1. Характеристика анаэробов
2. Диагностика ЭМКАРа
1. Распространение анаэробных микроорганизмов в природе.
Анаэробные микроорганизмы находятся повсеместно там, где происходит разложение органических веществ без доступа О2: в разных слоях почвы, в прибрежном иле, в кучах навоза, в созревающем сыре и т. д.
Встречаются анаэробы и в хорошо аэрируемой почве, если там есть аэробы, поглощающие О2.
В природе встречаются как полезные, так и вредные анаэробы. Например, в кишечнике животных и человека имеются анаэробы, приносящие пользу хозяину (B. bifidus), играющий роль антагониста к вредной микрофлоре. Этот микроб сбраживает глюкозу и лактозу и образует молочную кислоту.
Но в кишечнике есть гнилостные и патогенные анаэробы. Они расщепляют белки, вызывают гниение и различные виды брожения, выделяют токсины (B. Putrificus, B. Perfringens, B. tetani).
Расщепление клетчатки в животном организме осуществляется анаэробами и актиномицетами. В основном этот процесс пробегает в пищеварительном тракте. В основном анаэробы встречаются в преджелудках и толстом отделе кишечника.
Большое количество анаэробов находится в почве. Причем некоторые из них могут находится в почве в вегетативное форме и там же размножаться. Например, B. perfringens. Как правило, анаэробы являются спорообразующими микроорганизмами. Споровые формы обладают значительной устойчивостью к воздействию внешних факторов (химических веществ).
2. Анаэробиоз микроорганизмов.
Несмотря на разнообразие физиологических особенностей микроорганизмов – химический состав их, в принципе, одинаков: белки, жиры, углеводы, неорганические вещества.
Регулирование процессов обмена веществ осуществляется ферментативным аппаратом.
Термин анаэробиоз (an – отрицание, aer – воздух, bios - жизнь) ввел Пастер, который впервые обнаружил анаэробный спороносный микроб B. Buturis, способный развиваться в отсутствие свободного О2 и факультативных, развивающихся в среде, содержащей 0,5%О2 и могут связывать его (например, B. chauvoei).
Анаэробных процессах – при окислении происходит ряд дегидрогенераций, при которых «2Н» последовательно передаются с одной молекулы в другую (в конечном счете участвует О2).
На каждом этапе освобождается энергия, которую клетка использует для синтеза.
Пероксидаза и каталаза – ферменты, которые способствуют использованию или удалению Н2О2 образующийся при этой реакции.
Строгие анаэробы не имеют механизмов связывания с молекулами кислорода, по этому не разрушают Н2О2.Анаэробное действие каталазы и Н2О2 сводится к анаэробному восстановлению железа каталазы перекисью водорода и к аэробному окислению молекулой О2.
3. Роль анаэробов в патологии животных.
В настоящее время считается установленными такие заболевания вызываемые анаэробами:
ЭМКАР – B. Chauvoei
Некробациллез – B. necrophorum
Возбудитель столбняка – B. Tetani.
По течению и клиническим признакам эти заболевания трудно дифферинцировать и только бактериологические исследования дают возможность выделить соответствующий возбудитель и установить причину заболевания.
Некоторые из анаэробов имеют несколько серотипов и каждый из них вызывает различные заболевания. Например, B. perfringens – 6 серогрупп: A, B, C, D, E, F – которые отличаются по биологическим свойствам и токсинообразованию и вызывают разные заболевания. Так
B. perfringens тип А – газовую гангрену у людей.
B. perfringens тип В – B. lamb – dysentery – анаэробною дизентерию у ягнят.
B. perfringens тип С – (B. paludis) и тип D (B. ovitoxicus) – инфекционную энтэроксэмию овец.
B. perfringens тип E – кишечную интоксикацию у телят.
Определенную роль анаэробы играют в происхождении осложнений при других заболеваниях. Например, при чуме свиней, паратифе, ящуре и др. в следствие чего процесс усложняется.
4. Способы создания анаэробных условий для выращивания анаэробов.
Различают: химический, физический, биологический и комбинированный.
Питательные среды и культивирование на них анаэробов.
1.Жидкие питательные среды.
А)Мясо пептонный печеночный бульон – Среда Китт-Тороццы-является основной жидкой питательной средой
Для его приготовления используется 1000 г. бычьей печени, которую заливают 1.л водопроводной воды и стерилизуют 40 мин. При t=110 С
Разводят 3-х кратным количеством МПБ
Устанавливаю рн=7,8-8,2
На 1 л. бульона 1,25 г. Nacle
Добавляют маленькие кусочки печени
На поверхность среды наслаивают вазелиновое масло
Автоклавируют t=10-112 C – 30-45 мин.
