background image

POMIAR AKTYWNOŚCI DROBNOUSTROJÓW

Każda  żywa komórka musi nieustannie - zarówno podczas wzrostu, jak i w czasie 

spoczynku - pobierać energię, którą zużywa nie tylko na procesy związane z budową swego 
organizmu, ale również na utrzymanie  swego uporządkowanego stanu materii. Aby żywy 
organizm mógł funkcjonować, zużywana przez ten organizm energia musi być więc w sposób 
ciągły   uzupełniania.   Ilość   tej   energii   zależy   od   aktualnego   stanu   fizjologicznego   tego 
organizmu, czyli jego aktywności. Uniwersalnym źródłem tej energii są procesy biologiczne 
utleniania   związków   organicznych,   których   ostatnim   etapem   są   przemiany   zachodzące   w 
łańcuchu   oddechowym.   Inaczej   -

  s

zlaki   metaboliczne   podstawowych   procesów 

prowadzonych przez drobnoustroje zbiegają się w łańcuchu oddechowym. Procesy te przy 
udziale dehydrogenaz dostarczają substratów - atomów wodoru- wykorzystywanych podczas 
utleniania biologicznego zachodzącego w łańcuchu oddechowym. Dlatego pomiar szybkości 
transportu atomów wodoru w łańcuchu oddechowym może być miarą ogólnej aktywności 
mikroorganizmów. Albowiem zahamowanie któregokolwiek procesu życiowego, na przykład 
pod działaniem substancji toksycznej, spowoduje zmniejszenie tej szybkości.

1. Określenia aktywności drobnoustrojów przy pomocy pomiarów poboru tlenu

Dostarczycielami   substratów   (atomy   wodoru)   wykorzystywanymi   w   procesie 

utleniania przy pomocy łańcucha oddechowego są produkty pośrednie głównych procesów 
metabolicznych   prowadzonych   przez   drobnoustroje.   Natomiast   ostatecznym   akceptorem 
elektronów   organizmów   tlenowych   są   atomy   tlenu,   tworzące   cząsteczki   wody.   Szybkość 
zużycia tlenu jest więc miarą intensywności procesów oddychania zachodzących w komórce. 
Szybkość ta jest jednocześnie miarą ogólnej aktywności drobnoustrojów, gdyż zahamowania 
któregokolwiek z głównych procesów życiowych spowoduje zmniejszenie zużycia tlenu.

Do   pomiarów   oddychania   materiału   biologicznego   używany   był   w   przeszłości 

powszechnie aparat Warburga. Istota metody Warburga jest wyznaczanie ubytku O

2

  poprzez 

bezpośredni   pomiar   zmian   ciśnienia   wywołanego   w   układzie   zamkniętym   przez   jego 
wykorzystanie   w   procesach   życiowych.   Obecnie   metoda   Warburga   została   powszechnie 
zastąpiona   wygodniejszymi   metodami   bezpośredniego   pomiaru   zmian   stężenia 
rozpuszczonego tlenu w układzie zamkniętym. 

2. Określanie aktywności drobnoustrojów przy pomocy sztucznych akceptorów elektronów

W   warunkach   fizjologicznych   ostatecznym   akceptorem   atomów   wodoru 

przenoszonych w łańcuchu oddechowym - jest tlen. Elektrony i protony przenoszone przez 
biologiczne   układy   oksydoredukcyjne,   mogą   być   także   przyłączane   przez   wprowadzone 
sztucznie do środowiska związki chemiczne. Etapy, w których sztuczne akceptory elektronów 
ulegają   redukcji,   zależą   od   potencjału   oksydoredukcyjnego   naturalnych   przenośników   i 
wprowadzonych związków.

Najwcześniej   i   powszechnie   stosowanym   związkiem   chemicznym   do   oceny 

aktywności   dehydrogenaz   był   błękit   metylenowy,   który   w   środowisku   beztlenowym 
odbarwiał się po przyłączeniu atomów wodoru. 

background image

N

S

(H

3

C)

2

N

(H

3

C)

2

N

N

S

N(CH

3

)

2

H

N(CH

3

)

2

H

+

+

+2

+2e -

 utleniona forma błękitu                                                       forma zredukowana
metylenowego (niebieska)                                                         (bezbarwna)

Jednakże   ze   względu   na   to,   że   błękit   metylenowy   nie   reaguje   wybiórczo   z 

dehydrogenazami, wykazuje właściwości bakteriobójcze i wymaga odtleniania środowiska, 
zaczęto stosować inne, wygodniejsze w użyciu związki chemiczne, głównie sole tetrazolowe.

Najszersze zastosowanie znalazła metoda testu TTC. Pomiar polega na wprowadzaniu 

do układu oddechowego chlorku 2,3,5-trójfenylotetrazolowego (TTC), który przyłącza atomy 
wodoru tworząc trójfenyloformazan (TF).

C

N

N

N

N

 

C

N

N

N

Cl

NH

H

Cl

H

+

-

+2

-

Zasadniczą zaletą stosowania TTC do oznaczania aktywności dehydrogenaz polega na 

tym, że jest on w postaci utlenionej bezbarwny i rozpuszczalny w wodzie, natomiast forma 
zredukowana posiada czerwone zabarwienie i jest słabo rozpuszczalna w wodzie. Ta ostatnia 
cecha powoduje, że TTC znalazł zastosowanie także przy lokalizacji wewnętrzkomórkowej 
dehydrogenaz.

