Факультативные анаэробы - тема, которая часто вызывает вопросы у специалистов. Давайте разберемся в ней подробно.
Определение факультативных анаэробов
Анаэробы - это микроорганизмы, которым для жизнедеятельности не нужен молекулярный кислород. Аэробы, наоборот, используют кислород в своем метаболизме. Факультативные анаэробы могут существовать как в присутствии, так и в отсутствие кислорода. Они гибки в выборе источника энергии для жизнедеятельности.
В отличие от них, облигатные анаэробы погибают в присутствии кислорода.
К факультативным анаэробам относятся некоторые кишечные бактерии, виды родов Serratia , Bacillus , Vibrio , Escherichia .
Примеры факультативно анаэробных бактерий:
- Кишечная палочка
- Salmonella enteritidis
- Lactococcus lactis
Облигатные и факультативные анаэробы это принципиально разные группы по отношению к кислороду.
Значение факультативных анаэробов
Факультативные анаэробы широко используются в пищевой промышленности для получения ферментированных продуктов. В медицине они применяются как пробиотики для лечения кишечных расстройств. Однако некоторые виды факультативных анаэробов могут быть патогенными и вызывать опасные заболевания:
- дизентерия
- менингит
- сепсис
Из-за устойчивости к антибиотикам они сложно поддаются лечению.
Лабораторная диагностика
Для выявления факультативных анаэробов используют забор патологического материала с последующим посевом на питательные среды. В качестве питательных сред применяют:
- агар Шедлера
- агар с добавлением крови
Посевы инкубируют в анаэробных условиях с контролем газовой среды.
Для идентификации выросших колоний используют:
- микроскопию мазков
- биохимические тесты
- ПЦР
Питательные среды для факультативных анаэробов
Питательные среды для культивирования факультативных анаэробов должны содержать:
- источники углерода и энергии
- азот
- минеральные вещества
- витамины
В качестве основы чаще всего используют агар Шедлера, дополняя его различными компонентами:
- дрожжевой экстракт
- сыворотки
- гемоглобин
Добавки повышают питательную ценность среды и стимулируют рост разных видов факультативных анаэробов.
Питательные среды готовят стерильно, разливают в чашки Петри или пробирки. Перед посевом определяют pH среды.
Разведение факультативных анаэробов
Для успешного выращивания факультативных анаэробов необходимо:
- Подготовить лабораторное оборудование и расходные материалы
- Провести забор патологического материала в стерильные условия
- Выполнить посев с соблюдением правил асептики
- Поместить посевы в анаэробные условия
- Контролировать температурный режим
Рост колоний факультативных анаэробов происходит в течение 18-48 часов. Затем проводят микроскопию выросших культур.
Идентификация выделенных культур
Для идентификации факультативных анаэробов применяют:
- Микроскопию мазков с окраской по Граму
- Биохимические тесты на ферментацию сахаров, гидролиз желатина
- Иммунологические методы - латекс-агглютинация, ИФА
- Молекулярно-генетические методы - ПЦР в реальном времени
Комплекс методов позволяет достоверно идентифицировать вид выделенной культуры факультативных анаэробов.
Определение чувствительности к антибиотикам
После идентификации проводят определение чувствительности факультативных анаэробов к антибиотикам. Это необходимо для подбора эффективной терапии.
Используют такие методы, как:
- Диско-диффузионный
- Серийные разведения
- E-тест
По результатам определяют минимальную подавляющую концентрацию антибиотика, чтобы подобрать адекватную схему лечения.
Проблемы изучения факультативных анаэробов
Существует ряд проблем при работе с факультативными анаэробами:
- сложность получения чистых культур
- генетическая нестабильность свойств
- внутривидовая неоднородность
Для решения этих проблем применяют современные молекулярно-генетические методы идентификации, а также строгий контроль условий культивирования.
