Дыхание микроорганизмов. 
История развития микробиологии, вирусологии и иммунологии

Путем дыхания микроорганизмы добывают энергию. Дыханиебиологический процесс переноса электронов через дыхательную цепь от доноров к акцепторам с образованием АТФ. В зависимости от того, что является конечным акцептором электронов, выделяют аэробное и анаэробное дыхание. При аэробном дыхании конечным акцептором электронов является молекулярный кислород (О2), при анаэробномсвязанный кислород (-NO3, =SO4, =SO3).

• 1. Облигатные (строгие) аэробы. Им необходим молекулярный (атмосферный) кислород для дыхания.
• 2. Микроаэрофилы нуждаются в уменьшенной концентрации (низком парциальном давлении) свободного кислорода. Для создания этих условий в газовую смесь для культивирования обычно добавляют CO2, например до 10- процентной концентрации.
• 3. Факультативные анаэробы могут потреблять глюкозу и размножаться в аэробных и анаэробных условиях. Среди них имеются микроорганизмы, толерантные к относительно высоким (близких к атмосферным) концентрациям молекулярного кислорода — т. е. аэротолерантные, а также микроорганизмы которые способны в определенных условиях переключаться с анаэробного на аэробное дыхание.
• 4. Строгие анаэробы размножаются только в анаэробных условиях т. е. при очень низких концентрациях молекулярного кислорода, который в больших концентрациях для них губителен. Биохимически анаэробное дыхание протекает по типу бродильных процессов, молекулярный кислород при этом не используется.

Аэробное дыхание энергетически более эффективно (синтезируется большее количество АТФ).

В процессе аэробного дыхания образуются токсические продукты окисления (H2O2- перекись водорода, -О2 — свободные кислородные радикалы), от которых защищают специфические ферменты, прежде всего каталаза, пероксидаза, пероксиддисмутаза. У анаэробов эти ферменты отсутствуют, также как и система регуляции окислительновосстановительного потенциала (rH2).

Основные методы создания анаэробных условий для культивирования микроорганизмов.

• 1. Физический — откачивание воздуха, введение специальной газовой безкислородной смеси (чащеN2- 85%, CO2- 10%, H2- 5%).
• 2. Химический — применяют химические поглотители кислорода.
• 3. Биологический — совместное культивирование строгих аэробов и анаэробов (аэробы поглощают кислород и создают условия для размножения анаэробов).
• 4. Смешанный — используют несколько разных подходов.

Необходимо отметить, что создание оптимальных условий для строгих анаэробов — очень сложная задача. Очень непросто обеспечить постоянное поддержание безкислородных условий культивирования, необходимы специальные среды без содержания растворенного кислорода, поддержание необходимого окислительно-восстановительного потенциала питательных сред, взятие и доставка, посев материала в анаэробных условиях.

Существует ряд приемов, обеспечивающих более подходящие условия для анаэробовпредварительное кипячение питательных сред, посев в глубокий столбик агара, заливка сред вазелиновым маслом для сокращения доступа кислорода, использование герметически закрывающихся флаконов и пробирок, шприцев и лабораторной посуды с инертным газом, использование плотно закрывающихся эксикаторов с горящей свечой. Используются специальные приборы для создания анаэробных условий — анаэростаты. Однако в настоящее время наиболее простым и эффективным оборудованием для создания анаэробных и микроаэрофильных условий является система «Газпак» со специальными газорегенерирующими пакетами, действующими по принципу вытеснения атмосферного воздуха газовыми смесями в герметически закрытых емкостях.

Основные принципы культивирования микроорганизмов на питательных средах.

• 1. Использование всех необходимых для соответствующих микробов питательных компонентов.
• 2. Оптимальные температура, рН, rH2, концентрация ионов, степень насыщения кислородом, газовый состав и давление.

Микроорганизмы культивируют на питательных средах при оптимальной температуре в термостатах, обеспечивающих условия инкубации.

По температурному оптимуму роста выделяют три основные группы микроорганизмов.

• 1. Психрофилырастут при температурах ниже +20 градусов Цельсия.
• 2. Мезофилырастут в диапозоне температур от 20 до 45 градусов (часто оптимумпри 37 градусах С).
• 3. Термофилырастут при температурах выше плюс 45 градусов.