Gli anaerobi sono batteri. Caratteristiche degli anaerobi, classificazione e metodi di coltivazione

Il gruppo più ricco di organismi in termini di numero e varietà di percorsi metabolici sono i procarioti. Alcuni di loro usano lo schema di respirazione aerobica tipico della maggior parte degli eucarioti per sintetizzare l'ATP (la principale "valuta" energetica di una cellula). I microrganismi che non possiedono questo meccanismo sono chiamati anaerobi. Questi batteri sono in grado di produrre energia da composti chimici senza ossigeno.

Classificazione anaerobica

In relazione all'ossigeno, si distinguono due gruppi di batteri anaerobici:

• opzionale - può ricevere energia con o senza ossigeno, il passaggio da un tipo di metabolismo all'altro dipende dalle condizioni ambientali;
• obbligare - non usare mai O ₂ .

Per gli anaerobi facoltativi, il tipo di metabolismo libero da ossigeno ha un'importanza adattativa, ei batteri ricorrono ad esso solo come ultima risorsa, quando vengono rilasciati in un ambiente anaerobico. Ciò è spiegato dal fatto che la respirazione dell'ossigeno è molto più efficace dal punto di vista energetico.

L'altro gruppo di anaerobi manca del meccanismo biochimico dell'uso di O ₂ per l'ossidazione dei composti e la presenza di questo elemento nell'ambiente non solo non è benefica, ma anche tossica.

Esistono diversi tipi di anaerobi obbligati, diversi per resistenza alla presenza di ossigeno molecolare:

• morire morire anche con basse concentrazioni di O ₂ ;
• moderatamente grave caratterizzato da media o alta resistenza alla presenza di ossigeno;
• Aerotollerante - un gruppo speciale di procarioti che non solo può sopravvivere, ma crescere anche nell'aria.

Il rapporto tra un particolare batterio e l'ossigeno può essere determinato dalla natura della sua crescita nello spessore del mezzo nutritivo.

I microrganismi aerobi tolleranti includono batteri lattici. Alcune specie (ad esempio il Clostridium) possono resistere a concentrazioni elevate di ossigeno a causa della formazione di endospore.

Metabolismo energetico anaerobico

Tutti gli anaerobi sono chemotropi tipici, perché usano l'energia dei legami chimici come fonte di energia. In questo caso, i donatori di energia possono essere entrambi materia organica (chemoorganotrophy) e inorganico (chemolithotrophy).

I batteri anaerobici hanno due tipi di metabolismo libero da ossigeno: la respirazione e la fermentazione. La differenza fondamentale tra loro risiede nel meccanismo di assimilazione dell'energia.

Così, durante la fermentazione, l'energia viene prima immagazzinata in una forma fosforogena (ad esempio, sotto forma di fosfoenolpiruvato), e quindi con la partecipazione delle deidrogenasi citosoliche, si verifica la fosfatazione del substrato dell'ADP. Gli elettroni vengono trasferiti all'accettore endogeno o esogeno, che diventa un sottoprodotto del processo.

Nel tipo respiratorio del metabolismo, l'energia è immagazzinata in un composto specifico - Pmf, che viene immediatamente utilizzato per i processi cellulari o fornito a una catena di trasporto elettrico centrata sulla membrana, dove viene sintetizzata l'ATP. Solo, contrariamente alla respirazione aerobica, l'accettore di elettroni finale non è ossigeno, ma un altro composto, che può essere di natura sia organica che inorganica.

Tipi di alito anaerobico

Il compito principale che il batterio anaerobico con il tipo di metabolismo respiratorio risolve è trovare un'alternativa all'ossigeno molecolare. Il risultato energetico della reazione dipende da questo. A seconda della sostanza che agisce come accettore terminale, esistono i seguenti tipi di respirazione anaerobica:

• nitrati;
• ferro;
• fumarato;
• solfato;
• zolfo;
• carbonato.

La respirazione anaerobica è meno efficace della respirazione aerobica, ma rispetto alla fermentazione, fornisce uno scarico di energia molto più grande.

Comunità di batteri distruttivi anaerobici

Questo tipo di microbiota si forma in nicchie ecologiche ricche di sostanze organiche in cui l'ossigeno è quasi completamente consumato (suoli allagati, sistemi idraulici sotterranei, sedimenti limosi, ecc.). Ecco la degradazione graduale dei composti organici, effettuata da due gruppi di batteri:

• gli anaerobi primari sono responsabili del primo stadio della disintossicazione organica;
• gli anaerobi secondari sono microrganismi con metabolismo respiratorio.

Tra gli anaerobi primari si distinguono idrolitici e dissipotropi, che sono collegati tra loro da interazioni trofiche. Gli idrolitici formano biofilm sulla superficie di substrati solidi e producono esoenzimi idrolitici che scompongono composti organici complessi in oligomeri e monomeri.

Il substrato nutritivo risultante viene utilizzato principalmente dagli stessi idrolitici, ma anche dai dissipotropi. Questi ultimi sono solitamente meno cooperativi e non emettono quantità significative di esoenzimi, assorbendo i prodotti di idrolisi finiti dei biopolimeri. Un tipico rappresentante di dissipotrophs sono batteri del genere Syntrophomonas.

coltivazione

I requisiti speciali per la coltivazione sono imposti solo sui batteri anaerobici obbligati. Opzionale si riproduce bene nell'ambiente dell'ossigeno.

