизнь), микроскопические организмы, способные черпать энергию (см. Анаэробиоз) не в реакциях окисления, а в реакциях расщепления как органических соединений, так и неорганических (нитраты, сульфаты и пр … Большая медицинская энциклопедия
АНАЭРОБЫ - организмы, нормально развивающиеся при полном отсутствии свободного кислорода. В природе А. находятся всюду, где разлагаются органические вещества без доступа воздуха (в глубоких слоях почвы, особенно заболоченной, в навозе, иле и т. п.). Имеются … Прудовое рыбоводство
Ов, мн. (ед. анаэроб, а; м.). Биол. Организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода (ср. аэробы). ◁ Анаэробный, ая, ое. А ые бактерии. А ая инфекция. * * * анаэробы (анаэробные организмы), способны жить в отсутствие… … Энциклопедический словарь
Бактерии появились более 3,5 миллиардов лет назад и были первыми живыми организмами на нашей планете. Именно благодаря аэробным и анаэробным видам бактерий на Земле зародилась жизнь.
Сегодня они являются одной из самых разнообразных в видовом плане и широко распространенной группой прокариотических (не имеющих ядра) организмов. Различное дыхание позволило подразделить их на аэробные и анаэробные, а питание – на гетеротрофные и автотрофные прокариоты.
Видовое разнообразие этих безъядерных одноклеточных организмов огромно: наука описала только 10000 видов, а предположительно существует более миллиона видов бактерий. Их классификация крайне сложна и осуществляется, опираясь на общность следующих признаков и свойств:
К примеру, морфологическая классификация по внешнему виду подразделяет все бактерии как:
Классификация физиологическая по отношению к кислороду делит все прокариоты на:
Анаэробные микроорганизмы полностью соответствуют своему названию – приставка ан- отрицает значение слова, аэро – это воздух и б- жизнь. Получается – безвоздушная жизнь, организмы, чье дыхание не нуждается в свободном кислороде.
Бескислородные микроорганизмы делятся на две группы:
Классификация анаэробных бактерий подразделяет облигатную группу по возможности спорообразования на следующие:
Спорообразующие анаэробные бактерии в большом количестве встречаются в почве и в желудочно-кишечном тракте животных и человека. Среди них известно более 10 видов, которые являются токсичными для человека. Эти бактерии образуют высокоактивные экзотоксины, специфические для каждого вида.
Хотя инфекционным возбудителем может быть один вид анаэробных микроорганизмов, более характерна интоксикация различными микробными ассоциациями:
Вполне закономерно в привычной нам кислородной среде, что для получения облигатных аэробов необходимо использовать специальное оборудование и микробиологические среды. По сути, культивирование бескислородных микроорганизмов сводится к созданию условий, при которых доступ воздуха к средам, где производится культивирование прокариотов, полностью перекрыт.
В случае проведения микробиологического анализа на облигатные анаэробы крайне важным являются методы забора пробы и способ транспортировки образца в лабораторию. Так как под действием воздуха облигатные микроорганизмы незамедлительно погибнут, пробу необходимо сохранять либо в герметичном шприце, либо в специализированных средах, предназначенных для подобных транспортировок.
Аэробами называют микроорганизмы, чье дыхание невозможно без свободного кислорода воздуха, а их культивирование проходит на поверхности питательных сред.
По степени зависимости от кислорода все аэробы делят на:
Аэробные бактерии обитают в почве, воде и воздухе и активно участвуют в круговороте веществ. Дыхание бактерий, которые являются аэробами, осуществляется путем прямого окисления метана (СН 4), водорода (Н 2), азота (N 2), сероводорода (Н 2 S), железа (Fe).
К облигатным аэробным микроорганизмам, которые являются патогенными для человека, относятся туберкулезная палочка, возбудители туляремии и холерный вибрион. Всем им для жизнедеятельности необходимо высокое содержание кислорода. Факультативно-аэробные бактерии, такие как сальмонелла, способны осуществлять дыхание при весьма незначительном количестве кислорода.
Аэробные микроорганизмы, осуществляющие свое дыхание в кислородной атмосфере, способны существовать в весьма широком диапазоне при парциальном давлении от 0,1 до 20 атм.
