Какие микроорганизмы называют аэробными

Ответ

Аэробы – организмы, которые для процессов синтеза энергии нуждаются, в отличие от анаэробов, в свободном молекулярном кислороде. К аэробам относятся: подавляющее большинство животных, все растения, а также значительная часть микроорганизмов.

По отношению к молекулярному кислороду выделяют:

облигатных аэробов
микроаэрофилов (низкое парциальное давление кислорода в среде)
факультативных анаэробов
облигатных анаэробов

Для измерения потенциала среды М. Кларк предложил использовать величину pH2 0 — отрицательный логарифм парциального давления газообразного водорода. Диапазон [0-42,6] характеризует все степени насыщения водного раствора водородом и кислородом. Аэробы растут при более высоком потенциале [14-20], факультативные анаэробы [0-20], а облигатные — при наиболее низком [0-10]. [2]

Классификация анаэробов

Согласно устоявшейся в микробиологии классификации, различают:

  • Факультативные анаэробы
  • Капнеистические анаэробы и микроаэрофилы
  • Аэротолерантные анаэробы
  • Умеренно-строгие анаэробы
  • Облигатные анаэробы

Если организм способен переключаться с одного метаболического пути на другой (например, с анаэробного дыхания на аэробное и обратно), то его условно относят к факультативным анаэробам [3] .

До 1991 года в микробиологии выделяли класс капнеистических анаэробов, требовавших пониженной концентрации кислорода и повышенной концентрации углекислоты (Бруцеллы бычьего типа — B. abortus) [2]

Умеренно-строгий анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O2, однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O2.

Если организм не способен «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярного кислорода, то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии

Облигатные анаэробы в присутствии молекулярного кислорода O2 гибнут — например, представители рода бактерий и архей: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Такие анаэробы постоянно живут в лишенной кислорода среде. К облигатным анаэробам относятся некоторые бактерии, дрожжи, жгутиковые и инфузории.

Токсичность кислорода и его форм для анаэробных организмов

Среда с содержанием кислорода является агрессивной по отношению к органическим формам жизни. Это связано с образованием активных форм кислорода в процессе жизнедеятельности или под действием различных форм ионизирующего излучения, значительно более токсичных, чем молекулярный кислород O2. Фактор, определяющий жизнеспособность организма в среде кислорода [4] — наличие у него функциональной антиоксидантной системы, способной к элиминации:супероксид-аниона(O2 − ),перекиси водорода(H2O2), синглетного кислорода(O . ), а также молекулярного кислорода (O2) из внутренней среды организма. Наиболее часто подобная защита обеспечивается одним или несколькими ферментами:

  • супероксиддисмутаза, элиминирующая супероксид-анион(O2 − ) без энергетической выгоды для организма
  • каталаза, элиминирующая перекись водорода(H2O2) без энергетической выгоды для организма
  • цитохром– фермент, отвечающий за перенос электронов от NAD•H к O2. Этот процесс обеспечивает существенную энергетическую выгоду организму.

Аэробные организмы содержат чаще всего три цитохрома, факультативные анаэробы — один или два, облигатные анаэробы не содержат цитохромов.

Анаэробные микроорганизмы могут активно воздействовать на среду [2] , создавая подходящий окислительно-восстановительный потенциал среды (напр. Cl.perfringens). Некоторые засеянные культуры анаэробных микроорганизмов, прежде чем начать размножаться, снижают pH2 0 с величины [20-25] до [1-5], ограждая себя восстановительным барьером, другие — аэротолерантные — в процессе жизнедеятельности продуцируют перекись водорода, повышая pH2 0 [5] .

Дополнительная антиоксидантная защита может обеспечиваться синтезом или накоплением низкомолекулярных антиоксидантов: витамина С, А, E, лимонной и других кислот.

Получение энергии путем субстратного фосфорилирования. Брожение. Гниение.

