ПОДЦАРСТВО НАСЬОЯЩИЕ БАКТЕРИИ
-
BACTERIA, ИЛИ BACTERIOBIONTA
Настоящие бактерии очень древние организмы, появившиеся, по-видимому, свыше 3 млрд. лет назад. Как и прочие прокариоты, они микроскопически малы, но их скопления (колонии) нередко видимы невооруженным глазом. По форме и особенностям объединения клеток различают несколько морфологических групп настоящих бактерий: шарообразные кокки; диплококки, состоящие из попарно сближенных кокков; стрептококки, образованные кокками, сближенными в виде цепочки; сарцины - кокки, имеющие вид плотных пачек; стафилококки - скопления кокков в виде виноградной грозди; бациллы, или палочки, - бактерии вытянутой формы; дугообразно изогнутые вибрионы; спириллы-бактерии вытянутой, штопорообразной извитой формы и т. д. (рис. 3). Бактерии имеют разного рода жгутики и ворсинки
Рис. 3. Многообразие форм бактерий: 1 - палочковидные, 2 - веретеновидные, 3 - кокковидные, 4 - диплококки, 5 - стрептококки, 6 - стафилококки, 7 - сарцины, 8 - вибрионы, 9 - спириллы, 10 - стебельковые, 11 - тороиды, 12 - звездочкообразные, 13 - шестиугольные, 14 - "многоклеточная" бактерия
(фимбрии), с помощью которых они передвигаются. Некоторые бактерии перемещаются, выделяя слизь. Передвигаются бактерии быстро, за одну секунду они могут преодолеть расстояние, примерно равное 20 диаметрам своей клетки.
Жгутики бактерий напоминают жгутики эукариот (ундулиподии) лишь внешне. Каждый бактериальный жгутик состоит из одной молекулы белка флагеллина, которая выходит из "муфты" в клеточной оболочке и связана со сложным вращающимся механизмом. Жгутики бактерий совершают вращательные движения в отличие от ундулиподий, чьи движения волнообразны. Направление движения бактерий определяется в значительной мере увеличением концентрации пищи или кислорода (для аэробов). С другой стороны, существует ряд "отпугивающих" веществ (репеллентов), "отпугивающих" бактерии. С помощью способа окраски анилиновыми красителями, впервые предложенного в 1884 г. К. Граммом, все настоящие бактерии могут быть разделены на два класса (или отдела) - грамположительных и грамотрицательных бактерий (т. е. способных или неспособных окрашиваться) с различными особенностями структуры и химизма клеточной стенки. Окраску, по Грамму, помимо целей классификации, используют для идентификации бактерий, что особенно важно при определении патогенных микроорганизмов.
Клеточная стенка многих бактерий сверху окружена слоем полисахаридной слизи, образующей капсулу. В цитоплазме бактерий иногда заметны включения запасных питательных веществ. Это могут быть крахмал или гликоген, но чаще волютин - вещество, включающее остатки фосфорной кислоты. Бактерии способны образовывать толстостенные эндоспоры. Генетическая рекомбинация у бактерий происходит в результате переноса участка молекулы ДНК от одной бактериальной клетки к другой. Почти все бактерии наряду с большими кольцевыми молекулами ДНК имеют небольшие кольцевые ДНК - плазмиды. Обмен плазмидами легко осуществляется в ходе конъюгации бактериальных клеток, что также способствует передаче от одного штамма к другому некоторых наследственных признаков. Мутации еще более важный источник изменчивости бактерий, чем генетическая рекомбинация.
Основной способ размножения бактерий - бесполый. Клетка при этом увеличивается в размерах и делится надвое.
при фотосинтезе в цикле Кальвина. Хемосинтезирующим бактериям принадлежит исключительно важная роль в круговороте (биогеохимических циклах) химических элементов в биосфере. Многие важнейшие реакции круговорота веществ, например нитрификация, денитрификация, азотфиксация, осуществляют лишь прокариоты.