Б) Мозговая среда
Состав – свежий мозг крс(не позже 18 часов),очищают от оболочек и измельчают на мясорубке
Смешивают с водой 2: 1 и пропускают через сито
Смесь разливают по пробиркам и стерилизуют 2 часа при t=110
Плотные питательные среды
А)Кровяной сахарный агар цейсмера используют для выделения чистой культуры и определения характера роста.
Пропись агара Цейсслера
3% МПА разливают по 100мл. и стерилизуют
К расплавленному агару добавляют стерильно! 10 мл. 20% глюкозы (т. с. 2%)и 15-20 мл. стерильной крови барана, крс, лошади
Подсушивают
Б) желатина - столбиком
Для определения вида анаэробов необходимо изучать такие их признаки:
Морфологические,культуральные, патологические и серологические с учетом их возможностей к изменчивости.
Морфологические и биохимические свойства анаэробов
Морфологические особенности – характеризуются выраженным многообразием. Формы микробов в мазках, приготовленных из органов, резко отличаются от форм микробов, полученных на искусственных питательных средах. Чаще им присуща форма палочек или нитей и реже кокков. Один и тот же возбудитель может быть и в виде палочек, так и сгруппированными нитями. В старых культурах можно обнаружить в форме кокков (например, B. Necrophorum).
Самыми крупными являются B. Gigas и B. Perfringens имеющие длину до 10 мкм. И ширину 1-1,5 мкм.
Неколько меньше B. Oedematiens 5-8 х 0,8 –1,1. Вместе с тем длина нитей Vibrion Septicum достигают 50-100 мкм.
Среди анаэробов большинство спорообразующих микроорганизмов. Споры располагаются по разному в этих микроорганизмов. Но чаще это Clostridium тип(closter - веретено)Споры могут иметь круглую овальную форму. Расположение спор характерно для определенных видов бактерий: в центре- палочки B. Perfringens, B. Oedematiens и т. д. или же субтерминально(несколько ближе к концу)- Vibrion Septicum, B.Histolyticus и др. а также терминальноB. Tetani
Споры образуются по одной в клетке. Споры, как правило, образуются после гибели животного. Эта особенность состоит с функциональным назаченим спор как сохранение вида в неблагоприятных условиях.
Некоторые анаэробы подвижные и жгутики расположены по перетрическому типу.
Капсула обладает защитной функцией и имеет запасные питательные вещества.
Основные биохимические свойства анаэробных микроорганизмов
По способности разлагать углеводы и белки анаэробов разделяют на сахаролитические и протеолитические.
Описание важнейших анаэробов.
Фезер - 1865 г. в докожной клетчатке коровы.
B. Schauvoei - является возбудителем острого неконтактного инфекционного заболевания, поражающего главным образом КРС и овец. Возбудитель открыт в1879-1884 гг. Арлуенком, Корневеном, Томасом.
Морфология и окраска: в мазках приготовленных из патологического материала (отечная жидкость, кровь, пораженые мышцы, серозные оболочки) B. Schauvoei имеет вид палочек с закругленными концами 2-6 мкм. х 0,5-0,7 мкм. Обычно палочки встречаются поодиночно, но иногда можно встретить короткие цепочки (2-4). Нитей не образует. По своей форме полиморфен и часто имеет формы вздутых бацилл, лимонов, шаров, дисков. Особенно четко полиморфизм наблюдается в мазках, приготовленных из ткани животного и сред, богатых белками и свежей кровью.
B. Schauvoei представляет собой подвижную палочку, имеющие жгутики по 4-6 с каждой стороны. Капсул не образует.
Споры большие, форма от круглой до продолговатой. Спора располагается центрально или субтерминально. Споры образуются как в тканях, так и вне организма. На искусственных питательных средах спора появляется через 24-48 часов.
B. Schauvoei окрашивается почти всеми красителями. В молодых культурах Г+,в старых –Г-.Палочки воспринимают окраску зернисто.
Заболевания ЭМКАР – носит септический характер и поэтому Сl. Schauvoei встречаются не только в органах с патологическими отклонениями, но также в эксудате перикарда, на плевре, в почках, печени, селезенке, в лимфатических узлах, костном мозге, в коже и эпителиальном слое, в крови.