  • Также анаэробные организмы могут получать энергию путем катаболизма аминокислот и их соединений (пептидов, белков). Такие процессы именуют гниением, а микрофлору в энергетическом обмене которой преобладают процессы катаболизма аминокислот называют гнилостной.
  • Анаэробные микроорганизмы расщепляют гексозы (например, глюкозу) разными путями:
  • Гликолиз (Путь Эмдена-Мейергофа) после которого продукт подвергается брожению
  • окислительный пентозофосфатный путь (другие названия: Фосфогликонатный путь, иначе гексозомонофосфатный(ГКМ), иначе путь Варбурга — Диккенса — Хореккера)
  • Путь Энтнера — Дудорова (особенно значимый, когда субстратами служат глюконовая, маннановая, гексуроновые кислоты или их производные)

В качестве примера организма, сбраживающего сахара по пути Энтнера — Дудорова, можно привести облигатно анаэробную бактерию Zymomonas mobilis. Однако ее изучение позволяет предполагать, что Z. mobilis — вторичный анаэроб, произошедший от цитохромсодержащих аэробов. Путь Энтнера — Дудорова обнаружен и у некоторых клостридиев, что еще раз подчеркивает неоднородность эубактерий, объединенных в эту таксономическую группу. [6] .

При этом характерным только для анаэробов является гликолиз, который в зависимости от конечных продуктов реакции разделяют на несколько типов брожению:

Читайте также:  Керамические горшки для орхидей

В результате расщепления глюкозы расходуется 2 молекулы, а синтезируется 4 молекулы АТФ. Таким образом общий выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ и 2 молекулы НАД·Н2. Полученный в ходе реакции пируват утилизируется клеткой по-разному в зависимости от того, какому типу брожения она следует.

Антагонизм брожения и гниения

В процессе эволюции сформировался и закрепился биологический антагонизм бродильной и гнилостной микрофлоры:

Расщепление микроорганизмами углеводов сопровождается значительным снижением pH среды, в то время как расщепление белков и аминокислот — повышением (защелачиванием). Приспособление каждого из организмов к определенной реакции среды играет важнейшую роль в природе и жизни человека, например, благодаря бродильным процессам предотвращается загнивание силоса, заквашенных овощей, молочных продуктов.

Культивирование анаэробных организмов

Культивирование анаэробных организмов в основном является задачей микробиологии.

Сложнее дело обстоит с культивированием анаэробных многоклеточных организмов, поскольку для их культивирования часто необходима специфическая микрофлора, а также определённые концентрации метаболитов. Применяется, например, при исследовании паразитов человеческого организма.

Для культивирования анаэробов применяют особые методы, сущность которых заключается в удалении воздуха или замены его специализированной газовой смесью (или инертными газами) в герметизированных термостатах — анаэростатах [7] .

Другим способом выращивания анаэробов(чаще всего микроорганизмов) на питательных средах — добавление содержащих редуцирующие вещества (глюкозу, муравьинокислый натрий и др.), уменьшающие окислительно-восстановительный потенциал.

Общие питательные среды для анаэробных организмов

Для общей среды Вильсона — Блера базой является агар-агар с добавлением глюкозы, сульфита натрия и двуххлористого железа. Клостридии образуют на этой среде колонии чёрного цвета за счет восстановления сульфита до сульфид — аниона, который соединяясь с катионами железа (II) дает соль чёрного цвета. Как правило, черные на этой среде образования колонии, появляются в глубине агарового столбика. [8]

Среда Китта — Тароцци состоит из мясопептонного бульона, 0,5% глюкозы и кусочков печени или мясного фарша для поглощения кислорода из среды. Перед посевом среду прогревают на кипящей водяной бане в течение 20 — 30 минут для удаления воздуха из среды. После посева питательную среду сразу заливают слоем парафина или вазелинового масла для изоляции от доступа кислорода.

Общие методы культивирования для анаэробных организмов

GasPak — система химическим путем обеспечивает постоянство газовой смеси, приемлемой для роста большинства анаэробных микроорганизмов. В герметичном контейнере, в результате реакции воды с таблетками боргидрида натрия и бикарбоната натрия образуется водород и диоксид углерода. Водород затем реагирует с кислородом газовой смеси на палладиевом катализаторе с образованием воды, уже вторично вступающей в реакцию гидролиза боргидрида.

Данный метод был предложен Брюером и Олгаером в 1965 году. Разработчики представили одноразовый пакет, генерирующий водород, который был позднее усовершенствован ими до саше, генерирующих двуокись углерода и содержащих внутренний катализатор [9] [10] .