Бактерии играют главную роль в процессах деструкции (разрушения), т. е. являются деструкторами. Некоторые бактерии содержат в клетках особый пигмент, родственный хлорофиллу, называемый бактериохлорофиллом. Они способны к фотосинтезу без выделения кислорода (анаэробный тип фотосинтеза), поскольку у них отсутствует фотосистема II, чем они резко отличаются от оксифотобактерий. Для ассимиляции СО 2 в качестве доноров электронов фотосинтезирующие бактерии используют сероводород, серу, тиосульфат и т. д.
По отношению к кислороду бактерии делятся на аэробы (существующие только в кислородной среде) и анаэробы (существующие в бескислородной среде), известны также бактерии, живущие как в кислородной, так и в бескислородной среде (факультативные анаэробы).
Бактерии приспособились к самым разным условиям обитания и относятся к организмам-космополитам: одни и те же виды можно встретить почти повсеместно. В 1 г почвы сельскохозяйственных земель может содержаться до 2,5 млрд. бактериальных клеток.
Роль бактерий в жизни человека огромна. Так, получение многих пищевых и технических продуктов невозможно без участия различных бродильных бактерий. Продуктами жизнедеятельности бактерий являются разнообразные молочные продукты: масло, кефир, сыр, кумыс, а также ферменты, спирт, лимонная кислота. Процессы квашения пищевых продуктов тоже связаны с бактериальной активностью. С помощью биотехнологии получают антибиотики, образуемые бактериями в процессе их жизнедеятельности. Используют бактерии и в генетической инженерии. Обогащение почв соединениями азота и создание бактериальных удобрений невозможны без участия азотфиксирующих бактерий, преимущественно из сборного рода ризобиум (Rhizobiutn ), образующих клубеньки на корнях бобовых растений. Разнообразное применение находят полисахариды, образующие слизистую капсулу бактерий,
Велика и отрицательная роль бактерий. Различные виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов. Наиболее опасны патогенные бактерии - источник различных инфекционных заболеваний человека и животных. Поражают бактерии и растения (рис. 4), хотя относительно реже, очевидно, в силу кислой реакции среды растительных тканей.
Среди грамположительных бактерий упомянем бактерии молочнокислого брожения, бациллы столбняка и туберкулезную
палочку. К грамположительным организмам относят и актиномицеты - прокариоты, образующие многоклеточный разветвленный мицелий. В этот же класс иногда помещают микоплазмы - прокариоты, лишенные клеточной стенки. К классу грамотрица-тельных бактерий относят азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии. Помимо грамположительных и грамотрицательных бактерий, существуют еще микоплазмы - мельчайшие организмы (около 0,1 мкм в поперечнике), лишенные оболочки. Их считают бактериями, упростившими свою структуру в процессе эволюции. Среди фотосинтезирующих бактерий необходимо отметить зеленые и пурпурные серобактерии. Хемоавтотрофные микроорганизмы относятся отчасти к настоящим бактериям, отчасти к архебактериям.
Анаэробы и аэробы – две формы существования организмов на земле. В статье речь идёт о микроорганизмах.
Анаэробы – микроорганизмы, которые развиваются и размножаются в среде, не содержащей свободный кислород. Анаэробные микроорганизмы обнаруживаются практически во всех тканях человека из гнойно-воспалительных очагов. Их относят к условно-патогенным (существуют у человека в номе и развиваются только у людей с ослабленной иммунной системой), но иногда они могут быть патогенными (болезнетворными).
Различают факультативные и облигатные анаэробы. Факультативные анаэробы могут развиваться и размножаться и в бескислородной и в кислородной среде. Это такие микроорганизмы как кишечная палочка, иерсинии, стафилококки, стрептококки, шигеллы и другие бактерии. Облигатные анаэробы могут существовать только в бескислородной среде и погибают при появлении свободного кислорода в окружающей среде. Облигатные анаэробы подразделяют на две группы:
- бактерии, образующие споры, иначе их называют клостридии
- бактерии, не образующие споры, или иначе неклостридиальные анаэробы.