Культивирование аэробов подразумевает использование подходящей питательной среды. Необходимыми условиями являются также количественный контроль кислородной атмосферы и создание оптимальных температур.
Дыхание и рост аэробов проявляется в виде образования мути в жидких средах или, в случае плотных сред, в виде образования колоний. В среднем для выращивания аэробов в условиях термостатирования потребуется о 18 до 24 часов.
Организмы, которые способны получать энергию в условиях отсутствия кислорода, называются анаэробами. Причём к группе анаэробов относятся как микроорганизмы (простейшие и группа прокариотов), так и макроорганизмы, к которым можно отнести некоторые водоросли, грибы, животных и растения. В нашей статье мы подробно рассмотрим анаэробные бактерии, которые используются для очистки сточных вод в локальных очистных сооружениях. Поскольку наряду с ними в очистных сооружениях могут применяться аэробные микроорганизмы, мы проведём сравнение этих бактерий.
Что такое анаэробы, мы разобрались. Теперь стоит понять, на какие виды они делятся. В микробиологии используется следующая таблица классификации анаэробов:
Любая среда, содержащая кислород, агрессивно воздействует на органические формы жизни. Всё дело в том, что в процессе жизнедеятельности различных форм жизни или из-за влияния некоторых видов ионизирующего излучения образуются активные формы кислорода, которые отличаются большей токсичностью в сравнении с молекулярным веществом.
Главным определяющим фактором для выживания живого организма в условиях кислородной среды является наличие у него антиоксидантной функциональной системы, которая способна к элиминации. Обычно такие защитные функции обеспечиваются одним или сразу несколькими ферментами:
При этом некоторые анаэробные бактерии факультативного вида содержат только один вид фермента – цитохром. Аэробные микроорганизмы имеют целых три цитохрома, поэтому прекрасно себя чувствуют в условиях кислородной среды. А облигатные анаэробы вообще не содержат цитохром.
Однако некоторые анаэробные организмы могут воздействовать на окружающую их среду и создавать подходящий ей окислительно-восстановительный потенциал. Например, определённые микроорганизмы перед началом размножения снижают кислотность среды с показателя 25 до 1 или 5. Это позволяет им оградить себя особым барьером. А аэротолерантные анаэробные организмы, которые в процесс своей жизнедеятельности выделяют перекись водорода, могут повышать кислотность среды.
Важно: для обеспечения дополнительной антиоксидантной защиты, бактерии синтезируют или накапливают низкомолекулярные антиоксиданты, к которым относятся витамины группы А, Е и С, а также лимонная и другие виды кислот.
При этом только анаэробные представители могут использовать гликолиз. Он может делиться на несколько разновидностей брожения в зависимости от продуктов, которые образуются после реакции:
В анаэробных септиках используются микроорганизмы, которые способны производить переработку стоков без доступа кислорода. Как правило, в отсеке, где находятся анаэробы, значительно ускоряются процессы гниения сточных вод. В результате этого процесса твёрдые соединения выпадают на дно в виде осадка. При этом жидкая составляющая стоков качественно очищается от различных органических включений.
Во время жизнедеятельности этих бактерий образуется большое количество твёрдых соединений. Все они оседают на дне локального очистного сооружения, поэтому оно нуждается в регулярной очистке. Если очистку производить не своевременно, то эффективная и слаженная работа очистной установки может быть полностью нарушена и выведена из строя.
Внимание: осадок, добытый после очистки септика, не стоит использовать в качестве удобрения, поскольку в нём содержатся вредные микроорганизмы, способные нанести вред окружающей среде.
Поскольку анаэробные представители бактерий в процесс своей жизнедеятельности вырабатывают метан, очистные сооружения, которые работают с использованием этих организмов, должны укомплектовываться эффективной системой вентиляции. В противном случае неприятный запах способен испортить окружающий воздух.
Важно: эффективность очистки стоков с использованием анаэробов составляет только 60-70 %.