В невскрытом трупе бациллы и другие микроорганизмы быстро размножаются, и поэтому выделяется смешанная культура.
Культуральные свойства. На МППБ Cl. Chauvoei дает обильный рост через 16- 20 часов. В первые часы равномерное помутнение, к 24 часам- постепенное просветление, а к 36 – 48 часам - столбик бульона совершенно прозрачный, а на дне пробирки осадок из микробных тел. При интенсивном встряхивании осадок разбивается в равномерную муть.
На бульоне Мартена – после 20-24 часов роста наблюдается помутнение и обильное выделение газа. Через 2-3 суток - на дне хлопья, просветление среды.
Cl. Chauvoei хорошо растет на мозговой среде, образуя небольшое количество газов. Почернение среды не наступает.
На агаре Цейсмера (кровяном) образует колонии похожие на перламутровую пуговицу или виноградный лист, плоские, в центре имеют возвышение питательной среды, цвет колоний - нежно-фиолетовый.
B. Schauvoei свертывает молоко на 3-6 сутки. Коагулированное молоко имеет вид мягкой, губчатой массы. Пептонизация молока не наступает. Желатину не разжижает. Свернутую сыворотку не разжижает. Индол не образует. Нитриты в нитраты не редуцирует.
Вирулентность на искусственных питательных средах быстро утрачивается. Для поддержания ее необходимо проводить пассаж через организм морских свинок. В кусочках высушенных мышц сохраняет свою вирулентность в течении многих лет.
B. Schauvoei разлагает углеводы:
Глюкозу
Галактозу
Левулезу
Сахарозу
Лактозу
Мальтозу
Не разлагает - маннит, дульцит, глицерин, инулин, салицин. Однако надо признать, что отношение Cl. Chauvoei к углеводам непостоянное.
На агаре по Вейону +2% глюкозы или сывороточном агаре образуются круглые или чечевицеподобные колонии с отростками.
Антигенная структура и токсинообразование
Cl. Chauvoei установлен О - антиген-соматический-термостабильный, несколько Н-антигенов-термолябильных, а также споровый S-антиген.
Cl. Chauvoei – вызывает образование агглютининов и комплемент связывающих антител. Образует ряд сильных гемолитических, некротизирующих и летально действующих токсинов белкового характера, которые обуславливают патогенность возбудителя.
Устойчивость обусловлена наличием споры. В гниющих трупах сохраняется до 3-х месяцев, в кучах навоза с остатками животной ткани - 6 мес. Споры сохраняются в почве до 20-25 лет.
Кипячение в зависимости от питательной среды 2-12 мин.(мозговая), бульонные культуры 30 мин. – t=100-1050С, в мышцах – 6 часов, в солонине – 2 года, прямые солнечные лучи – 24 часа, 3% раствор формалина – 15 мин., 3% раствор карболовой кислоты слабо действует на споры, 25% NaOH – 14 часов, 6% NaOH – 6-7 дней. Низкая температура не оказывает действие на споры.
Чувствительность животных.
В естественных условиях болеет КРС в возрасте от 3 мес. до 4 лет. Животные до 3 мес. не болеют (колостральный иммунитет), старше 4 лет – животные переболели в латентной форме. Не исключено заболевание до 3 мес. и старше 4 лет.
Болеют также овцы, буйволы, козы, олени, но редко.
Верблюды, лошади, свиньи невосприимчивы (отмечались случаи).
Человек, собаки, кошки, куры невосприимчивы.
Лабораторные животные – морские свинки.
Инкубационный период 1-5 дней. Прохождение болезни острое. Заболевание начинается неожиданно повышается температура до 41-43 С. Сильное угнетение остановка жвачки. Часто симптомирует безпричинная хромота, которая сведетильствует о порожение глубоких слоев мускулатуры.
В отделе туловища, поясници, плеча, реже грудины, шее, подчелюстного пространства появляются восполительные опухоли - твердые, горячие, болезненые, а вскоре становятся холодные и бездолезненные.
Перкусия – темпанический звук
Пальпация – крупитацию.
Кожа преобретает темно – синий цвет. Овцы - шерсть на месте опухоли торчит.
Продолжительность болезни 12-48 часов, реже 4-6 дней.
Пат. анатомия: труп очень вздутый. Из носа выделяется кровянистая пена кисловатого запаха(прогорклое масло).Подкожная клетчатка в месте поражения мышц содержит инфильтраты, кровоизлияние, газ. Мышцы черно-красного цвета, покрыты кровоизлияниями, сухие, пористые, при надавливание хрусят. Оболочки с кровоизлияниями. Селезенка, печень увеличены.