Клостридии — это возбудители анаэробных клостридиальных инфекций – ботулизма, клостридиальных раневых инфекций, столбняка. Неклостридиальные анаэробы это нормальная микрофлора человека и животных. К ним относят бактерии палочковидной и шаровидной формы: бактероиды, фузобактерии, пейллонеллы, пептококки, пептострептококки, пропионибактерии, эубактерии и другие.
Но неклостридиальные анаэробы могут существенно способствовать развитию гнойно-воспалительных процессов (перитонит, абсцессы лёгких и головного мозга, пневмония, эмпиема плевры, флегмоны челюстно-лицевой области, сепсис, отит и другие). Большинство анаэробных инфекций, вызываемых неклостридиальными анаэробами, относятся к эндогенным (внутреннего происхождения, вызываемые внутренними причинами) и развиваются главным образом при снижении сопротивляемости организма, устойчивости к воздействию болезнетворных микроорганизмов в результате травм, операций, переохлаждения, снижения иммунитета.
Основную часть анаэробов, играющих роль в развитии инфекций составляют бактероиды, фузобактерии, пептострептококки и споровые палочки. Половину гнойно-воспалительных анаэробных инфекций вызывают бактероиды.
- Бактероиды-палочки, размером 1-15 мкм, наподвижные или движущиеся с помощью жгутиков. Они выделяют токсины, действующие в качестве факторов вирулентности (болезнетворности).
- Фузобактерии – палочковидные облигатные (выживающие только в отсутствие кислорода) анаэробные бактерии, обитают на слизистой оболочке рта и кишечника, могут быть неподвижными или подвижными, содержат сильный эндотоксин.
- Пептострептококки – сферические бактерии, расположены по две, четыре, неправильныи скоплениями или цепочками. Это безжгутиковые бактерии, спор не образуют. Пептококки – род сферических бактерий, представленных одним видом P.niger. Расположены поодиночке, парами или скоплениями. Жгутиков у пептококков нет, спор они не образуют.
- Вейонеллы – род диплококков (бактерии кокковой формы, клетки которых располагаются парами), расположенных в виде короткими цепочами, неподвижны, спор не образуют.
- Другие неклостридиальные анаэробные бактерии, которые выделяют из инфекционных очагов больных — пропионовые бактерии, волинеллы, роль которых менее изучена.
Клостридии – род спорообразующих анаэробных бактерий. Клостридии обитают на слизистых желудочно-кишечного тракта. Клостридии в основном патогенны (болезнетворны) для человека. Они выделяют специфические для каждого вида высокоактивные токсины. Возбудителем анаэробной инфекции может быть как один вид бактерий, так и несколько видов микроорганизмов: анаэробно-анаэробной (бактероиды и фузобактерии), анаэробно-аэробной (бактероиды и стафилококки, клостридии и стафилококки)
Аэробы - организмы, которым для жизнедеятельности и размножения необходим свободный кислород. В отличие от анаэробов у аэробов кислород участвует в процессе выработки необходимой им энергии. К аэробам относятся животные, растения и значительная часть микроорганизмов, среди которых выделяют.
- облигатных аэробов – это «строгие» или «безусловные» аэробы, получают энергию только из окислительных реакций с участием кислорода; к ним относятся, например, некоторые виды псевдомонад, многие сапрофиты, грибы, Diplococcus pneumoniae, дифтерийные палочки
- в группе облигатных аэробов можно выделить микроаэрофилов – для жизнедеятельности им необходимо низкое содержание кислорода. При попадании в обычную внешнюю среду такие микроорганизмы подавляются или гибнут, поскольку кислород отрицательно влияет на действие их ферментов. К ним относятся, например, менингококки, стрептококки, гонококки.
- факультативные аэробы – микроорганизмы, которые могут развиваться и при отсутствии кислорода, например, дрожжевая палочка. К этой группе относится большинство патогенных микробов.
Для каждого аэробного микроорганизма существует свой минимум, оптимум и максимум концентрации кислорода в окружающей его среде, необходимой для его нормального развития. Повышение содержания кислорода за границу «максимум» ведёт к гибели микробов. Все микроорганизмы гибнут при концентрации кислорода 40-50%.
