Облигатные анаэробы строгие

Перечень инфекций вызванных анаэробными бактериями

Факультативные виды бактерий есть почти везде. Причина их существования – изменение одного метаболического пути на совершенно другой. К этому виду относят кишечную палочку, стафилококки, шигеллу, прочие. Это опасные анаэробные бактерии.

Располагаются по классам:

  1. Клостридии – облигатные типы аэробных бактерий, могут образовывать споры. Это возбудители ботулизма или столбняка.
  2. Неклостридиальные анаэробные бактерии. Разновидности из микрофлоры живых организмов. Играют существенную роль при образовании разных гнойных заболеваниях и воспалительных. Неспорообразующие типы бактерий живут в полости рта, в ЖКТ. На кожных покровах, в половых органах женщин.
  3. Капнеистические анаэробы. Живут при преувеличенном скоплении углекислоты.
  4. Аэротолерантные бактерии. При наличии молекулярного кислорода этот тип микроорганизмов никого дыхания не имеет. Но и не погибает.
  5. Умеренно-строгие типы анаэробов. В среде с кислородом не погибают, не размножаются. Бактерии этого вида для жизни требуют среду питания со сниженным давлением.

Степень аэробности среды

Интерполяция руководства к системам BD Gaspak, описывающая условия среды генерируемые пакетом[1]

Интерполяция руководства к системам BD Gaspak, описывающая условия среды генерируемые пакетом

[1]

Для измерения потенциала среды М. Кларк предложил использовать величину pH20 — отрицательный логарифмпарциального 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].

Анаэробы – бактероиды

Считаются более важными аэробными бактериями. Составляют 50% от всех воспалительных и гнойных видов. Возбудителями их являются анаэробы бактерии или бактероиды. Это граммотрицательные облигатные типы бактерий.

Палочки с биполярной окрашиваемостью и размерами от 0,5 и до 1,5, на площадях примерно в 15 мкм. Могут производить выработку ферментов, токсинов, вызвать вирулентность. Зависят по устойчивости от антибиотиков. Могут быть устойчивыми, или просто чувствительными. Все анаэробные микроорганизмы очень устойчивые.

Образование энергии для грамотрицательных облигатных анаэробов осуществляется в человеческих тканях. Некоторые из тканей организмов имеют увеличенную устойчивость к уменьшенному значению кислорода в среде питания.

АТФ – это аденозинтрифосфат или кислота, которая появляется во время образования энергии в организме. Есть несколько вариаций синтеза данного вещества. Один из них аэробный, или составляет три вариации анаэробов.

Анаэробные механизмы для синтеза аденозинтрифосфата:

  • перефосфорилирование, которое осуществляется между аденозинтрифосфатом и креатинфосфатом;
  • образование трансфосфорилирования молекул аденозинтрифосфата;
  • анаэробное расщепление составляющих крови глюкозы, гликогена.

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 лишённой кислорода среде. К облигатным анаэробам относятся некоторые бактерии, дрожжи, жгутиковые и инфузории.

Образование анаэробов

Предназначение микробиологов – культивирование бактерий анаэробов. Чтобы это осуществлять требуется специализированная микрофлора, и концентрация метаболитов. Применяют его обычно при исследованиях разного характера.

Есть специальные методы по взращиванию анаэробов. Происходят при замене воздуха на смеси газов. Происходит действие в термостатах с герметизацией. Так растут анаэробы. Другой метод – взращивание микроорганизмов с добавкой редуцирующих средств.

Токсичность кислорода и его форм для анаэробных организмов

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 (например, Clostridium perfringens). Некоторые засеянные культуры анаэробных микроорганизмов, прежде чем начать размножаться, снижают pH20 с величины [20-25] до [1-5], ограждая себя восстановительным барьером, другие — аэротолерантные — в процессе жизнедеятельности продуцируют перекись водорода, повышая pH20[5].

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

Сфера питания

Есть сфера питания с общим видом или дифференциально-диагностическим. Базовой – для вида Вильсона-Блера служит агар-агар, имеющий среди составляющих некоторое содержание глюкозы, 2-х хлористого железа, натриевый сульфит. Есть среди них колонии, которые называют черными.

Сферу Ресселя применяют при исследовании биохимических качеств бактерий с названием сальмонеллы или шигеллы. Эта среда может в составе иметь и глюкозу, и агар-агар.

Среда Плоскирева такая, что может сдерживать рост некоторых микроорганизмов. Они составляют множество. По этой причине ее применяют для возможности дифференциально-диагностической. Здесь могут с успехом вырабатываться дизентерийные возбудители, брюшного тифа, прочие болезнетворные анаэробы.