Анаэробные организмы
Аэробные и анаэробные бактерии предварительно идентифицируются в жидкой питательной среде по градиенту концентрации O 2:
1. Облигатные аэробные
(нуждающиеся в кислороде) бактерии в основном
собираются в верхней части пробирки, чтобы поглощать максимальное количество кислорода. (Исключение: микобактерии - рост пленкой 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 ( является наиболее выгодным, чем гликолиз), однако они могут быть найдены на всем протяжении среды, так как от O 2 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.
Анаэробы - организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путем субстратного фосфорилирования , конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ в присутствии конечного акцептора протонов организмами, осуществляющими окислительное фосфорилирование .
Анаэробы - обширная группа организмов, как микро-, так и макроуровня:
- анаэробные микроорганизмы - обширная группа прокариотов и некоторые простейшие.
- макроорганизмы - грибы , водоросли , растения и некоторые животные (класс фораминиферы , большинство гельминтов (класс сосальщики , ленточные черви , круглые черви (например, аскарида)).
Помимо этого анаэробное окисление глюкозы играет важную роль в работе поперечно-полосатой мускулатуры животных и человека (особенно в состоянии тканевой гипоксии).
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 .
До 1991 года в микробиологии выделяли класс капнеистических анаэробов , требовавших пониженной концентрации кислорода и повышенной концентрации углекислоты (Бруцеллы бычьего типа - B. abortus )
Умеренно-строгий анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O 2 , однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O 2 .
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 O 2 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 O 2 . Фактор, определяющий жизнеспособность организма в среде кислорода - наличие у него функциональной антиоксидантной системы, способной к элиминации:супероксид-аниона(O 2 −),перекиси водорода (H 2 O 2), синглетного кислорода (O .), а также молекулярного кислорода (O 2) из внутренней среды организма. Наиболее часто подобная защита обеспечивается одним или несколькими ферментами:
- супероксиддисмутаза , элиминирующая супероксид-анион(O 2 −) без энергетической выгоды для организма
- каталаза , элиминирующая перекись водорода (H 2 O 2) без энергетической выгоды для организма
- цитохром - фермент, отвечающий за перенос электронов от NAD H к O 2 . 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, создавая подходящий окислительно-восстановительный потенциал среды (напр. Cl.perfringens). Некоторые засеянные культуры анаэробных микроорганизмов, прежде чем начать размножаться, снижают pH 2 0 с величины до , ограждая себя восстановительным барьером, другие - аэротолерантные - в процессе жизнедеятельности продуцируют перекись водорода, повышая pH 2 0 .
При этом характерным только для анаэробов является гликолиз , который в зависимости от конечных продуктов реакции разделяют на несколько типов брожению :
- молочнокислое брожение - род Lactobacillus ,Streptococcus , Bifidobacterium , а также некоторые ткани многоклеточных животных и человека.
- спиртовое брожение - сахаромицеты , кандида (организмы царства грибов)
- муравьинокислое - семейство энтеробактерий
- маслянокислое - некоторые виды клостридий
- пропионовокислое - пропионобактерии(например, Propionibacterium acnes )
- брожение с выделением молекулярного водорода - некоторые виды клостридий , ферментация Stickland
- метановое брожение - например, Methanobacterium
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·Н 2 . 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 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
Выделение чистой культуры анаэробов схематично
Культивирование анаэробных организмов в основном является задачей микробиологии.
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 .
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.
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.
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
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
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 Плоскирева или бактоагар «Ж»
- Висмут-сульфитный агар
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:
Анаэробный энергетический обмен в тканях человека и животных
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 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.
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
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:
- Факультативные микроорганизмы . Факультативно-анаэробными называют бактерии, которые могут менять свой метаболический путь, то есть способны менять дыхание с анаэробного на аэробное и наоборот. Можно утверждать, что они живут факультативно.
- Капнеистические представители группы способны жить только в среде с пониженным содержанием кислорода и повышенным содержанием углекислого газа.
- Умеренно-строгие организмы могут выживать в среде с содержанием молекулярного кислорода. Однако тут они не способны размножаться. Макроаэрофилы могут и выживать, и размножаться в среде с пониженным парциальным давлением кислорода.