Jakkolwiek test TTC stosowany jest od dość dawna, metodyka oznaczenia nie jest 

jednolita.   Metoda   określania   aktywności   dehydrogenaz   przy   pomocy   tego   związku 
przechodziła   kolejne   ewolucje   i   ciągle   jeszcze   wprowadzane   są   modyfikacje.   Stosowana 
przez   różnych   autorów   metodyka   badań   różni   się   odczynem,   temperaturą,   warunkami 
tlenowymi,   stężeniem   roztworu   TTC,   wprowadzeniem   egzogennego   substratu,   czasem 
inkubacji, rodzajem substancji przerywającej reakcję, ekstrahentem używanym do wymycia 
formazonu itd.

2.1. Wyznaczanie optymalnego stężenia chlorku 2,3,5

 

    

      trójfenylo- tetrazolowego podczas

 

  

oznaczania aktywności dehydrogenaz za pomocą testu TTC.

 

    

Podstawowym czynnikiem wpływającym na wiarygodność uzyskiwanych rezultatów 

oznaczania aktywności dehydrogenaz, jest stężenie TTC w inkubowanej próbce. Wielkość 
optymalnego stężenia TTC jest bowiem zmienna i zależna od aktualnego składu, morfologii 
oraz stanu fizjologicznego badanej biocenozy. Stężenie to wynika z kompromisu pomiędzy 
sprzecznymi wymogami: zapewnienia z jednej strony takiej koncentracji TTC, aby związek 
ten   mógł   wniknąć   w   odpowiedniej   ilości   do   wewnątrzkomórkowych   miejsc   aktywności 

background image

oksydoredukcyjnej, a z drugiej strony - nie działał jeszcze toksycznie. Niekiedy nie można 
spełnić obydwu tych wymogów i stężenie TTC nie gwarantujące odpowiedniego nadmiaru 
tego związku w miejscach aktywności oksydoredukcyjnej komórek, działa już toksycznie. 
Taki   przypadek   wyklucza   możliwość   oznaczania   za   pomocą   testu   TTC   rzeczywistej 
aktywności   mikroorganizmów.   Dlatego   przed   przystąpieniem   do   oznaczania   aktywności 
mikroorganizmów należy każdorazowo wyznaczyć optymalne stężenie TTC w inkubowanych 
próbkach. 

2.2.  Wyznaczanie zakresu wprost proporcjonalnego przyrostu trójfenyloformazanu podczas 
oznaczania aktywności dehydrogenaz za pomocą testu TTC

Ważnym czynnikiem decydującym o prawidłowości wykonywanego oznaczenia, jest 

stosowanie takiego czasu inkubacji próbek, w którym przyrost TF jest liniowy. Jedynie 
wówczas można podawać uzyskany wynik oznaczenia aktywności w przeliczeniu na 
jednostkę czasu.

W przypadku gdy wykres zależności aktywności dehydrogenaz od czasu inkubacji nie 

przecina początku układu współrzędnych, należy zmodyfikować oznaczenie zwiększając 
dwukrotnie ilość inkubowanych próbek. Inkubację połowy próbek kończyć po krótkim czasie 
(najczęściej 5

÷

10 minut), a inkubację pozostałych prowadzić dalej przez 15

÷

30 minut. W 

takim przypadku aktywność dehydrogenaz wyznacza się na podstawie stosunku ilości 
powstałego TF do czasu, w którym ten przyrost nastąpił:





=

h

dm

TF

 

mg

 

T

T

TF

TF

AD

3

1

2

1

2

2.3. Wpływ warunków tlenowych na wynik testu TTC

Pomimo   wyższego   potencjału   oksydoredukcyjnego,   rozpuszczony   tlen   jest 

konkurencyjnym w stosunku do TTC akceptorem atomów wodoru przenoszonych w łańcuchu 
oddechowym.   Powoduje   to   zaniżanie   wyników   oznaczania   aktywności   dehydrogenaz   za 
pomocą   testu   TTC.   Ze   względu   na   różną   ilość   rozpuszczonego   tlenu   w   analizowanych 
próbkach, zmieniającą się także w czasie inkubacji próbek, jego wpływ na wynik analizy jest 
zmienny   w   każdym   doświadczeniu   i   trudny   do   jednoznacznego   ustalenia.   Bardziej 
wiarygodny obraz stanu fizjologicznego mikroorganizmów uzyskuje się więc przy pomiarach 
aktywności w warunkach anaerobowych, gdy TTC jest jedynym akceptorem atomów wodoru. 
W warunkach tych zmniejsza się także rozrzut uzyskiwanych wyników. Ten korzystny wpływ 
odtleniania   próbek   na   dokładność   testu   TTC,   jest   stosunkowo   łatwy   do   wytłumaczenia. 
Wynika   on   ze   stworzenia   jednolitych   warunków   doświadczenia   (w   całej   próbce   warunki 
beztlenowe), podczas gdy w próbkach nieodtlenionych warunki te są zmienne, nieustalone, 
gdyż   w   niektórych   miejscach   np.   wewnątrz   kłaczków   osadu   czynnego,   panować   mogą 
warunki beztlenowe, podczas gdy w innych rejonach, rozpuszczony tlen będzie konkurował z 
TTC jako akceptor atomów wodoru.

Potwierdzeniem   wzrostu   powtarzalności   wyników   oznaczania   aktywności   w   próbkach 

inkubowanych w warunkach anaerobowych są także wyniki uzyskane przez Lenharda, który 
jednakże nie zwrócił uwagi na ten fakt. Tymczasem wyliczony współczynnik zmienności dla 
tych   doświadczeń   wykazuje   ponad   dwukrotnie   zmniejszenie   rozrzutu   wyników   wokół 
średniej arytmetycznej w próbkach odtlenionych.


Document Outline