Микроорганизмы имеют много форм и приспособлены к разным условиям жизни. Поэтому нет практически ни одного уголка на планете, который не был бы заселен микрофлорой. Есть микроорганизмы и внутри тела человека – на слизистых ЖКТ, дыхательных путей, мочевыводящей системы, на коже.
В зависимости от потребности в кислороде и устойчивости к его отрицательному воздействию, микроорганизмы делят на аэробные, анаэробные и промежуточные формы. Эти микроорганизмы используются и в качестве компонентов, ускоряющих распад органических отходов для септиков (локального очистного сооружения).
Аэробные организмы, значение для человека
Содержание статьи
Они могут жить и развиваться только при наличии кислорода. Он необходим для процессов окисления, в результате которых получается энергия в виде молекул АТФ. Она расходуется на процессы жизнедеятельности – передвижение, рост, переваривание пищи, размножение. При отсутствии кислорода такие микроорганизмы гибнут.
К аэробам относятся бактерии, живущие в почве, воздухе, воде, на живых организмах. Они делятся на грамположительные и грамотрицательные. По форме на кокки (в виде шарика), палочки.
Некоторые из них могут провоцировать развитие болезней у человека:
- холерный вибрион;
- микобактерия туберкулеза;
- палочка туляремии;
- стафилококк;
- стрептококк;
- протей.
Специально выращивают аэробные микроорганизмы в фармацевтической отрасли, нефтеперерабатывающей и добывающей промышленности.
Анаэробные микроорганизмы и их роль в природе
К анаэробным организмам относятся те, которые не нуждаются в кислороде. Они тоже неоднородны. Выделяют:
- факультативные анаэробы. Особенность – одинаково эффективно могут существовать как в присутствии свободного кислорода, так и без него. Без доступа воздуха они переходят на простые реакции (например, гликолиз);
- облигатные анаэробы – существуют только в отсутствие О2 или при самых низких его концентрациях.
Среди анаэробов есть бактерии, способные к образованию спор (клостридия) и не имеющие такой способности (бактероиды, актиномицеты, велионелла). Интересно то, что в споровой форме микроорганизмы становятся нечувствительными к кислороду и могут долго сохранять жизнеспособность, тогда как без этого они быстро погибли бы.
К анаэробам также относятся бактерии, использующие фотосинтез для получения энергии. Таким микроорганизмам человечество нашло применение в обычно жизни. Например, их можно использовать для очистки загрязненных вод.
Анаэробные бактерии, образующие споры, используют в текстильной промышленности при получении льняного волокна. А микроорганизмы, удерживающие азот, улучшают плодородие почв, участвуют в разложении целлюлозы, пектинов.
Промежуточные формы
К ним относят:
- капнеистические анаэробы – они лучше себя чувствуют при низкой концентрации кислорода и высокой углекислоты;
- микроаэрофилы хорошо растут при концентрации кислорода около 2 %. Он им нужен для окислительных процессов, но в больших концентрациях подавляет активность важных ферментов;
- аэротолерантные могут жить в присутствии O2, хотя не используют его для энергетического обмена;
- умеренно-строгие анаэробы могут вести активную жизнедеятельность в кислородсодержащей среде, но теряют при этом способность к размножению.
Особенности метаболизма
Аэробные организмы используют в качестве источника энергии глюкозу. Она распадается до пировиноградной кислоты в процессе гликолиза, а затем в присутствии кислорода превращается в воду и углекислоту. При этом распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием 38 молекул АТФ.
Процесс окислительного фосфорилирования происходит у аэробов в митохондриях на мембранах. Здесь сосредоточена цепь из цитохромов, которые передают друг другу электроны вплоть до конечного акцептора – кислорода.
Аэробы способны извлекать энергию при окислении метана, сероводорода, железо- и азотсодержащих веществ, водорода.
У анаэробов происходит только гликолиз, далее пировиноградная кислота подвергается брожению:
- молочнокислому – бифидо-, лактобактерии, стрептококки;
- спиртовому – грибы рода Кандида;
- маслянокислому – клостридии;
- муравьинокислому – энтеробактерии.