Главное направление среды агаров висмут-сульфитных – этот метод предназначен выделение сальмонелл. Это выполняется при умении сальмонелл вырабатывать сероводород.

В организме каждой живой особи, живет множество анаэробов. Они вызывают у них разнообразные виды инфекционных заболеваний. Заражение инфекцией может происходить лишь при ослабленном иммунитете или срывах микрофлоры. Есть вероятность попадания инфекций в живой организм из среды обитания. Это может быть осенью, в зимний период. Такое попадание инфекций сохраняется на протяжении перечисленных периодов. Вызываемый недуг иногда дает осложнения.

Инфекции, вызванные микроорганизмами – анаэробными бактериями, напрямую увязаны с флорой слизистых оболочек живых особей. С проживанием мест анаэробов. У каждой инфекции существует несколько возбудителей. Их количество доходит обычно до десяти. Абсолютно уточненное количество заболеваний, вызывающий анаэроб, с точностью определить нельзя.

Анаэробным инфекциям периодически подвергаются абсолютно все люди с разными возрастами. У малых детей степень инфекционных воспалений намного больше, чем у людей другого возраста. Анаэробы зачастую вызывают у человека заболевания внутри черепа. Абсцессы, менингиты, прочие виды заболеваний. Распространение анаэробов выполняется с током крови.

Если у человека заболевание хроническое, то анаэробы могут образовывать аномалии в области шеи или головы. Например: абсцессы, отит или лимфадениты. Бактерии опасны для ЖКТ, легких пациентов.

Особенности для получения образцов

Схема гликолиза с образованием молочной кислоты

Схема гликолиза с образованием молочной кислоты

  • Также анаэробные организмы могут получать энергию путём 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 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.

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

Первейшее исследование при инфекциях, вызванных анаэробами – это внешний осмотр общего вида человека, его кожных покровов. Потому что наличие кожных заболеваний у человека – это осложнения. Они свидетельствуют, что о жизнедеятельности бактерий наличием газов в зараженных тканях.

При лабораторных исследованиях, определения уточненного диагноза, необходимо правильно заполучить образец зараженной материи. Зачастую применяют специализированную технику. Самым лучшим методом получения образцов считается аспирация, выполненная с помощь прямой иглы.

Облигатные анаэробы строгие

Виды проб, несоответствующие возможности продолжения анализов:

  • мокрота, приобретенная самовыделением;
  • пробы бронхоскопии;
  • виды мазков от сводов влагалища;
  • моча от свободного мочеиспускания;
  • виды фекалий.

Исследованиям подлежат пробы:

  1. крови;
  2. жидкости плевральной;
  3. транстрахеальных аспиратов;
  4. гноя, взятого из абсцессов
  5. жидкости из мозга спины;
  6. пунктатов легких.

Она должна быть предназначена к анаэробным условиям. Потому что взаимодействие образцов с кислородом воздуха, может вызывать полную гибель бактерий. Жидкие виды образцов перемещают в пробирках, иногда прямо в шприцах.

Причины для появления инфекционных заболеваний

К появлению инфекций человека приводят те процессы, при которых на его организм попадают энергичные бактерии-анаэробы. Развитию болезни может сопутствовать неустойчивое кровоснабжение, появление некроза тканей. Это могут травмы разного характера, отечность, опухоли, нарушения сосудов. Появление инфекций в полости рта, заболевания в легких, воспаление тазовых органов, прочие болезни.

Инфекция может развиваться своеобразно для каждого вида. На развитие влияет тип возбудителя инфекции, здоровье пациента. Диагностировать такие инфекции затруднительно. Серьезность диагностов зачастую основана лишь на одних предположениях. Существует отличие особенностей инфекций, которые возникают от неклостридиальных анаэробов.

Первейшие признаки при заражениях – это газообразование, какие-либо нагноения, появления тромбофлебита. Иногда в качестве признаков могут быть опухоли или новообразования. Они могут быть новообразованиями ЖКТ, маточными. Сопровождаются формированием анаэробов. В это время от человека может исходить неприятный запах. Но, даже если запаха не существует, это не означает, что анаэробов, как возбудителей для инфекции, в данном организме нет.

Культивирование анаэробных организмов

Выделение чистой культуры анаэробов схематично

Выделение чистой культуры анаэробов схематично

Облигатные анаэробы строгие

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 редуцирующих веществ (глюкозу, муравьинокислый натрий, казеин, сульфат натрия, тиосульфат, цистеин, тиогликолят натрия и др.), связывающих токсичные для анаэробов перикисные соединения.