Метод Цейсслера применяется для выделения чистых культур спорообразующих анаэробов. Для этого производят посев на среду Китт-Тароцци, прогревают 20 мин при 80 °C (для уничтожения вегетативной формы), заливают среду вазелиновым маслом и инкубируют 24 ч в термостате. Затем производят посев на сахарно-кровяной агар для получения чистых культур. После 24-часового культивирования интересующие колонии изучаются — их пересеивают на среду Китт-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Фортнера — посевы производят на чашку Петри с утолщенным слоем среды, разделённым пополам узкой канавкой, вырезанной в агаре. Одну половину засевают культуру аэробных бактерий, на другую — анаэробных. Края чашки заливают парафином и инкубируют в термостате. Первоначально наблюдают рост аэробной микрофлоры, а затем (после поглощения кислорода) — рост аэробной резко прекращается и начинается рост анаэробной.

Метод Вейнберга используется для получения чистых культур облигатных анаэробов. Культуры, выращенные на среде Китта-Тароцци, переносят в сахарный бульон. Затем одноразовой пастеровской пипеткой материал переносят в узкие пробирки (трубки Виньяля) с сахарным мясо-пептонным агаром, погружая пипетку до дна пробирки. Засеянные пробирки быстро охлаждают, что позволяет фиксировать бактериальный материал в толще затвердевшего агара. Пробирки инкубируют в термостате, а затем изучают выросшие колонии. При обнаружении интересующей колонии на её месте делают распил, материал быстро отбирают и засеивают на среду Китта-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).

Метод Перетца — в расплавленный и охлаждённый сахарный агар-агар вносят культуру бактерий и заливают под стекло, помещённое на пробковых палочках(или фрагментах спичек) в чашку Петри. Метод наименее надежен из всех, но достаточно прост в применении.

Дифференциально — диагностические питательные среды

  • Среды Гисса («пестрый ряд»)
  • Среда Ресселя (Рассела)
  • Среда Эндо
  • Среда Плоскирева или бактоагар «Ж»
  • Висмут-сульфитный агар
Читайте также:  Как устанавливать бордюры видео

Среды Гисса: К 1 % пептонной воде добавляют 0,5 % раствор определенного углевода (глюкоза, лактоза, мальтоза, маннит, сахароза и др.) и кислотно-щелочной индикатор Андреде, разливают по пробиркам, в которые помещают поплавок для улавливания газообразных продуктов, образующихся при разложении углеводородов.

Среда Ресселя (Рассела) применяется для изучения биохимических свойств энтеробактерий(шигелл, сальмонелл). Содержит питательный агар-агар, лактозу, глюкозу и индикатор (бромтимоловый синий). Цвет среды травянисто-зелёный. Обычно готовят в пробирках по 5 мл со скошенной поверхностью. Посев осуществляют уколом в глубину столбика и штрихом по скошенной поверхности.

Среда Плоскирева (бактоагар Ж) — дифференциально-диагностическая и селективная среда, поскольку подавляет рост многих микроорганизмов, и способствует росту патогенных бактерий (возбудителей брюшного тифа, паратифов, дизентерии). Лактозоотрицательные бактерии образуют на этой среде бесцветные колонии, а лактозоположительные — красные. В составе среды — агар, лактоза, бриллиантовый зелёный, соли желчных кислот, минеральные соли, индикатор (нейтральный красный).

Висмут-сульфитный агар предназначен для выделения сальмонелл в чистом виде из инфицированного материала. Содержит триптический гидролизат, глюкозу, факторы роста сальмонелл, бриллиантовый зелёный и агар. Дифференциальные свойства среды основаны на способности сальмонелл продуцировать сероводород, на их устойчивости к присутствию сульфида, бриллиантового зелёного и лимоннокислого висмута. Маркируются колонии в чёрный цвет сернистого висмута (методика схожа со средой Вильсона — Блера).

Метаболизм анаэробных организмов

Метаболизм анаэробных организмов имеет несколько различных подгрупп:

  • Организмы способные использовать анаэробное дыхание (другие окислители — серу, азот (см.Анаэробное дыхание), хлораты, перхлораты, хроматы и перманганаты [11] )
  • Использующие циклическое фотосинтетическое фосфорилирование (лучевую энергию (чаще всего Солнца)) — фототрофные анаэробы (см. также Аноксигенный фотосинтез)
  • Организмы, энергетический обмен которых опирается на катаболизм высокомолекулярных/высокоэнергетических соединений (например, гликолиз).