- Аэротолерантные микроорганизмы отличаются тем, что они не могут жить факультативно, то есть не в состоянии переключаться с анаэробного дыхания на аэробное. Однако от группы факультативно-анаэробных микроорганизмов они отличаются тем, что не гибнут в среде с молекулярным кислородом. В эту группу входит большинство маслянокислых бактерий и некоторые виды молочнокислых микроорганизмов.
- Облигатные бактерии быстро гибнут в среде с содержанием молекулярного кислорода. Они способны жить только в условиях полной изоляции от него. В эту группу входят инфузории, жгутиковые, некоторые виды бактерий и дрожжи.
Влияние кислорода на бактерии
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:
- цитохром;
- каталаза;
- супероксиддисмутаза.
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.
Как анаэробы получают энергию?
- Некоторые микроорганизмы получают энергию в процессе катаболизма различных соединений аминокислот, например, белков и пептидов, а также самих аминокислот. Как правило, такой процесс высвобождения энергии называется гниением. А саму среду, в энергообмене которой наблюдается много процессов катаболизма соединений аминокислот и самих аминокислот, называют гнилостной средой.
- Другие анаэробные бактерии способны расщеплять гексозы (глюкозу). При этом могут использоваться разные пути расщепления:
- гликолиз. После него в среде происходят бродильные процессы;
- окислительный путь;
- реакции Энтнера-Дудорова, которые проходят в условиях маннановой, гексуроновой или глюконовой кислоты.
При этом только анаэробные представители могут использовать гликолиз. Он может делиться на несколько разновидностей брожения в зависимости от продуктов, которые образуются после реакции:
- спиртовое брожение;
- молочнокислое брожение;
- вид энтеробактерий муравьиной кислоты;
- маслянокислое брожение;
- пропионовокислая реакция;
- процессы с выделением молекулярного кислорода;
- метановое брожение (используется в септиках).
Особенности анаэробов для септика
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 %.
Недостатки использования анаэробов в септиках
Анаэробные представители бактерий, входящие в состав различных биопрепаратов для септиков, имеют следующие недостатки:
- Отходы, которые образуются после переработки бактериями сточных вод, не подходят для удобрения почвы из-за содержания в них вредных микроорганизмов.
- Поскольку в ходе жизнедеятельности анаэробов образуется большое количество плотного осадка, его удаление необходимо проводить регулярно. Для этого вам придётся вызывать ассенизаторов.
- Очистка стоков с использованием анаэробных бактерий происходит не полностью, а только максимум на 70 процентов.
- Очистное сооружение, функционирующее с использованием этих бактерий, может издавать очень неприятный запах, который обусловлен тем, что данные микроорганизмы выделяют метан в процессе жизнедеятельности.
Отличие анаэробов от аэробов
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.
Анаэробная инфекция - это стремительно развивающийся патогенный процесс, который затрагивает различные органы и ткани в организме и нередко приводит к летальному исходу. Ей подвержены все люди вне зависимости от пола или возраста. Своевременная диагностика и лечение позволяет спасти жизнь человека.
Что это такое?
Анаэробная инфекция - это инфекционное заболевание, возникающее как осложнение при различных травмах. Его возбудители - это спорообразующие или неспорообразующие микроорганизмы, прекрасно развивающиеся в бескислородной среде или при небольшом количестве кислорода.Анаэробы присутствуют всегда в нормальной микрофлоре , слизистых оболочках организма, в желудочно-кишечном тракте и мочеполовой системе. Их относят к условно-патогенным микроорганизмам, поскольку они являются естественными обитателями биотопов живого организма.
При снижении иммунитета или влияние отрицательных факторов бактерии начинают активно бесконтрольно размножаться, а микроорганизмы превращаются в патогенов и становятся источниками инфекции. Их продукты жизнедеятельности являются опасными, токсичными и довольно агрессивными веществами. Они способны легко проникать в клетки или другие органы организма и поражать их.
В организме некоторые ферменты (например, гиалуронидаза или гепариназа) усиливают патогенность анаэробов, в результате последние начинают разрушать волокна мышечной и соединительной ткани, что приводит к нарушению микроциркуляции. Сосуды становятся хрупкими, разрушаются эритроциты. Всё это провоцирует развитие иммунопатологического воспаления сосудов - артерий, вен, капилляров и микротромбоза.
Опасность болезни связана с большим процентом летальных исходов, поэтому крайне важно вовремя заметить начало инфекции и немедленно приступить к её лечению.