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.
Бактерии появились более 3,5 миллиардов лет назад и были первыми живыми организмами на нашей планете. Именно благодаря аэробным и анаэробным видам бактерий на Земле зародилась жизнь.
Сегодня они являются одной из самых разнообразных в видовом плане и широко распространенной группой прокариотических (не имеющих ядра) организмов. Различное дыхание позволило подразделить их на аэробные и анаэробные, а питание – на гетеротрофные и автотрофные прокариоты.
Классификационное деление прокариотов
Видовое разнообразие этих безъядерных одноклеточных организмов огромно: наука описала только 10000 видов, а предположительно существует более миллиона видов бактерий. Их классификация крайне сложна и осуществляется, опираясь на общность следующих признаков и свойств:
- морфологических – форма, способ передвижения, способность к спорообразованию и другие);
- физиологических – дыхание кислородом (аэробные) или бескислородный вариант (анаэробные бактерии), по характеру продуктов метаболизма и другие;
- биохимических;
- сходство генетических характеристик.
К примеру, морфологическая классификация по внешнему виду подразделяет все бактерии как:
- палочковидные;
- извилистые;
- шаровидные.
Классификация физиологическая по отношению к кислороду делит все прокариоты на:
- анаэробные – микроорганизмы, дыхание которых не требует наличия свободного кислорода;
- аэробные – микроорганизмы, нуждающиеся в кислороде для своей жизнедеятельности.
Анаэробные прокариоты
Анаэробные микроорганизмы полностью соответствуют своему названию – приставка ан- отрицает значение слова, аэро – это воздух и б- жизнь. Получается – безвоздушная жизнь, организмы, чье дыхание не нуждается в свободном кислороде.
Бескислородные микроорганизмы делятся на две группы:
- факультативно-анаэробные – способные существовать как в среде, содержащей кислород, так и при его отсутствии;
- облигатные микроорганизмы – погибающие при наличии в среде свободного кислорода.
Классификация анаэробных бактерий подразделяет облигатную группу по возможности спорообразования на следующие:
- спорообразующие клостридии – грамположительные бактерии, большинство из которых подвижны, характеризуются интенсивным метаболизмом и большой изменчивостью;
- неклостридиальные анаэробы – грамположительные и отрицательные бактерии, которые являются частью микрофлоры человека.
Свойства клостридий
Спорообразующие анаэробные бактерии в большом количестве встречаются в почве и в желудочно-кишечном тракте животных и человека. Среди них известно более 10 видов, которые являются токсичными для человека. Эти бактерии образуют высокоактивные экзотоксины, специфические для каждого вида.
Хотя инфекционным возбудителем может быть один вид анаэробных микроорганизмов, более характерна интоксикация различными микробными ассоциациями:
- несколькими видами анаэробных бактерий;
- анаэробных и аэробных микроорганизмов (чаще всего клостридии и стафилококки).
Бактериальный посев
Вполне закономерно в привычной нам кислородной среде, что для получения облигатных аэробов необходимо использовать специальное оборудование и микробиологические среды. По сути, культивирование бескислородных микроорганизмов сводится к созданию условий, при которых доступ воздуха к средам, где производится культивирование прокариотов, полностью перекрыт.
В случае проведения микробиологического анализа на облигатные анаэробы крайне важным являются методы забора пробы и способ транспортировки образца в лабораторию. Так как под действием воздуха облигатные микроорганизмы незамедлительно погибнут, пробу необходимо сохранять либо в герметичном шприце, либо в специализированных средах, предназначенных для подобных транспортировок.
Аэрофильные микроорганизмы
Аэробами называют микроорганизмы, чье дыхание невозможно без свободного кислорода воздуха, а их культивирование проходит на поверхности питательных сред.
По степени зависимости от кислорода все аэробы делят на:
- облигатные (аэрофилы) – способны развиваться только при высокой концентрации кислорода в воздухе;
- факультативно-аэробные микроорганизмы, развивающиеся и при пониженном количестве кислорода.
