Мікроба екз. 1. Медична мікробіологія та предмет її вивчення
 Скачать 0.66 Mb.
|
Механізми живлення бактерій. Класифікація за типами живлення: аутотрофи, гетеротрофи. Сапрофіти та паразитиБактеріі-сапрофіти живляться органічними рештками відмерлих рослин і тварин, продуктами харчування людини. Вони спричинюють гниття і бродіння (ферментацію) органічних речовин. Гниття - це розщеплення білків, жирів та інших азотовмісних сполук під дією гнильних бактерій. В результаті гниття виділяються азото- і сірковмісні сполуки, які мають неприємний запах. Цей процес у природі відіграє величезну роль, оскільки очищає поверхню Землі від трупів тварин та рослинних решток. Утворювані під час гниття отруйні речовини можуть викликати отруєння або навіть смерть людей і тварин. У зв'язку з цим заборонено використовувати в їжу або на корм тваринам продукти, в яких є ознаки гниття (специфічний запах, зокрема). Щоб запобігти гниттю продуктів і зеленої маси, їх стерилізують, сушать, маринують, коптять, солять, заморожують, силосують тощо. Ці методи обробки знищують гнильні бактерії та їхні спори і (або) створюють такі умови, за яких бактерії не розмножуються. Бродіння, або ферментація, - це анаеробне розщеплення вуглеводів під дією ферментів бактерій. Цей процес давно був відомий людям. Упродовж тисячоліть люди виготовляли вино, використовуючи спиртове бродіння, квасили плоди і овочі за допомогою молочнокислого бродіння тощо. Бактерії-паразити (одна з форм симбіозу) живуть за рахунок живих організмів. Одні з них - хвороботворні і можуть спричинити захворювання тварин і людини (чуму, тиф, туберкульоз, перитоніт, менінгіт, ангіну, ботулізм, газову гангрену та ін.), інші є причиною хвороб рослин. Ці бактерії утворюють спори, які можуть зберігати здатність до зараження тривалий час (десятки років). Деякі гетеротрофні бактерії в процесі еволюції виробили здатність до симбіозу (мутуалізму) з вищими рослинами. Це, наприклад, азот-фіксуючі бактерії, які живуть на коренях бобових рослин, - бульбочкові бактерії. Вони поглинають азот з ґрунту й повітря і перетворюють його на сполуки, доступні для використання бобовими рослинами, які, в свою чергу, постачають бактеріям вуглеводи та мінеральні солі. За один вегетаційний період бульбочкові бактерії накопичують до 100 кг азоту на 1 га. Це враховують під час складання планів сівозмін. Автотрофні бактерії - це бактерії, що можуть синтезувати органічні речовини з неорганічних у результаті фотосинтезу (фототрофт) або хемосинтезу (хемопгрофні). До фототрофних належать пурпурові й зелені сіркобактерії, які синтезують складові частини свого тіла з мінеральних речовин і вуглекислого газу, а енергію використовують світлову. Хемотрофні бактерії, або хемосинтетики, живляться за допомогою хемосинтезу, оскільки органічні речовини синтезуються з неорганічних за рахунок енергії хімічних реакцій. До них належать нітрифікуючі, залізо і сіркобактерії. Явище хемосинтезу у бактерій відкрив у 1887 р. С. М. Виноградський. Нітрифікуючі бактерії розщеплюють аміак і амонійні солі до нітратів, які засвоюються рослинами. Ці бактерії поширені у водоймах і ґрунтах. Діяльність залізобактерій полягає в перетворенні оксиду заліза (II) (Fe2+; FeC03) на оксид заліза (III) (Fe3+; Fe (OH)3). Вони живуть у солоних і прісних водоймах, беручи участь у коло-обігу заліза в природі. Сіркобактерії також живуть у солоних і прісних водоймах. Вони окислюють сірководень та інші сполуки сірки. У класифікації типів живлення використовується сучасна термінологія,запропонована у 1946 році на мікробіологічному симпозіумі. На базі трьох критеріїв розглядається кілька типів живлення: щодо джерела вуглецю (автотрофія, гетеротрофія); щодо донора електронів (органотрофія, гетеротрофія); щодо джерела енергії (хемотрофія, фототрофія). За відношенням до джерела вуглецю мікроорганізми поділяються на автотрофи та гетеротрофи. Автотрофи застосовують СО2 і самі синтезують органічні речовини. Донором електронів в них є неорганічні сполуки: Н2,NH3, H2S, S, Fe2+. В залежності від донора бактерії мають назву :водневі, нітрифікуючи, сіркобактерії, залізобактерії. Їх назва –літоавтотрофи. Більшість з них виконує важливі функції в кругообігу речовин в природі. С.М. Виноградський відкрив новий тип живлення –хемосинтез,коли окислення молекулярного водню, NH3,H2S і задіза єджерелом енргії аеробних актерій. Серед автотрофів відомі ціанові, пурпурові, зелені актерії, які використовують сонячну енергію і проводять фотосинтез. Гетеротрофи – це мікроорганізми, які для живлення потребують органічні сполуки: амінокислоти, білки, вуглеводи, ліпіди. Їх сучасна назва –хемоорганогетеротрофи. У цих організмів вуглецева сполука є єдиним джерелом вуглецю, електронів і енергії. Це найбільш досліджена група мікроорганізмів, широко розповсюджена в природі. Вони поділяються на сапрофіти і паразити. Враховуючи три критерії виділяють 8 груп мікроорганізмів, що різняться за типом живлення Фотолітотрофи -Автотрофи - Енергія світла Неорганічні донори H/e- CO2 джерело вуглецю – Водорослі сульфобактерії ціанобактерії; Фотоорганотрофи – гетеротрофи - Енергія світла, Органічні донори H/e- Органічні джерела вуглецю - Пурпурні і зелені бактерії; Хемолітотрофи - Автотрофи - Хімічні джерела енергії (неорганічні) Неорганічні донори H/e- CO2 джерело