Причины развития инфекции
Можно выделить несколько основных причин, по которым происходит инфицирование:
- Создание подходящих условий для жизнедеятельности патогенных бактерий. Это может произойти:
- когда на стерильные ткани попадает активная внутренняя микрофлора;
- при применении антибиотиков, которые не оказывают действия на анаэробные грамотрицательные бактерии;
- при нарушении кровообращения, например, в случае хирургического вмешательства, опухолей, травм, попадания чужеродного тела, болезней сосудов, при омертвении ткани.
- Заражение ткани аэробными бактериями. Они, в свою очередь, создают необходимые условия для жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.
- Хронические заболевания.
- Некоторые опухоли, которые локализуются в , кишечнике и голове нередко сопровождаются этим заболеванием.
Виды анаэробной инфекции
Она отличается в зависимости от того, какими агентами спровоцирована и в какой области:Хирургическая инфекция или газовая гангрена
Анаэробная хирургическая инфекция или газовая гангрена - это сложная комплексная реакция организма на воздействие специфических возбудителей. Это одно из самых сложных и часто неподдающихся лечению осложнений ран. При этом пациента беспокоят такие симптомы:- нарастающая боль с чувством распирания, поскольку в ране протекает процесс газообразования;
- зловонный запах;
- выход из раны гнойной неоднородной массы с пузырьками газа или вкраплениями жира.
Анаэробная хирургическая инфекция встречается нечасто, и ее возникновение напрямую связано с нарушением антисептических и санитарных норм при выполнении хирургических операций.
Анаэробные клостридиальные инфекции
Возбудителями данных инфекций являются облигатные бактерии, живущие и размножающиеся в бескислородной среде - спорообразующие представители клостридии (грамположительные бактерии). Еще одно название данных инфекций - клостридиозы.Патоген в этом случае попадает в организм человека из внешней среды. Например, это такие возбудители:
- столбняка;
- ботулизма;
- газовой гангрены;
- токсикоинфекций, связанных с употреблением некачественной заражённой пищи.
Анаэробные неклостридиальные инфекции
В отличие от облигатных бактерий, представители факультативного вида способны выжить в присутствии кислородной среды. Возбудителями являются:- (шаровидные бактерии);
- шигелла;
- эшерихия;
- иерсиния.
В гинекологии
Микрофлора женских половых путей богата различными микроорганизмами и анаэробами в том числе. Они являются частичкой сложной микроэкологической системы, которая способствует нормальному функционированию половых органов женщины. Анаэробная микрофлора напрямую связана с возникновением тяжелых гнойно-воспалительных гинекологических заболеваний, например, острого бартолинита, острого сальпингита и пиосальпинкса.Проникновению анаэробной инфекции в женский организм способствуют:
- травмы мягких тканей влагалища и промежности, например, при родах, во время абортов или инструментальных исследований;
- различные вагиниты, цервициты, эрозия шейки матки, опухоли половых путей;
- остатки плодных оболочек, плаценты, сгустки крови после родов в матке.
Квалификация анаэробных инфекций по локализации её очага
Выделяют следующие виды анаэробных инфекций:
- Инфекция мягких тканей и кожных покровов . Недуг вызывают анаэробные грамотрицательные бактерии. Это поверхностные заболевания (целлюлит, инфицированные кожные язвы, последствия после основных заболеваний - экзем, чесотки и других), а также подкожные инфекции или послеоперационные - подкожные гнойники, газовая гангрена, раны от укусов, ожоги, инфицированные язвы при диабете, сосудистых заболеваниях. При глубокой инфекции происходит некроз мягких тканей, при которых отмечается скопление газа, серого гноя с мерзким запахом.
- Инфекция костей . Септический артрит часто является следствием запущенной Венсана, остеомиелита - заболевания гнойно-некротического характера, которое развивается в кости или костном мозге и окружающих тканях.
- Инфекции внутренних органов , в том числе и , у женщин может возникнуть бактериальный вагиноз, септический аборт, абсцессы в половом аппарате, внутриматочные и гинекологические инфекции.
- Инфекции кровяного русла - сепсис. Она распространяется с током крови;
- Инфекции серозных полостей - перитонит, то есть воспаление брюшины.
- Бактериемия - присутствия бактерий в крови, которые попадают туда экзогенным или эндогенным путем.
Аэробная хирургическая инфекция
В отличие от анаэробной инфекции, возбудители-аэробы не могут существовать без кислорода. Вызывают инфекцию:- диплококки;
- иногда ;
- кишечная и тифозная палочки.