Свойства и особенности аэробов
Аэробные бактерии обитают в почве, воде и воздухе и активно участвуют в круговороте веществ. Дыхание бактерий, которые являются аэробами, осуществляется путем прямого окисления метана (СН 4), водорода (Н 2), азота (N 2), сероводорода (Н 2 S), железа (Fe).
К облигатным аэробным микроорганизмам, которые являются патогенными для человека, относятся туберкулезная палочка, возбудители туляремии и холерный вибрион. Всем им для жизнедеятельности необходимо высокое содержание кислорода. Факультативно-аэробные бактерии, такие как сальмонелла, способны осуществлять дыхание при весьма незначительном количестве кислорода.
Аэробные микроорганизмы, осуществляющие свое дыхание в кислородной атмосфере, способны существовать в весьма широком диапазоне при парциальном давлении от 0,1 до 20 атм.
Выращивание аэробов
Культивирование аэробов подразумевает использование подходящей питательной среды. Необходимыми условиями являются также количественный контроль кислородной атмосферы и создание оптимальных температур.
Дыхание и рост аэробов проявляется в виде образования мути в жидких средах или, в случае плотных сред, в виде образования колоний. В среднем для выращивания аэробов в условиях термостатирования потребуется о 18 до 24 часов.
Общие свойства для аэробов и анаэробов
- Все эти прокариоты не имеют выраженного ядра.
- Размножаются или почкованием, или делением.
- Осуществляя дыхание, в результате окислительного процесса, как аэробные, так и анаэробные организмы разлагают огромные массы органических остатков.
- Бактерии являются единственными живыми существами, чье дыхание связывает молекулярный азот в органическое соединение.
- Аэробные организмы и анаэробы способны осуществлять дыхание в широком диапазоне температур. Существует классификация, согласно которой безъядерные одноклеточные организмы подразделяют на:
- психрофильные – условия жизни в районе 0°С;
- мезофильные – температура жизнедеятельности от 20 до 40°С;
- термофильные – рост и дыхание происходит при 50-75°С.
Анаэробы (греч. отрицательная приставка an- + aē r воздух + b жизнь) - микроорганизмы, развивающиеся при отсутствии в окружающей их среде свободного кислорода. Обнаруживаются практически во всех образцах патологического материала при различных гнойно-воспалительных заболеваниях, являются условно-патогенными, иногда патогенными. Различают факультативные и облигатные А. Факультативные А. способны существовать и размножаться как в кислородной, так и в бескислородной среде. К ним относятся кишечная палочка, иерсинии, и, стрептококки, шигеллы и другие бактерии .
Облигатные А. погибают при наличии свободного кислорода в окружающей среде. Их разделяют на две группы: бактерии, образующие споры, или клостридии, и бактерии, не образующие спор, или так называемые неклостридиальные анаэробы. Среди клостридий различают возбудителей анаэробных клостридиальных инфекций - а, клостридиальной раневой инфекции, а. К неклостридиальным А. относят грамотрицательные и грамположительные бактерии палочковидной или шаровидной формы: бактероиды, фузобактерии, вейллонеллы, пептококки, пептострептококки, пропионибактерии, эубактерии и др. Неклостридиальные А. являются составной частью нормальной микрофлоры человека и животных, но в то же время играют большую роль в развитии таких гнойно-воспалительных процессов, как перитонит, ы легких и головного мозга, плевры, флегмоны челюстно-лицевой области, и др. Большинство анаэробных инфекций , вызываемых неклостридиальными анаэробами, относится к эндогенным и развивается главным образом при снижении резистентности организма в результате травмы, оперативного вмешательства, охлаждения, нарушения иммунитета.
Основную часть клинически значимых А. составляют бактероиды и фузобактерии, пептострептококки и споровые грамположительные палочки. На долю бактероидов приходится около половины гнойно-воспалительных процессов, вызванных анаэробными бактериями.
