Строги анаероби, микроорганизми и микробиология
Основната характеристика на строгите анаероби е, че техният енергиен метаболизъм протича без участието на свободен кислород. Синтезът на АТФ по време на консумацията на глюкоза при анаеробни условия (гликолиза) възниква поради фосфорилирането на субстрата. От една молекула глюкоза при тези условия се образуват две молекули млечна киселина, а добивът на енергия е само 20 kcal (синтезират се две молекули АТФ) на мол глюкоза, т.е. многократно по-малко, отколкото при пълното окисляване на този основен енергиен носител.
Въпреки че анаеробите също мобилизират енергия в резултат на редокс процеси, т.е. в резултат на пренос на водород (електрони), кислородът не служи като краен акцептор на електрони за тях. Освен това молекулярният кислород има токсичен ефект върху тях, причините за което са следните:
1) в анаеробните бактерии кислородът инхибира анаеробните реакции за производство на енергия (ефект на Пастьор);
2) строгите анаероби нямат ензима каталаза, следователно натрупването в присъствието на кислород има бактерициден ефект върху тях;
3) строгите анаероби нямат система за регулиране на редокс потенциала (редокс потенциал). Точно както автошколите в Москва (http://www.auto-online.ru/) учат младите шофьори на основите и уменията за шофиране, редокс потенциалът е индикатор за редокс баланса на всички компоненти на системата, който е в равновесие с електродите.
Посоката и интензивността на редокс реакциите, протичащи в бактериалната клетка, зависят от състава на средата. Eh на нормална хранителна среда в контакт с въздуха е 0,2-0,4 V при pH = 7,0. Ех бактериална културасе определя в резултат на конкуренцията между скоростите на два процеса - скоростта на образуване на редуцирани вещества и скоростта на образуване на компоненти, окислени от кислород. Наличието на окислителни вещества в средата повишава rH2, докато наличието на вещества с редуциращи свойства (аскорбинова киселина, цистеин и др.) го намалява. Има определени граници на hH2 и pH на средата, в рамките на които клетките могат да извършват метаболитни реакции с определена скорост.
Строгите аероби, факултативните анаероби и микроаерофилите имат системи, които им позволяват, при високо съдържание на кислород, да намалят нивото на hH2 до нива, при които те могат ефективно да се възпроизвеждат. Установено е, че размножаването при такива бактерии съвпада с бърз спад на редокс потенциала. Има гранични стойности на rH2 за растежа на бактерии и по-специално на анаероби. Обикновено техният растеж се инхибира, ако първоначалната Eh на средата е по-висока от -0,2 V.
Строгите анаероби, които нямат системи за регулиране на rH2, не могат да растат в присъствието на кислород. Зависимостта на техния растеж от нивото на rH2 се потвърждава от факта, че ако нивото на rH2 се намали с помощта на редуциращи вещества, строгите анаероби започват да растат в присъствието на кислород. Строгият анаероб Clostridium perfringens се развива добре върху аерирана среда, ако Eh се намали до -0,125 V с аскорбинова киселина.
Очевидно при различни видове строги анаероби чувствителността към молекулярен кислород се медиира от различни фактори. Поради високата чувствителност на строгите анаероби към молекулярен кислород, за тяхното култивиране се създават условия без кислород чрез различни методи. За тази цел се използват механични, физични, химични и биологични методи за отстраняване на кислорода: посеви на дълбочинаагар колони; кипене (регенериране) на течна хранителна среда (Kitta-Tarozzi), съдържаща глюкоза и парченца черен дроб (за свързване на разтворения кислород), и запълването й със стерилно вазелиново масло; добавяне на химикали, поглъщащи кислород (например, алкален пирогалол) към атмосферата на растеж; съвместно култивиране на строги аероби и анаероби върху кръвен агар с глюкоза в парафинирана петриева паничка (първоначално растат строги аероби, а след намаляване на съдържанието на кислород, анаероби) - методът на Fortner и др. Най-добрият метод е използването на специални анаероби, от които въздухът се изпомпва и (или) се заменя с някакъв инертен газ или смес от азот и въглероден диоксид.