I metodi di coltivazione dei microrganismi anaerobici si dividono in tre categorie: chimica, fisica e biologica. Il loro compito principale è quello di ridurre o eliminare completamente la presenza di ossigeno nel mezzo nutritivo. Il grado di concentrazione ammissibile di O ₂ è determinato dal livello di tolleranza di uno specifico anaerobico.

Metodi fisici

L'essenza dei metodi fisici è rimuovere l'ossigeno dall'ambiente dell'aria, che è in contatto con la coltura, o eliminare completamente il contatto dei batteri con l'aria. Questo gruppo include le seguenti tecnologie di coltivazione:

• crescere in un micro aerostato - un dispositivo speciale in cui viene creata una miscela di gas artificiale anziché aria atmosferica;
• coltivazione profonda - piantare batteri non in superficie, ma in uno strato alto o nello spessore del terreno in modo che l'aria non penetri in esso;
• l'uso di mezzi viscosi in cui la diffusione di O ₂ diminuisce con l'aumentare della densità;
• crescendo in un vaso anaerobico;
• riempire la superficie con olio di vaselina o paraffina;
• uso di incubatore di CO ₂ ;
• utilizzo di una stazione anaerobica SIMPLICITY 888 (il metodo più moderno).

Una parte obbligatoria dei metodi fisici è la pre-ebollizione del mezzo nutritivo per rimuovere l'ossigeno molecolare da esso.

Uso di prodotti chimici

I composti chimici utilizzati per coltivare anaerobi sono divisi in 2 gruppi:

• Gli scavenger di ossigeno adsorbono le molecole di O _2. La capacità di assorbimento dipende dal tipo di sostanza e dal volume di spazio aereo nell'ambiente. Il pirogallolo (soluzione alcalina), il ferro metallico, il cloruro di rame monovalente, la ditionite di sodio sono i più usati.
• Gli agenti riducenti (cisteina, ditiotreitolo, acido ascorbico, ecc.) Riducono il potenziale di riduzione dell'ossidazione del terreno.

Uno speciale tipo di metodi chimici è l'uso di sistemi di generazione di gas, che includono agenti che generano idrogeno e anidride carbonica, e O ₂ assorbe un catalizzatore di palladio. Tali sistemi vengono utilizzati in contenitori chiusi per la coltivazione (anaerostatici, sacchetti di plastica, ecc.).

Metodi biologici

I metodi biologici includono la coltivazione congiunta di anaerobi e aerobi. Questi ultimi rimuovono l'ossigeno dall'ambiente, creando le condizioni per la crescita dei loro "partner". Anche i batteri anaerobici opzionali possono essere usati come agenti assorbenti.

Ci sono due modifiche di questo metodo:

• Semina due culture su diverse metà di una capsula di Petri, che viene poi chiusa con un coperchio.
• Semina utilizzando un "vetro da orologio" contenente terreno con un batterio aerobico. Quindi il vetro ricopre la capsula di Petri, uno strato continuo seminato con coltura anaerobica.

A volte microrganismi aerobici vengono utilizzati nella fase di preparazione di un mezzo nutriente liquido per l'inoculazione di anaerobi. Dopo la rimozione dell'ossigeno residuo, gli aerobi (ad esempio E. colli) vengono uccisi dal riscaldamento e quindi la coltura desiderata viene seminata.

Isolamento della cultura pura

Una coltura pura è una popolazione di microrganismi appartenenti alla stessa specie, aventi le stesse proprietà e ottenuti da una singola cellula. Per ottenere un gruppo di batteri con tali caratteristiche, vengono solitamente utilizzati metodi di diradamento e diluizioni limitanti, ma lavorare con anaerobi è un processo speciale che richiede l'esclusione del contatto con l'ossigeno quando si ottengono colonie isolate.

Esistono diversi modi per isolare una pura cultura anaerobica. Questi includono:

• Il metodo Zeissler sta seminando un colpo di diradamento su piastre di Petri con la creazione di condizioni anaerobiche e successiva incubazione in un termostato (da 24 a 72 ore).
• Metodo di Weinberg - l'allocazione di anaerobi in coltura mediante agar zucchero (semina alta colonna), i batteri vengono trasferiti da un capillare sigillato. In primo luogo, il materiale viene posto in una provetta con una soluzione isotonica (fase di diluizione), quindi in una provetta con agar avente una temperatura di 40-45 gradi, in cui viene accuratamente miscelato con il mezzo. Dopodiché, i trasferimenti successivi vengono effettuati su altri 2 tubi, l'ultimo dei quali viene raffreddato sotto un getto d'acqua.
• Metodo di Peretz: il materiale diluito in soluzione isotonica viene versato in una capsula di Petri in modo da riempire lo spazio sotto la lastra di vetro sul fondo, sul quale dovrebbe iniziare la crescita.

In tutti e tre i metodi, il materiale proveniente dalle colonie isolate ottenute viene trasferito al mezzo di controllo della sterilità (SCS) o al terreno Kitt-Tarozzi.