GasPak — система химическим путём 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.

Аэробные и анаэробные бактерии предварительно идентифицируются в жидкой питательной среде по градиенту концентрации O2: 1. Облигатные аэробные бактерии в основном собираются в верхней части пробирки, чтобы поглощать максимальное количество кислорода. (Исключение: микобактерии — рост плёнкой на поверхности из-за восколипидной мембраны).2. Облигатные анаэробные бактерии собираются в нижней части, чтобы избежать кислорода (либо не дают роста). 3. Факультативные бактерии собираются в основном в верхнем (окислительное фосфорилирование является более выгодным, чем гликолиз), однако они могут быть найдены на всём протяжении среды, так как от O2 не зависят.4. Микроаэрофилы собираются в верхней части пробирки, но их оптимум — малая концентрация кислорода.5. Аэротолерантные анаэробы не реагируют на концентрации кислорода и равномерно распределяются по пробирке.

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.

Метод Фортнера

Метод Фортнера

Метод Фортнера — посевы производят на чашку Петри с утолщённым 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

Метод Перетца

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.

Общие методы культивирования 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 счёт восстановления сульфита до сульфид-аниона, который, соединяясь с катионамижелеза (II), даёт соль чёрного цвета. Как правило, чёрные 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.

Метод Фортнера

Метод Фортнера

Метод Перетца

Метод Перетца

  • Среды Гисса («пестрый ряд»)
  • Среда Ресселя (Рассела)
  • Среда Эндо
  • Среда Плоскирева или бактоагар «Ж»
  • Висмут-сульфитный агар

Облигатные анаэробы строгие

Среды Гисса: К 1 % пептонной воде добавляют 0,5 % раствор определённого 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 Эндо

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).

Анаэробный энергетический обмен в тканях человека и животных

Анаэробное и аэробное энергообразование в тканях человека

Анаэробное и аэробное энергообразование в тканях человека

Некоторые ткани животных и человека отличаются повышенной устойчивостью к гипоксии (особенно мышечная ткань).
В обычных условиях синтез АТФ идет аэробным путём, а при напряжённой 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.

3 вида анаэробного пути синтеза АТФ

3 вида анаэробного пути синтеза 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»).

https://www.youtube.com/watch?v=vdyNCQ1S3F4

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

Примечания

  1. Газогенерирующие контейнерные системы GasPak: Инструкция МК. — OOO “МК, официальный дистрибьютер Becton Dickinson International”, 2010. — С. 7.
  2. 123К. Д. Пяткин. Микробиология с вирусологией и иммунологией. — М:”Медицина”, 1971. — С. 56.
  3. Л. Б. Борисов. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. — МИА, 2005. — С. 154—156. — ISBN 5-89481-278-X.
  4. Д. Г. Кнорре. Биологическая химия: Учеб. для хим., биол. и мед. спец. вузов. — 3. — М.: Высшая школа, 2000. — С. 134. — ISBN 5-06-003720-7.
  5. D. A. Eschenbach, P. R. Davick, B. L. Williams. Prevalence of hydrogen peroxide-producing Lactobacillus species in normal women and women with bacterial vaginosis. — J Clin Microbiol. 1989 February; 27(2): 251–256.
  6. М. В. Гусев, Л. А. Минеева. Микробиология. — М:МГУ, 1992. — С. 56.
  7. А. А. Воробьев. Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. — МИА, 2003. — С. 44. — ISBN 5-89481-136-8.
  8. Л. Б. Борисов. Руководство к лабораторным занятиям по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. — Медицина, 1992. — С. 31—44. — ISBN 5-2225-00897-6.
  9. J. H. Brewer, D. L. Allgeier. Disposable hydrogen generator. — Science 147:1033-1034. — 1966.
  10. J. H. Brewer, D. L. Allgeier. Safe self-contained carbon dioxide-hydrogen anaerobic system. — Appl. Microbiol.16:848-850. — 1966.
  11. G. F. Smirnova. Metabolism peculiarities of bacteria restoring chlorates and perchlorates. — Microbiol Z. 2010 Jul-Aug;72(4):22-8.
  12. Филиппович Ю. Б., Коничев А. С., Севастьянова Г. А. Биохимические основы жизнедеятельности организма человека. — Владос, 2005. — С. 302. — ISBN 5-691-00505-7.

Ссылки

Эта страница в последний раз была отредактирована 15 апреля 2020 в 10:57.