Анаэробные представители бактерий, входящие в состав различных биопрепаратов для септиков, имеют следующие недостатки:
Главное отличие между аэробами и анаэробами состоит в том, что первые способны жить и размножаться в условиях с высоким содержанием кислорода. Поэтому такие септики обязательно укомплектовываются компрессором и аэратором для закачивания воздуха. Как правило, эти локальные очистные сооружения не издают такого неприятного запах.
В отличие от них анаэробные представители (как показывает таблица микробиологии, описанная выше) не нуждаются в кислороде. Более того некоторые их виды способны погибнуть при высоком содержании этого вещества. Поэтому такие септики не требуют закачивания воздуха. Для них важно лишь удаление образовавшегося метана.
Ещё одно отличие состоит в количестве образующегося осадка. В системах с аэробами количество осадка намного меньше, поэтому очистку сооружения можно проводить намного реже. Кроме этого, очистку септика можно выполнять без вызова ассенизаторов. Для удаления густого осадка из первой камеры можно взять обычный сачок, а чтобы откачать активный ил, образующийся в последней камере, достаточно использовать дренажный насос. Более того активный ил из очистного сооружения с использованием аэробов можно использовать для удобрения почвы.
Самой богатой по количеству и разнообразию путей метаболизма группой организмов являются прокариоты. Часть из них, чтобы синтезировать АТФ (основную энергетическую "валюту" клетки), используют схему аэробного дыхания, типичную для большинства эукариотов. Микроорганизмы, не обладающие данным механизмом, называются анаэробами. Эти бактерии способны получать энергию из химических соединений без участия кислорода.
По отношению к кислороду выделяют две группы анаэробных бактерий:
Для факультативных анаэробов бескислородный тип метаболизма имеет приспособительное значение, и бактерии прибегают к нему только в крайнем случае, при попадании в анаэробную среду. Это объясняется тем, что кислородное дыхание энергетически гораздо выгодней.
У другой группы анаэробов отсутствует биохимический механизм использования O 2 для окисления соединений, и присутствие этого элемента в окружающей среде не только не полезно, но и токсично.
Выделяют несколько типов облигатных анаэробов, различающихся по устойчивости к присутствию молекулярного кислорода:
Отношение конкретной бактерии к кислороду можно определить по характеру ее роста в толще питательной среды.
К аэротолерантным микроорганизмам относят молочнокислые бактерии. Некоторые виды (например, Clostridium) могут быть устойчивы к высокой концентрации кислорода за счет образования эндоспор.
Все анаэробы - это типичные хемотрофы, поскольку в качестве источника энергии используют энергию химических связей. При этом энергетическими донорами могут быть как органические вещества (хемоорганотрофия), так и неорганические (хемолитотрофия).
У бактерий-анаэробов существуют две разновидности бескислородного метаболизма: дыхание и брожение. Принципиальное различие между ними заключается в механизме ассимиляции энергии.
Так, при брожении энергия сначала запасается в фосфагенной форме (например, в виде фосфоенолпирувата), а затем при участии цитозольных дегидрогеназ происходит субстратное фосфолирирование АДФ. Электроны при этом передаются эндогенному или экзогенному акцептору, который становится побочным продуктом процесса.
При дыхательном типе метаболизма энергия запасается в специфическом соединении - Pmf, который либо сразу используется для клеточных процессов, либо поступает в сосредоточенную на мембране электротранспортную цепь, где синтезируется АТФ. Только, в отличие от аэробного дыхания, конечным акцептором электронов служит не кислород, а другое соединение, которое может иметь как органическую, так и неорганическую природу.
Основная задача, которую решает анаэробная бактерия с дыхательным типом метаболизма, - найти альтернативу молекулярному кислороду. Именно от этого зависит энергитический выход реакции. В зависимости от вещества, выполняющего роль терминального акцептора, различают следующие виды анаэробного дыхания:
Анаэробное дыхание менее эффективно, чем аэробное, но по сравнению с брожением дает гораздо больший энергетический выхлоп.