- фурункул;
- фурункулез;
- карбункул;
- гидраденит;
- рожистое воспаление.
Диагностика
Для своевременной постановки диагноза необходимо правильно оценить клиническую картину и оказать как можно быстрее необходимую медицинскую помощь. В зависимости от локализации очага инфекции диагностикой занимаются различные специалисты - хирурги разных направлений, отоларингологи, гинекологи, травматологии.Только микробиологические исследования могут подтвердить наверняка участие анаэробных бактерий в патологическом процессе. Однако отрицательный ответ о наличии в организме анаэробов не отвергает их возможного участия в патологическом процессе. По заявлению специалистов, около 50% анаэробных представителей микробиологического мира на сегодняшний день являются некультивируемыми.
К высокоточным методам индикации анаэробной инфекции относят газожидкостную хроматографию и масс-спектрометрический анализ, который определяет количество летучих жидких кислот и метаболитов - веществ, образующих в процессе обмена веществ. Не менее перспективным методам является определение бактерий или их антител в крови больного с помощью иммуноферментного анализа.
А также используют экспресс-диагностику. Биоматериал изучают в ультрафиолетовом свете. Проводят:
- бактериологический посев содержимого гнойника или отделяемой части раны в питательную среду;
- посев крови на наличие бактерий как анаэробного, так и аэробного вида;
- забор крови на биохимический анализ.
При рентгенологическом исследовании обнаруживают скопление газов в повреждённой ткани или полости организма.
При диагностике следует исключить наличие в организме больного рожи - кожного инфекционного заболевания, тромбоза глубоких вен, гнойно-некротических поражений тканей другой инфекцией, пневмоторакса, экссудативной эритемы, отморожение 2–4 стадии.
Лечение анаэробной инфекции
При лечении не обойтись таких мер, как:Хирургическое вмешательство
Рану рассекают, омертвелые ткани радикально иссякают, а рану обрабатывают раствором марганцовки, хлоргексидина или перекисью водорода. Процедура обычно проводится под общим наркозом. При обширном некрозе ткани может потребоваться ампутация конечности.Медикаментозная терапия
Она включает в себя:- прием обезболивающих компонентов, витаминов и антикоагулянтов - веществ, препятствующих закупорке сосудов тромбами;
- антибактериальную терапию - приём антибиотиков, причем назначение того или иного препарата происходит после того как проведен анализ на чувствительность возбудителей к антибиотикам;
- ввод больному противогангренозной сыворотки;
- переливание плазмы или иммуноглобулина;
- ввод препаратов, которые выводят из организма токсины и устраняют их негативные воздействия на организм, то есть проводят дезинтоксикацию организма.
Физиотерапия
При физиотерапевтическом лечении раны обрабатывают ультразвуком или лазером. Назначают озонотерапию или гипербарическую оксигенацию, то есть действуют кислородом под высоким давлением на организм в лечебных целях.Профилактика
Чтобы снизить риск развития заболевания вовремя проводят качественную первичную обработку раны, удаляют чужеродное тело из мягких тканей. При проведении хирургических операций строго соблюдают правила асептики и антисептики. При больших площадях повреждений проводят противомикробную профилактику и специфическую иммунизацию - профилактические прививки.Какой результат будет от лечения? Это во многом зависит от вида возбудителя, места нахождения очага инфекции, своевременной диагностики и правильно подобранного лечения. Врачи обычно при таких заболеваниях дают осторожный, но благоприятный прогноз. При запущенных стадиях заболевания с высокой долей вероятности можно говорить о летальном исходе пациента.
Следующая статья.
Анаэробные бактерии – это те, которые в отличие от аэробных бактерий, способны выживать и расти в среде с небольшим количеством кислорода или его полным отсутствием. Многие из этих микроорганизмов живут на слизистых (во рту, во влагалище) и в кишечнике человека, становясь причиной инфекции при повреждении тканей.
Примерами самых известных заболеваний и состояний, к которым такие бактерии приводят, являются синусит, инфекции ротовой полости, акне, воспаление среднего уха, гангрены и абсцессы. Также они могут попадать и извне через рану или при употреблении зараженной пищи, вызывая такие страшные заболевания, как ботулизм, . Но кроме вреда, некоторые виды приносят пользу человеку, например, превращая в толстой кишке токсичные для него сахара растительного происхождения в полезные для ферментации. Также анаэробные бактерии на ряду с аэробными играют свою важную роль в экосистеме, принимая участие в разложении останков живых существ, но не такую большую, как грибы в этом плане.