Энергетический выход при этом составляет 2 молекулы АТФ. Ферменты, которые участвуют в этих реакциях, – дегидрогеназы – находятся на мембране клетки и внутри цитоплазмы.
В норме в кишечнике преобладают процессы брожения. При этом pH среды сдвигается в кислую сторону – гнилостная флора не может существовать в таких условиях. При недостаточной активности нормальной микрофлоры активизируются патогенные бактерии кишечника (бацилла перфрингенс, спорогенус), преобладает распад белков, сдвигается pH в щелочную сторону. Этот процесс сопровождают признаки интоксикации, неприятный запах, проблемы с дефекацией.
Наличие систем, защищающих клетку от агрессивных форм кислорода
На воздухе могут жить только те микроорганизмы, которые имеют защитные антиоксидантные системы. В процессе преобразования кислорода образуются разные токсичные соединения: супероксидный анион, синглетный кислород, перекись водорода.
Обезвреживают их специальные ферменты – супероксиддисмутаза, каталаза, цитохромы. Последние имеются у аэробов (их обычно 3). У факультативных анаэробов их меньше (1–2), тогда как у облигатных они совсем отсутствуют.
Многие анаэробные микроорганизмы в присутствии каталазы способны нормально переносить воздействие кислорода. Своего же такого фермента у них нет.
При повышении концентрации кислорода до 40–50 % аэробные организмы прекращают рост. Чистый О2 губительно действует на все живое. Играет роль даже не концентрация молекул свободного кислорода, а соотношение водорода и кислорода. Его называют окислительно-восстановительным показателем. Диапазон условий для оптимального существования бактерий – от 0 до 40. Для анаэробов подходит среда с ОВП менее 14.
Особенности ДНК у аэробов и анаэробов
Считается, что анаэробные формы жизни предшествовали аэробным. По мере накопления кислорода, в атмосфере богатство и разнообразие бактерий все время увеличивалось. Было замечено, что у более простых микроорганизмов без цитохромов отличается состав ДНК – в молекуле преобладают основания Аденин и Тимин. У более поздних и эволюционно развитых форм есть цитохромы, а в генетическом материале больше оснований Гуанин и Цитозин. Некоторые анаэробные организмы не имеют четко оформленного ядра, а ДНК находится в виде нуклеоида в цитоплазме.
Примеры заболеваний, которые вызывают анаэробы
Одно из самых опасных заболеваний – ботулизм. Клостридия размножается в анаэробных условиях. Часто сохраняется в виде спор в консервах, мясе и рыбе, не прошедших полноценную тепловую обработку. В процессе жизнедеятельности она выделяет ботулотоксин, поражающий нервную систему человека. Без своевременного лечения ботулизм может привести к летальному исходу.
Столбняк — еще одно смертельно опасное заболевание. Вызывает его клостридия тетанус. Она находится в земле в виде спор. При попадании в рану переходит в вегетативную форму, продуцирует столбнячный экзотоксин. Он поражает ЦНС. Патология сопровождается сокращениями всех мышц тела человека (повышенный тонус и судороги), нарушением глотания, дыхания, работы сердца. Наблюдается распад эритроцитов, сепсис, поражение сердца, пневмония.
Газовую гангрену вызывает клостридия перфрингенс. Она попадает в рану с пылью, землей. Внутри тканей выделяет ферменты и газ. По этой причине при надавливании на края раны ощущается крепитация и слышен хруст. Ферменты этого микроба вызывают гемолиз эритроцитов. Учитывая особенности бактерий, такие раны необходимо максимально широко раскрывать при первичной хирургической обработке, иссекать все омертвевшие ткани. Раневую поверхность обильно обрабатывают перекисью, применяют гипербарическую оксигенацию (воздействуют кислородом под давлением). Сверху не бинтуют, а оставляют открытыми для доступа кислорода.
Понимание особенностей процессов жизнедеятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов помогает успешно использовать их в промышленных процессах, очистке сточных вод, почвы, бороться с заболеваниями, которые они вызывают.
Аэробные и анаэробные бактерии для септика, как выращивать, как занести в септик. Обо всем этом в видео:
Источники:
- https://ru-ecology.info/term/19582
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Анаэробные_организмы