Бактероиды (Bacteroides) - род грамотрицательных облигатных анаэробных бактерий семейства Bacteroidaceae, палочки с биполярной окрашиваемостью, размером 0,5-1,5´ 1-15 мкм , неподвижные или движущиеся с помощью перитрихиально расположенных жгутиков, нередко имеют полисахаридную капсулу, являющуюся фактором вирулентности. Продуцируют различные токсины и ферменты, действующие в качестве факторов вирулентности. По чувствительности к антибиотикам неоднородны: бактероиды, например группы В. fragilis, устойчивы к бензилпенициллину. Устойчивые к b -лактамным антибиотикам бактероиды продуцируют b -лактамазы (пенициллиназы и цефалоспориназы), разрушающие пенициллин и цефалоспорины. Бактероиды чувствительны к некоторым производным имидазола - метронидазолу (трихополу,
флагилу), тинидазолу, орнидазолу - препаратам, эффективным против различных групп анаэробных бактерий, а также к левомицетину и эритромицину. Бактероиды устойчивы к аминогликозидам - гентамицину, канамицину, стрептомицину, полимиксину, олеандомицину. Значительная часть бактероидов устойчива к тетрациклинам.Фузобактерии (Fusobacterium) - род грамотрицательных палочковидных облигатных анаэробных бактерий; обитают на слизистой оболочке рта и кишечника, бывают неподвижными или подвижными, содержат мощный эндотоксин. Наиболее часто в патологическом материале обнаруживают F. nucleatum и F. necrophorum. Большинство фузобактерии чувствительны к b -лактамным антибиотикам, однако встречаются резистентные к пенициллину штаммы. Фузобактерии, за исключением F. varium, чувствительны к клиндамицину.
Пептострептококки (Peptostreptococcus) - род грамположительных сферических бактерий; располагаются парами, тетрадами, в виде неправильных скоплений или цепочек. Жгутиков не имеют, спор не образуют. Чувствительны к пенициллину, карбенициллину, цефалоспоринам, хлорамфениколу, устойчивы к метронидазолу.
Пептококки (Peptococcus) - род грамположительных сферических бактерий, представленный единственным видом P. niger. Располагаются поодиночке, парами, иногда в виде скоплений. Жгутиков и спор не образуют.
Чувствительны к пенициллину, карбенициллину, эритромицину, клиндамицину, хлорамфениколу. Относительно устойчивы к метронидазолу.Вейонеллы (Veillonella) - род грамотрицательных анаэробных диплококков; располагаются в виде коротких цепочек, неподвижны, спор не образуют. Чувствительны к пенициллину, левомицетину, тетрациклину, полимиксину, эритромицину, резистентны к стрептомицину, неомицину, ванкомицину.
Из других неклостридиальных анаэробных бактерий, выделяющихся из патологического материала больных, следует упомянуть грамположительные пропионовые бактерии, грамотрицательные волинеллы и другие, значение которых менее изучено.
Клостридий (Clostridium) - род грамположительных палочковидных спорообразующих анаэробных бактерий. Клостридий широко распространены в природе, особенно в почве, обитают также в желудочно-кишечном тракте человека и животных. Около десяти видов клостридий являются патогенными для человека и животных: С. perfringens, С. novyii, С. septicum, С. ramosum, С. botulirnim, С. tetani, С. difficile и др. Эти бактерии образуют специфические для каждого вида экзотоксины высокой биологической активности, к которым чувствительны человек и многие виды животных. С. difficile - подвижные, имеющие перитрихиально расположенные жгутики, бактерии. По мнению ряда исследователей, эти бактерии после нерациональной антимикробной терапии, размножившись, могут вызывать псевдомембранозный . С. difficile чувствительны к пенициллину, ампициллину, ванкомицину, рифампицину,
метронидазолу; устойчивы к аминогликозидам.Возбудителем анаэробной инфекции может быть какой-либо один вид бактерий, однако чаще эти инфекции вызываются различными ассоциациями микробов: анаэробно-анаэробной (бактероиды и фузобактерии); анаэробно-аэробной (бактероиды и
