Основные типы и сущность дыхания бактерий. Механизм дыхания бактерий. Методы культивирования анаэробов.
Ответ.
Дыхание бактерий – это процесс переноса атомов водорода по цепи дыхательных ферментов, в результате которой вырабатывается энергия (АТФ).
Доноры электронов при этом окисляются, отдавая электроны, а акцепторы – восстанавливаются, принимая электроны. Донорами электронов в процессах дыхания могут быть как органические соединения (у органотрофов), так и неорганические вещества (у литотрофов). Конечным акцептором электронов при дыхании служат либо молекулярный кислород (аэробное дыхание), либо неорганические соединения (анаэробное дыхание). Выделяющаяся при этом энергия запасается в молекулах АТФ.
Классификация бактерий по типу дыхания - биологического окисления.
По типу дыхания бактерии подразделяются на несколько групп.
Облигатные (строгие) аэробы растут и размножаются только при свободном доступе кислорода (например, микобактерии туберкулеза); они требуют для своего развития присутствия в среде культивирования не менее 20% кислорода. Кислород для облигатных аэробов является конечным акцептором электронов.
Микроаэрофильные бактерии (микроаэрофилы) развиваются при низкой (до 1%) концентрации кислорода в окружающей атмосфере (например, лептоспиры, бруцеллы).
Факультативные анаэробы развиваются как при доступе кислорода воздуха, так и при его отсутствии (энтеробактерии). Они обладают смешанным типом метаболизма: в присутствии кислорода энергия у них запасается в результате дыхания, а при отсутствии кислорода процесс получения энергии переключается на брожение.
Облигатные анаэробы растут и размножаются только в бескислородных условиях (возбудитель ботулизма). Тип метаболизма у них бродильный.
Аэротолерантные микроорганизмы не используют кислород для получения энергии, но могут развиваться в его атмосфере (например, молочнокислые бактерии).
Различное отношение микроорганизмов к кислороду связано с наличием у них различных ферментных систем, в частности, супероксиддисмутазы, каталазы и пероксидазы, которые участвуют в нейтрализации токсичных перекисных соединений.
Брожение – это процесс получения энергии, при котором донорами и акцепторами электронов служат органические соединения (углеводы, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания и др.). При брожении конечный акцептор водорода образуется за счет самого субстрата.
Продуктами брожения являются органические кислоты, спирты, газы. Эти восстановленные конечные органические соединения выделяются в питательную среду и накапливаются в ней. В зависимости от природы конечных продуктов различают спиртовое, молочнокислое, муравьинокислое, маслянокислое брожение. Получение энергии путем брожения наблюдается у облигатных и факультативных анаэробов в бескислородной среде.
Спиртовое брожение характерно в основном для дрожжей и некоторых видов бактерий. Конечными продуктами спиртового брожения являются этиловый спирт и углекислый газ. Из одной молекулы глюкозы получается две молекулы этанола и две молекулы углекислого газа. Этот вид брожения используется в виноделии, хлебопекарной промышленности.
Молочнокислое брожение наблюдается у лактобацилл, бифидобактерий, стрептококков. Конечными продуктами молочнокислого брожения являются молочная кислота, уксусная кислота, этиловый спирт. Этот вид брожения используется при получении молочнокислых продуктов питания.
Муравьинокислое брожение характерно для энтеробактерий и вибрионов. Конечными продуктами этого вида брожения являются муравьиная, янтарная, молочная кислота, ацетоин.
Маслянокислое брожение характерно для строгих анаэробов (в частности, КЛОСТРИДИЙ). При этом продуктами сбраживания углеводов являются масляная, уксусная, капроновая и другие органические кислоты, бутанол, ацетон, изопропанол и другие соединения.
Методы культивирования анаэробов.
Для культивирования анаэробов необходимо понизить окислительно-восстановительный потенциал среды, создать условия анаэробиоза, т.е. пониженного содержания кислорода в среде и окружающем ее пространстве. Это достигается применением механических, физических, химических и биологических методов.
Механические методы:
1. Посев уколом в столбик сахарного агара (высоким столбом).
2. Метод Виньял-Вейона: в расплавленный и остуженный до 50° С агар вносят исследуемую анаэробную культуру, перемешивают и засасывают в пастеровскую пипетку, конец которой запаивают. Через 24-48 часов в столбике агара вырастают ясно видимые колонии микробов-анаэробов.
3. Метод Перетца. Исследуемый материал вносят в 3 пробирки с физиологическим раствором, а затем в 3 пробирки с остуженным до 50° С МПА. Содержимое пробирок перемешивают и выливают в 3 стерильные чашки Петри, на дно которых предварительно кладут стерильное предметное стекло, через 18-20 часов инкубации в термостате под пластинками стекла вырастают анаэробы.
Физические методы:
1. Анаэростат – создание вакуумных условий.
2. Аппарат Киппа – замена воздуха индифферентным газом (водородом).
3. Среда Китта-Тароцци – содержит кусочки печени, обладающие высокой адсорбционной способностью, 0,5% глюкозы. Перед посевом среду кипятят на водяной бане не менее 15 минут, сверху заливают слоем вазелиного масла, чтобы предохранить посев от проникновения кислорода.
Химические методы:
1. Прибор Омелянского — для поглощения кислорода используется пирогаллол.
2. Среда Вильсон-Блер. Содержит глюкозу, сернисто-кислый натрий, хлорид железа. Анаэробы образуют черные колонии за счет восстановления сернисто-кислого натрия в сернистый натрий, который, соединяясь с хлоридом железа, образуют осадок черного цвета – сернистое железо.
Биологический метод Фортнера:
Чашку Петри с толстым слоем агара делят на 2 половины на одну половину засевают облигатный аэроб – «чудесную» палочку, на другую половину чашки засевают исследуемую анаэробную культуру. Чашку заливают растопленным парафином. Через 24-48 часов в чашке вырастают аэробы, затем, когда запас кислорода исчерпывается, начинают размножаться анаэробы.