Методы культивирования факультативных анаэробов
Для успешного культивирования факультативных анаэробов применяют следующие методы:
- Глубинный метод - инокулят вносят в толщу агаризованной питательной среды
- Метод «раневого» культивирования - используются полые цилиндры, в которые помещают инокулят
- Метод roll-tube - посев производят на скошенный агар, по которому инокулят растекается тонким слоем
Данные методы позволяют создать градиент концентрации кислорода и тем самым стимулировать рост как аэробных, так и анаэробных микроорганизмов.
Условия культивирования факультативных анаэробов
Оптимальные условия культивирования факультативных анаэробов:
- Температура 35-37°С
- Атмосфера с пониженным содержанием O2 (5-10%) и повышенным СО2 (10%)
- Питательная среда с добавками факторов роста
- Поддержание нейтрального или слабощелочного pH среды
Строгое соблюдение данных параметров необходимо для получения чистых культур факультативных анаэробов.
Хранение культур факультативных анаэробов
Для длительного хранения культур факультативных анаэробов используют следующие методы:
- Лиофильное высушивание - обеспечивает сохранность до 10 лет
- Замораживание при -70°С - сохраняет жизнеспособность до 5 лет
- Консервация в защитных средах, например глицерине - до 1 года
Перед хранением культуры проверяют на чистоту и жизнеспособность. Строго соблюдают условия хранения.
Биохимическая активность факультативных анаэробов
Факультативные анаэробы проявляют следующую биохимическую активность:
- Ферментация углеводов с образованием кислот и газов
- Расщепление белков с образованием сероводорода, индола и др.
- Восстановление нитратов до нитритов
- Гидролиз желатина, крахмала
По биохимической активности можно идентифицировать вид факультативно анаэробных бактерий.
Генетические методы исследования факультативных анаэробов
Для изучения факультативных анаэробов применяют следующие молекулярно-генетические методы:
- ПЦР в реальном времени - выявление специфических генов
- Секвенирование ДНК - определение нуклеотидных последовательностей
- Электрофорез в градиенте денатурирующих агентов - анализ структуры генома
Генетические методы позволяют проводить внутривидовую дифференциацию факультативных анаэробов.
Роль факультативных анаэробов в патологии человека
Факультативные анаэробы могут являться возбудителями различных заболеваний человека:
- Инфекции дыхательных путей - пневмония, бронхит
- Инфекции мочеполовой системы - цистит, пиелонефрит
- Инфекции ЖКТ - гастроэнтерит, колит
- Гнойно-воспалительные процессы - абсцессы, флегмоны
- Сепсис
Наиболее частые возбудители из факультативных анаэробов - кишечная палочка, клебсиеллы, протей.
Факторы вирулентности факультативных анаэробов
Вирулентность факультативных анаэробов обусловлена:
- Продукцией токсинов
- Наличием жгутиков, пили и капсул
- Способностью образовывать биопленки
- Устойчивостью к фагоцитозу и лизоциму
Эти факторы способствуют колонизации, инвазии и поражению тканей хозяина.
Лечение инфекций, вызванных факультативными анаэробами
Лечение включает:
- Антибактериальную терапию с учетом чувствительности возбудителя
- Дренирование гнойных очагов
- Коррекцию нарушений гомеостаза
- Симптоматическое лечение
Важное значение имеет профилактика развития устойчивости факультативных анаэробов к антибиотикам.
Профилактика инфекций, вызванных факультативными анаэробами
Профилактика включает:
- Соблюдение правил асептики и антисептики
- Назначение пробиотиков для поддержания нормофлоры
- Вакцинация против наиболее опасных инфекций
- Ограничение использования антибиотиков
Также важно поддержание иммунитета путем здорового образа жизни и полноценного питания.
Перспективы изучения факультативных анаэробов
Приоритетными направлениями исследований факультативных анаэробов являются:
- Изучение генома и протеома
- Разработка новых сред для культивирования
- Создание вакцин нового поколения
- Поиск альтернативных методов лечения
Дальнейшие исследования помогут лучше понять биологию факультативных анаэробов и разработать эффективные методы борьбы с вызываемыми ими инфекциями.