Анаэробный энергетический обмен в тканях человека и животных [12]

Некоторые ткани животных и человека отличаются повышенной устойчивостью к гипоксии (особенно мышечная ткань). В обычных условиях синтез АТФ идет аэробным путем, а при напряженной мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в состоянии гипоксии, а также при воспалительных реакциях в тканях доминируют анаэробные механизмы регенерации АТФ. В скелетных мышцах выявлены 3 вида анаэробных и только один аэробный путь регенерации АТФ.

К анаэробным относятся:

  • Креатинфосфатазный (фосфогеный или алактатный) механизм — перефосфорилирование между креатинфосфатом и АДФ
  • Миокиназный — синтез (иначе ресинтез) АТФ при реакции трансфосфорилирования 2 молекул АДФ(аденилатциклаза)
  • Гликолитический — анаэробное расщепление глюкозы крови или запаса гликогена, заканчивающийся образованием молочной кислоты (иначе именуется «лактатным»).

Необходимо отметить, что прямым следствием гликолиза является критическое снижение рН тканей — ацидоз. Это ведет к снижению эффективного транспорта кислорода гемоглобином, и формирует положительную обратную связь.

Каждый механизм имеет свое время удержания максимальной мощности и оптимум энергообеспечения тканей. Наибольшая мощность и наименьшее время удержания:

  • креатинфосфаткиназный механизм (3600 Дж/(кг·мин), при времени 6—12 сек)
  • лактатный (2510 Дж/(кг·мин), при времени 30—60 сек)
  • аэробный (600 Дж/(кг·мин), при времени около 600 секунд).

Аэробные бактерии могут существовать только в кислородной среде. Кислород необходим для их жизнедеятельности, питания, роста и размножения. При уменьшении количества кислорода аэробные микроорганизмы снижают свою активность, интенсивность их метаболизма падает. Если поступление кислорода прекращается, то аэробные бактерии погибают.

Biofirce 0,25

Biofirce 0,5

Аэробные микробы

Аэробные микробы — это одноклеточные, принадлежащие к очень большому биологическому сообществу, в которое входят не только самые разные микроорганизмы, но также растения, большинство простейших и высшие многоклеточные животные. Практически все виды живых существ на планете Земля являются аэробными, так как всем этим видам для жизнедеятельности необходим свободный кислород.

аэробные бактерии дышат кислородом

Кроме дыхания кислородом аэробным бактериям необходимо питаться. Поэтому можно смело сказать: нам повезло, что на Земле нашлись замечательные аэробные бактерии , для которых органические загрязнения хозяйственно-бытовых стоков являются питательной средой. Когда биологи обнаружили, что органика в природе разлагается не сама по себе, а при участии бактерий, то до появления системы автономной канализации на основе аэробных бактерий ждать оставалось совсем не долго.

Сегодня каждый владелец загородной дачи или коттеджа может заказать и установить на своем участке систему аэробной очистки стоков — установку глубокой биологической очистки (УГБО), которая обладает высочайшей эффективностью. Именно в результате деятельности аэробных бактерий черные и серые стоки быстро превращаются в прозрачную чистую воду без запаха!

Высокий уровень очистки стоков — это высокая степень разложения биологических соединений на более простые составляющие и их поглощение. Бактерии устроены так, что внутрь через оболочку-мембрану могут проникать только полезные для данного вида вещества. Аэробные микроорганизмы , использующие кислород, отличаются высоким уровнем метаболизма и поэтому перерабатывают загрязнения быстрее, чем анаэробные (бескислородные), которые используются в септиках. Сам кислород, как участник процесса обработки стоков, также играет очень важную роль. Имея очень сильную окислительную способность, кислород способен самостоятельно окислить и разложить загрязнения на более простые элементы, а также способствует обеззараживанию сточных вод, уничтожая опасные бактерии.

Читайте также:  Каре с волнистыми волосами фото

аэробные станции очистки компактны, эффективны и экологичны

При регулярном поступлении хозяйственно-бытовых стоков в очистную установку, аэробные микробы перерабатывают органику, поглощают ее составляющие, размножаются и со временем образуют так называемый активный ил. Активный ил — это осадок, состоящий из огромного числа аэробных бактерий, которые эффективно нейтрализуют органические загрязняющие вещества.

