العوامل الفيزيائية المؤثرة على النمو الميكروبي الأمثل (الأكسجين Oxygen)

يعتمد نمو العديد من الميكروبات على إمداد وفير من الأوكسجين، ومن هذه الناحية، يجب أن تستخدم هذه الهوائيات الاجبارية obligate aerobes غاز الأكسجين oxygen gas كمستقبل نهائي للإلكترون لصنع الطاقة الخلوية cellular energy. أنواع أخرى، مثل تريبونيما بالاديوم Treponema pallidum، عامل مرض الزهري syphilis، تسمى الكائنات المحبة لقلة الهواء microaerophiles لأنها تنجو في بيئات يكون تركيز الأكسجين فيها منخفض نسبياً. في الجسم، بعض الكائنات المحبة لقلة الهواء تسبب أمراض في التجويف الفموي oral cavity، المسالك البولية urinary tract، والسبيل المعدي المعوي gastrointestinal tract. يمكن أن تؤسّس الظروف في المختبر لدراسة هذه الميكروبات.

اللاهوائيات anaerobes، بالمقابل، هي الميكروبات التي لا تستخدم أو لا تستطيع إستخدام الأكسجين. بعضها متحملة لقلة الهواء aerotolerant، بمعنى أنّها غير حساسة insensitive إلى الأكسجين. العديد من الأنواع البكتيرية والأركية bacterial and archaeal species، بالإضافة إلى عدد قليل من الأنواع الفطرية والبروتوزوية fungal and protozoal species، هي لاهوائيات اجبارية obligate anaerobes، والتي تثبط أو تقتل إذا تواجد الأكسجين. هذا يعني بأنّها تحتاج إلى طرق أخرى لصنع الطاقة الخلوية. تستخدم بعض أنواع البكتيريا اللاهوائية، مثل ثيومارغاريتا ناميبينسيس Thiomargarita namibiensis، الكبريت sulfur في أنشطتها الأيضية metabolic activities بدلا من الأكسجين، ولذلك تنتج كبريتيد الهيدروجين hydrogen sulfide (H₂S) بدلاً من الماء water (H₂O) كمنتج نفايات waste product من أيضها. أنواع أخرى، مثل الكائنات الأركية التي تعيش في المجترات ruminant والتي تنتج الميثان methane كمنتج ثانوي من تحويلات الطاقة energy conversions. في الحقيقة، نشأت الحياة على الأرض في بيئة لاهوائية anaerobic environment تشمل الميثان والغازات الأخرى.

تسبّب بعض أنواع البكتيريا اللاهوائية أمراض في البشر. على سبيل المثال، تتكاثر أنواع الكلوستريديوم Clostridium التي تسبب داء الكزاز (التيتانوس) tetanus والغنغرينا الغازية gas gangrene في النسيج اللاهوائي الميت للجروح وتنتج سموم toxins تسبّب تلف نسيجي. تتكاثر الأنواع الأخرى من الكلوستريديوم في البيئة الخالية من الأكسجين oxygen-free environment لعلبة محكمة الغلق من الغذاء، حيث تنتج سموم قاتلة من التسمم الوشيقي botulism.

من بين الطرق المستخدمة على نحو واسع لتأسيس الظروف اللاهوائية anaerobic conditions في المختبر هو نظام غاسباك GasPak system، الذي يتفاعل فيه الهيدروجين hydrogen مع الأكسجين في وجود محفّز catalyst لتشكل الماء، وبالتالي تخلق جوّ خالي من الأوكسجين.

العديد من الميكروبات ليست هوائية وليست لاهوائية ولكن إختيارية facultative، بمعنى أنّها يمكن أن تنمو في أمّا وجود الأكسجين أوفي تراكيز منخفضة من الأكسجين. تتضمّن هذه المجموعة الكثير من المكورات العنقودية staphylococci والمكورات العقدية streptococci بالإضافة إلى أعضاء من جنس الباسيلس genus Bacillus ومجموعة متنوعة من العصويات المعوية intestinal rods، من بينها إي. كولاي E. coli. يفضّل الكائن الهوائي الإختياري facultative aerobe الظروف اللاهوائية (لكنه ينمو هوائياً aerobically أيضا)، بينما يفضّل الكائن اللاهوائي الإختياري facultative anaerobe الظروف الغنية بالأكسجين oxygen-rich (لكنه ينمو لاهوائياً anaerobically أيضا).

طريقه شائعه لإختبار حسّاسية الكائن الحي للاكسجين هي استخدام مرق الثيوغلايكوليت thioglycollate broth، الذي يربط الأكسجين الحر free oxygen بحيث يتوفر الأكسجين الجديد fresh oxygen فقط الذي يدخل عند قمة الأنبوب.

أخيراً، هناك أنواع بكتيرية يقال بأنها محبة لثاني أكسيد الكربون capnophilic (capno = "دخان smoke")؛ تتطلّب جوّ منخفض في الأوكسجين لكن غني في ثاني أوكسيد الكربون carbon dioxide. أعضاء أجناس النيسيريا Neisseria والستريبتوكوكس Streptococcus هي محبه لثاني أكسيد الكربون.