Классификация
Анаэробные бактерии в свою очередь делятся на 3 группы по переносимости кислорода и потребности в нем:
- Факультативные – способны расти аэробно или анаэробно, т.е. в присутствии или отсутствии O 2.
- Микроаэрофилы – требует низкой концентрации кислорода (например, 5%), а для многих из них нужна высокая концентрация CO 2 (например, 10%); при полном отсутствии кислорода растут очень слабо.
- Облигатные (обязательные, строгие) – неспособны к аэробному метаболизму (развиваться при наличии кислорода), но имеют различную переносимость к O 2 (способность выживать некоторое время).
Облигатные анаэробы размножаются на участках с низким окислительно-восстановительным потенциалом (например, в некротической, омертвевшей ткани). Кислород для них токсичен. Существует классификация их по его переносимости:
- Строгие – выдерживают только ≤0,5% O 2 в воздухе.
- Умеренные – 2-8% O 2 .
- Аэротолерантные анаэробы – переносят атмосферный O2 в течение ограниченного времени.
Средний процент кислорода в земной атмосфере – 21.
Примеры строгих анаэробных бактерий
Облигатные анаэробные бактерии, которые обычно являются причиной инфекций, могут переносить атмосферный O 2 в течение минимум 8 часов и часто до 3 суток. Они являются основными компонентами нормальной микрофлоры на слизистых оболочках, особенно во рту, нижних отделах желудочно-кишечного тракта и влагалища; эти бактерии вызывают заболевание, когда нарушаются нормальные слизистые барьеры.
Грамотрицательные анаэробы
- Бактероиды или лат. Bacteroides (самые распространенные): внутрибрюшные инфекции;
- Fusobacterium: абсцессы, раневые инфекции, легочные и внутричерепные инфекции;
- Профирмонады или Porphyromonas: аспирационная пневмония и периодонтит;
- Превотеллы или Prevotella: инфекции внутрибрюшной и мягкой ткани.
Грамположительные анаэробы и некоторые из инфекций, которые они вызывают, включают:
- Актиномицеты или Actinomyces: инфекции в области головы и шеи, брюшные и тазовые, а также аспирационная пневмония (актиномикоз);
- Клостридии или Clostridium: внутрибрюшные инфекции(например, клостридиальный некротизирующий энтерит), инфекции мягких тканей и газовая гангрена, которую вызвывает вид C. perfringens; пищевое отравление из-за C. perfringens типа A; ботулизм из-за C. botulinum ; столбняк из-за C. tetani; Difficile – индуцированная диарея (псевдомембранозный колит);
- Пептострептококки или Peptostreptococcus: пероральные, респираторные и внутрибрюшные инфекции;
- Пропионовокислые бактерии или Propionibacterium – инфекции инородных тел (например, в шунтировании спинномозговой жидкости, протезном суставе или сердечном устройстве).
Анаэробные инфекции обычно являются гнойными, вызывают образование абсцесса и некроза тканей, а иногда и септический тромбофлебит или газообразование, или и то, и другое. Многие анаэробы производят разрушающие ткани ферменты, а также некоторые из самых мощных паралитических токсинов, известных на сегодня.
Например, ботулотоксин, вырабатываемый бактериями Clostridium botulinum, которые вызывают ботулизм у человека, применятся в косметологии в виде инъекций для разглаживания морщин, так как он парализует подкожные мышцы.
Обычно в инфицированных тканях присутствует несколько видов анаэробов, часто присутствуют также аэробы (полимикробные или смешанные инфекции).
Признаки того, что инфекция вызвана анаэробными бактериями:
- Полимикробные результаты по окраске методом Грамма или высевании бактерий.
- Образование газа в гнойных или инфицированных тканях.
- Гнойный запах из зараженных тканей.
- Некроз (отмирание) инфицированных тканей.
- Место заражения вблизи слизистой оболочки, где обычно находится анаэробная микрофлора.
Диагностика
Образцы анаэробной культуры должны быть получены путем аспирации или биопсии из участков, которые в норме их не содержат. Доставка в лабораторию должна быть оперативной, а оборудование для транспортировки должно обеспечивать безкислородну среду с углекислым газом, водородом и азотом. Мазки лучше всего транспортировать в анаэробно стерилизованной полутвердой среде, такой как транспортная среда Кэри-Блэр (специальный раствор, содержащий минимум питательных веществ для размножения бактерий, и веществ, способных их убить).
Loading...