Процесс насыщения стоков кислородом происходит в аэротэнке, где постоянно работает воздушный компрессор. Конечно, наличие электрооборудования лишает систему энергонезависимости. Но это единственный путь для организации эффективной очистки сточных вод. Анаэробные бактерии не нуждаются в подаче кислорода или другого газа. Да, Вы сможете сэкономить, установив более простой и дешевый септик без воздушного компрессора. Но при этом потеряете в качестве очистки стоков. Сравните: аэробная технология осветляет воду до 97%, анаэробная — только до 70%. И это не просто цифры, это — один из главных показателей уровня комфортности проживания в загородном доме.

Решение задачи с утилизацией хозяйственно-бытовых стоков в домах, не подключенных к городской канализации, было знаменательным событием. Именно поэтому сегодня большинство людей слышали об аэробных микроорганизмах именно в связи с установками глубокой биологической очистки стоков.

Аэробные микроорганизмы , использующиеся в очистных сооружениях, расщепляют органические соединения до воды и углекислого газа. То есть на выходе из установки глубокой биологической очистки В ы получаете действительно экологически чистые компоненты, которые не загрязняют окружающую среду. Углекислый газ без запаха (запах — это неразложившиеся молекулы загрязнений) уходит в атмосферу, а практически чистая вода сливается в систему отвода.

чистая вода из УГБО отводится сразу в канаву

Если вода из УГБО очищена настолько, что не имеет запаха и ее можно сливать в канаву, то вода из септика осветлена лишь частично и ее необходимо подвергнуть дополнительной обработке. К счастью для загородного домовладельца строить дополнительные очистительные сооружения не надо. В почве живут различные виды бактерий, в том числе аэробные. В кубическом сантиметре земли их миллионы. Среди этих бактерий есть и такие, которые смогут эффективно нейтрализовать оставшиеся в воде загрязнения. Если на участке песчаный грунт — недоочищенная вода из септика выводится непосредственно в почву через колодец поглощения. Если грунт глинистый или высоко поднялись грунтовые воды, то придется делать искусственный «островок» фильтрующего грунта из гравия, щебня и песка — так называемое поле фильтрации. В обоих случаях вода из септика будет доочищена бактериями, которые естественным образом живут у нас под ногами. У разных групп бактерий есть своя специализация. В целом вокруг нас в природе благодаря различным микроорганизмам постоянно идет переработка органики и неорганических веществ.

Где еще используются аэробные микробы ? Кроме биологической переработки сточных вод аэробные бактерии нашли свое место даже в современной промышленности. Используется способность бактерий в процессе жизнедеятельности выделять определенные ферменты, которые катализируют окислительно-восстановительные химические реакции. Для промышленных задач бактерии разводятся в питательной среде при оптимальной температуре в так называемом биореакторе (ферментере). Через биореактор прокачивается воздух, иногда дополнительно насыщаемый кислородом, постоянно происходит перемешивание раствора. Эффективность использования ферментов микробного происхождения объясняется возможностью производить их в огромных количествах, используя простые методы ферментации и способы повышения продуктивности работы микроорганизмов. Достижения микробиологии позволяют изменять ДНК бактерий, повышая их эффективность.

биореактор для производства лекарств

Аэробные микробы активно используются в пищевой промышленности, производстве лекарств, участвуют в повышении концентрации металлов при биологической очистке промышленных сточных вод в горнодобывающей промышленности, помогают выделять из растворов железо, медь, сульфаты, эффективны при флотационном обогащении руд, играют важную роль в процессах бактериально-химического выщелачивания (извлечения) металлов из рудных концентратов и горных пород, очищают каменный уголь от серы, снижают концентрацию взрывоопасного метана в шахтах, повышают нефтеотдачу пластов при вторичной добыче нефти, и многое другое. Как видим, микроскопические аэробные микроорганизмы оказывают значительную помощь человеку на очень разных направлениях — от частного использования в небольшой установке глубокой биологической очистки стоков до масштабных проектов в горнорудной и нефтедобывающей отраслях.

Комментарии запрещены.

Присоединяйся