Анаэробные и аэробные микроорганизмы (бактерии): что это такое, в чем их различие, значение для человека, формы, виды, особенности ДНК

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

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.

Какие бактерии используются в наших канализациях

Во всех наших станциях используются только аэробные (живые и естественные природные бактерии). Точнеебудет сказать, что они сами появляются и размножаются в автономных системах канализаций, так как в них постоянно подаётся кислород.

Автономная канализация Юнилос Астра

Системы автономной канализации Sani

Станция биологической очистки Kolo Vesi

Септик Волгарь

Септик Зорде

Септик Novo Eko

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.

Чтобы не было проблем с канализацией

Незаменимую помощь могут оказать аэробные или анаэробные бактерии на дачных участках и загородных домах без центральной канализации. Добавленные в выгребную яму бактерии уже через несколько дней полностью устраняют неприятный запах. Исчезнут и насекомые – постоянные спутники уличных туалетов. Кроме того, само содержимое ямы значительно уменьшится в объеме и превратиться из проблемы в пользу – станет удобрением.

Раньше для устранения запаха некоторые использовали хлорную известь (хлорку). Однако эффект от ее применения был довольно сомнительным. Вместо одного запаха на участке появлялся другой, не менее неприятный – резкий, въедливый запах хлорки.

Кроме того, после использования этого препарата долгое время ничего на месте туалета и рядом с ним не растет, даже сорные травы. Да и естественный процесс разложения отходов жизнедеятельности значительно замедлялся или даже вовсе прекращался.

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.

Видео о том, как работает автономная канализация с бактериями

При добавлении же биологических препаратов всех этих неприятных последствий просто нет. Помимо этого, благодаря работе бактерий, реже возникает необходимость откачивать отходы, быстрее обеззараживают отходы, не разрушая при этом ни бетонные, ни пластиковые покрытия и стены, и не раздражая слизистые и кожные покровы человека. Эффективно применяется аэробная и анаэробная флора и при засорах в канализации, при необходимости быстрого начала очистительного процесса после долгого перерыва, при активном использовании канализационной системы, для очистки отстойника (септика) индивидуальной системы канализации и т.д.

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.

Правила применения биоактиваторов

Чтобы запустить или усилить процесс биологической очистки, иногда необходимы добавки – биоактиваторы в виде сухих порошков, таблеток или растворов.

Они пришли на смену хлорке, которая приносила окружающей среде больше вреда, чем пользы. Для производства биоактиваторов выбраны наиболее стойкие и активные штаммы бактерий, живущих в земле.

При выборе биоактиватора следует учитывать такие факторы, как тип очистного сооружения, место засыпки, специфика бактерий и ферментов, входящих в состав препарата

Препараты, помогающие ускорить процесс распада органики, обычно имеют универсальный комплексный состав, иногда – узконаправленный. Например, существуют стартовые разновидности, которые помогают «оживить» процесс очистки после зимней консервации или длительного простоя.

Узконаправленные виды нацелены на решение какой-то определенной проблемы, например, удаления большого количества жира из канализационных труб или расщепления концентрированных мыльных стоков.

Применение биоактиваторов в ЛОС и выгребных ямах имеет ряд преимуществ.

Постоянные пользователи отмечают следующие положительные моменты:

уменьшение объема твердых отходов на 65-70%;
уничтожение патогенной микрофлоры;
исчезновение резкого канализационного запаха;
более быстрое протекание процесса очистки;
профилактика засоров и заиливания различных частей канализационной системы.

Для быстрой адаптации бактерий необходимы специальные условия, например, достаточное количество жидкости в емкости, наличие питательной среды в виде органических отходов или комфортная температура (в среднем от +5ºС до + 45ºС).

И не стоит забывать, что живым бактериям для септика угрожают химические вещества, нефтепродукты, антибиотики.

Образец универсального типа – французский биоактиватор «Атмосбио». Рекомендуется для использования в септиках, выгребных ямах, дачных туалетах. Стоимость упаковки 300 гр. – 600 руб.

Рынок биопрепаратов дефицита не испытывает, кроме отечественных марок широко представлены и зарубежные. Наиболее известные марки – «Атмосбио», «Доктор Робик», «BioExpert», «Водограй», «Санэкс», «Микрозим Септи Трит», «Биосепт».

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.

Как сохранить бактерии от гибели?

Существуют правила, соблюдение которых позволит продлить жизнь бактерий в канализации:

Регулярно пользоваться септиком (помните, микробы тоже нуждаются в пище).
В случае длительного отсутствия требуется консервация автономной канализации (к примеру, на зиму).
Избегать моющих средств, в составе которых есть щелочи, формальдегиды, фенол, кислоты и хлор.
Бережно относиться к канализации: не засорять жесткой бумагой, мусором, очистками, прокладками и т.д. Что нельзя сбрасывать в автономную канализацию, читайте в нашей статье.