Данный тип микробиоты образуется в богатых органикой экологических нишах, в которых кислород практически полностью израсходован (затапливаемые почвы, подземные гидросистемы, илистые отложения и т.д.). Здесь происходит ступенчатая деградация органических соединений, осуществляемая двумя группами бактерий:
Среди первичных анаэробов различают гидролитиков и диссипотрофов, которые связаны друг с другом трофическими взаимодействиями. Гидролитики образуют биопленки на поверхности твердых субстратов и продуцируют гидролитические экзоферменты, которые расщепляют сложные органические соединения на олигомеры и мономеры.
Образовавшиеся питательный субстрат в первую очередь используются самими гидролитиками, но также и диссипотрофами. Последние обычно менее кооперированы и не выделяют значительных количеств экзоферментов, поглощая готовые продукты гидролиза биополимеров. Характерным представителем диссипотрофов являются бактерии рода Syntrophomonas.
Особые требования по выращиванию предъявляются только к облигатно-анаэробным бактериям. Факультативные прекрасно размножаются в кислородной среде.
Методы культивирования анаэробных микроорганизмов подразделяются на три категории: химические, физические и биологические. Их основная задача заключается в том, чтобы понизить либо полностью исключить присутствие кислорода в питательной среде. Степень допустимой концентрации O 2 определяется уровнем толерантности конкретного анаэроба.
Суть физических методов состоит в том, чтобы убрать кислород из воздушной среды, с которой контактирует культура, либо полностью исключить контакт бактерий с воздухом. К данной группе относят следующие технологии культивирования:
Обязательной частью физических методов является предварительное кипячение питательной среды, чтобы удалить из нее молекулярный кислород.
Химические соединения, используемые для выращивания анаэробов, разделяют на 2 группы:
Особой разновидностью химических методов является использование газогенерирующих систем, в состав которых входят агенты, генерирующие водород и углекислый газ, а O 2 поглощает палладиевый катализатор. Такие системы применяют в замкнутых емкостях для выращивания (анаэростаты, пластиковые пакеты и т.д.).
К биологическим методам относят совместное выращивание анаэробов и аэробов. Последние удаляют из среды кислород, создавая условия для роста своих "сожителей". В качестве сорбирующих агентов могут использовать и факультативно-анаэробные бактерии.
Существует две модификации данного метода:
Иногда аэробные микроорганизмы используют на этапе подготовки жидкой питательной среды для инокуляции анаэробов. После удаления остаточного кислорода аэроба (например, E. colli) убивают нагреванием, а затем засевают нужную культуру.
Чистой культурой называют популяцию микроорганизмов, принадлежащую к одному виду, обладающую одними свойствами и полученную из одной клетки. Для получения группы бактерий с такими характеристиками обычно используют методы истончающего штриха и предельных разведений, но работа с анаэробами - это особый процесс, требующий исключения контакта с кислородом при получении изолированных колоний.
Существует несколько способов выделения чистой культуры анаэробов. К ним относятся:
Во всех трех методах материал из полученных изолированных колоний пересевается на среду контроля стерильности (СКС) либо среду Китта-Тароцци.
Анаэробы - это микробы, способные расти и размножаться без доступа свободного кислорода. Токсическое действие кислорода на анаэробов связано с подавлением активности ряда бактериальных . Различают факультативные анаэробы, способные изменять анаэробный тип дыхания на аэробный, и строгие (облигатные) анаэробы, имеющие только анаэробный тип дыхания.
При культивировании строгих анаэробов применяют химические способы устранения кислорода: добавляют в среду, окружающую анаэробов, вещества, способные поглощать кислород (например, щелочной раствор пирогаллола, гидросульфит натрия), либо вводят в состав вещества, способные восстанавливать поступающий кислород (например, и др.). Можно обеспечить анаэробов физическими способами: механически удалять из питательных сред перед посевом путем кипячения с последующей заливкой поверхности среды жидким , а также использовать анаэростат; производить посев уколом в высокий столбик питательного агара, заливая его затем вязким вазелиновым маслом. Биологический способ обеспечения бескислородных условий для анаэробов состоит в комбинированном, совместном посеве культур и анаэробов.
К патогенным анаэробам относятся палочки , возбудители (см. Клостридии). См. также .
Анаэробы - микроорганизмы, способные существовать и нормально развиваться без доступа свободного кислорода.
