Анаэробы — организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путем субстратного фосфорилирования. Термин «анаэробы» ввел Луи Пастер, открывший в 1861 году бактерии маслянокислого брожения.

Все микроорганизмы по типу дыхания делят на аэробные и анаэробные. Анаэробное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов при использовании в качестве конечного акцептора протонов не кислорода, а других веществ (например, нитратов) и относится к процессам энергетического обмена (катаболизм, диссимиляция), которые характеризуются окислением углеводов, липидов и аминокислот до низкомолекулярных соединений.

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

Анаэробные микроорганизмы являются нормальной микрофлорой тела человека, в то же время в 30-100% случаев они могут быть причиной гнойно-воспалительных заболеваний.

Заподозрить наличие анаэробных бактерий в исследуемом материала нужно при следующих критериях: Плохой запах исследуемого образца, Локализация инфекции вблизи слизистой оболочкой, Инфекция после укуса человека или животного, Газ в исследуемом материале, Предшествующее лечение лекарственными средствами, малоактивными в отношении анаэробов (антибиотики: аминогликозиды, старые хинолоны, триметоприм), Черное окрашивание содержащих кровь экссудатов, Наличие «серных гранул» в выделениях, Уникальная морфология при окраске по Граму, Отсутствие роста в аэробных условиях микроорганизмов, увиденных в микропрепаратах из экссудата, Рост в анаэробной зоне питательной среды, Анаэробный рост на селективных средах для анаэробов, Характерные колонии на чашках с анаэробным агаром, Флуоресценция колоний в ультрафиолетовом свете.

Микробиологическая диагностика. В настоящее время основными методами диагностики являются бактериологический с расширенной идентификацией по биохимическим свойствам, а также газовая хроматография (хемотаксономия) и ПЦР (генодиагностика).

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

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. 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.

Классификация анаэробных бактерий базируется на принципах генотипической гомологии, позволяющей определить филогенетическое родство, кроме того все анаэробы можно классифицировать по морфологии и отношению к окраске по Граму.

Грамположительные: палочки (Clostridium, Bifidobacterium, Lactobacillus, Mobiluncus), кокки (Anaerococcus, Peptococcus, Peptostreptococcus, Coprococcus). Грамотрицательные: палочки (Bacteroides, Porphyromonas, Prevotella, Fusobacterium, Leptotrichia), кокки (Acidaminococcus, Veillonella, Megasphaera).

Рассмотрим представителей основных таксономических групп, имеющих важное медицинское значение.

Грамположительные спорообразующие палочки.

Спорообразующие бактерии рода Clostridium

Спорообразующие анаэробы рода Clostridium насчитывают свыше 150 видов. Споры округлой или овальной формы, располагаются в центре клетки субтерминально или терминально в зависимости от видовой принадлежности микроба. Поперечник споры обычно больше поперечника клетки, поэтому клетка, содержащая спору, выглядит раздутой и напоминает веретено (от лат, clostridium — веретено). Эти бактерии при наличии благоприятных условий способны вызывать у человека газовую гангрену, столбняк, ботулизм, псевдомембранозный язвенный энтероколит, пищевые отравления и другие заболевания, связанные с клостридиальным поражением различных органов и систем.