Термины «анаэробы» и «анаэробиоз» (жизнь без доступа воздуха; от греч. отрицательной приставки anaer - воздух и bios-жизнь) предложил Л. Пастер в 1861 г. для характеристики условий существования открытых им микробов маслянокислого брожения. Анаэробы обладают способностью разлагать в бескислородной среде органические соединения и таким образом получать необходимую энергию для своей жизнедеятельности.
Анаэробы широко распространены в природе: они обитают в почве, иле водоемов, компостных кучах, в глубине ран, в кишечнике людей и животных - всюду, где происходит разложение органических веществ без доступа воздуха.
По отношению к кислороду анаэробы делятся на строгие (Облигатные) анаэробы, которые не способны расти в присутствии кислорода, и условные (факультативные) анаэробы, которые могут расти и развиваться как в присутствии кислорода, так и без него. К первой группе относится большинство анаэробов из рода Clostridium, бактерии молочнокислого и маслянокислого брожения; ко второй группе - кокки, грибки и др. Кроме этого, существуют микроорганизмы, требующие для своего развития небольшой концентрации кислорода,- микроаэрофилы (Clostridium histolyticum, Clostridium tertium, некоторые представители рода Fusobacterium и Actinomyces).
Род Clostridium объединяет около 93 видов палочковидных грамположитсльных бактерий, образующих терминальные или субтерминальные споры (цветн. рис. 1-6). К патогенным клостридиям принадлежат Cl. perfringens, Cl. oedema-tiens, Cl. septicum, Cl. histolyticum, Cl. sordellii, являющийся возбудителями анаэробной инфекции (газовой гангрены), гангрены легких, гангренозного аппендицита, послеродовых и послеабортных осложнений, анаэробных септицемий, а также пищевых отравлений (Cl. perfringens, типы А, С, D, F).
Патогенными анаэробами являются также Cl. tetani - возбудитель столбняка и Cl. botulinum - возбудитель ботулизма.
Род Bacteroides включает 30 видов бактерий палочковидной формы, не образующих спор, грамотрицательных, большинство из них является строгими анаэробами. Представители этого рода обнаруживаются в кишечном и мочеполовом трактах человека и животных; некоторые виды патогенны, вызывают септицемию и абсцессы.
Анаэробы рода Fusobacterium (небольшие палочки с утолщением на концах, не образующие спор, грамотрицательные), являющиеся обитателями полости рта человека и животных, в ассоциации с другими бактериями вызывают некробациллез, ангину Венсана, гангренозные стоматиты. Анаэробные стафилококки рода Peptococcus и стрептококки рода Peptostreptococcus обнаруживаются у здоровых людей в дыхательных путях, во рту, влагалище, кишечнике. Кокки-анаэробы вызывают различные гнойные заболевания: абсцесс легких, мастит, миозит, аппендицит, сепсис после родов и абортов, перитонит и т. п. анаэробы из рода Actinomyces вызывают актиномикоз у людей и животных.
Некоторые анаэробы также выполняют полезные функции: способствуют перевариванию и усвоению питательных веществ в кишечнике людей и животных (бактерии маслянокислого и молочнокислого брожения), участвуют в круговороте веществ в природе.
Способы выделения анаэробов основаны на создании анаэробных условий (снижении парциального давления кислорода в среде), для создания которых применяют следующие методы: 1) удаление кислорода из среды путем выкачивания воздуха или вытеснения индифферентным газом; 2) химическое поглощение кислорода при помощи гидросульфита натрия или пирогаллола; 3) комбинированное механическое и химическое удаление кислорода; 4) биологическое поглощение кислорода облигатными аэробными микроорганизмами, посеянными на одной половине чашки Петри (метод Фортнера); 5) частичное удаление воздуха из жидкой питательной среды путем кипячения ее, добавления редуцирующих веществ (глюкоза, тиогликолат, цистеин, кусочки свежего мяса или печени) и заливки среды вазелиновым маслом; 6) механическая защита от кислорода воздуха, осуществляемая путем посева анаэробов в высокий столбик агара в тонких стеклянных трубках по методу Вейона.
Методы идентификации выделенных культур анаэробов - см. Анаэробная инфекция (микробиологическая диагностика).