вуглецю - Нітрифікуючі бактерії, залізобактерії; Хемоорганотрофи- Гетеротрофи - Хімічні джерела енергії (органічні) Органічні донори H/e- Органічні джерела вуглецю – Найпростіші Гриби Більшість бактерій Ферменти бактерій класифікація. Поживні середовища, класифікація,вимоги до них. Ростові фактори. Ферменти - це біологічні каталізатори білкової природи. Мікробна клітка, подібно кліткам вищих організмів, оснащена досить активним ферментативним апаратом Оксидоредуктази - каталізують реакції окислювання- відновлення. Трансферази - каталізують реакції переносу різних груп від донора до акцептора. Гідролази - каталізують розриті зв'язків у субстратах із приєднанням води. Ліази - каталізують реакції розриву зв'язків у субстраті без приєднання води чи окислювання. Ізомерази - каталізують перетворення в межах однієї молекули (внутрімолекулярні перебудови). Лігази (синтетази) - каталізують приєднання двох молекул з використанням енергії фосфатних зв'язків. Ферментибактерійпідрозділяютьсянаекзо-іендоферменти.Ендоферменти функціонують тільки усередині клітки. Вони каталізують реакції біосинтезу й енергетичного обміну. Екзоферменти виділяються кліткою в середовищі та каталізують реакції гідролізу складних органічних сполук на більш прості, доступні для асиміляції мікробною кліткою. До них відносяться гідролітичні ферменти, що грають винятково важливу роль у харчуванні мікроорганізмів.  При класифікації поживних середовищ по консистенції поживні середовища поділяють на щільні (тверді), напіврідкі і рідкі. При класифікації поживних середовищ за складом виділяють білкові, безбілкові і мінеральні середовища. При класифікації поживних середовищ за походженнямсередовища поділяють на штучні та природні (природні). Штучні середовища поділяють на тваринні[например, мясопептонный агар (МПА) или мясопептонный бульон (МПБ)]і рослинні (наприклад, настої сіна і соломи, відвари злаків, дріжджів або фруктів, пивне сусло та ін.) Природні поживні середовища можуть містити компоненти тваринного (наприклад, кров, сироватка, жовч) або рослинного (наприклад, шматочки овочів і фруктів) походження. За призначенням виділяють консервуючі середовища (для первинного посіву та транспортування), середовища збагачення (для нагромадження певної групи бактерій), середовища для культивування {універсальні прості, складні спеціальні та для токсінообразованія), середовища дм виділення та накопичення (консервуючі, збагачення та елективні) і середовища для ідентифікації (диференціальні й елективні-диференціальні). Класифікації поживних середовищ по забрудненості матеріалу Якщо матеріал слабо забруднене сторонньої мікрофлорою, то для виділення чистих культур застосовують прості (за складом) середовища. При рясної контамінації сапрофіти використовують спеціальні або елективні (для окремих видів), селективні (тільки для окремих бактерій), диференційно-діагностичні (для полегшень ідентифікації) середовища. Основні ростові фактори - Вітаміни, пуринів і піримідинів. Найбільш важливі для бактерій водорозчинні вітаміни, які беруть участь у функціонуванні великої кількості ферментів як коензимів. Потреба бактерій в цих продуктах дуже мала (наприклад, зростання стафілококів забезпечує внесення 0003 мг тіаміну і 02 мг нікотинової кислоти на 1 л середовища), то є фактори росту не використовуються в якості пластичного або енергетичного матеріалу, але забезпечують регуляцію метаболізму. Фактори, що стимулюють ріст бактерій, Поділяють на три категорії.• Речовини, присутність яких обов'язково для росту бактерій. Це може бути певна амінокислота, наприклад гістидин, для штаму Salmonella thyphimurium his-(гістидин-негативний), ауксотрофного по гістидину, або набір вітамінів (лактофлавін, тіамін, біотин, фоліеван і пантотенова кислота) і амінокислот, без яких не можна виростити молочнокислі бактерії.• Фактори, відсутність яких не викликає повної зупинки росту культури. Зазвичай це певні вітаміни, що входять до складу простетичної груп ферментів і необхідні в дуже малих кількостях.• Фактори, що синтезуються самими мікроорганізмами і додавання яких у середу прискорює ріст, Але ця умова не обов'язково (наприклад, в синтетичну середу культивування Escherichia coli можна додати дріжджовий автолізат для інтенсифікації росту, але і на просте мінеральної середовищі з глюкозою бактерія буде зростати). Пускові фактори росту виділяють в особливу категорію. Вони мають істотне значення для початку зростання культури. Пізніше клітини культури синтезують всі необхідні для їх росту продукти самостійно. Як приклад можна привести необхідність слідових кількостей гістидину для зростання ревертанти Salmonella his-і їх зворотного мутації в his + (гістідінположітельний). Хоча прототрофи his + не потребують факторах росту, ділення вихідного ауксотрофи his-, необхідне для закріплення зворотної мутації, може протікати тільки в присутності гістидину.Класифікація бактерій за типом дихання. Суть процесів дихання. Методи вирощування анаеробів.Облігатні аероби - мікроорганізми, для оптимальнгоо росту яких необхідно 21 % кисню. До них належать збудники туберкульозу, чуми, холерний вібріон. На поверхні рідких живильних середовищ вони ростуть, як правило, у вигляді плівки. Облігатні анаероби - бактерії, які ростуть при відсутності вільного молекулярного кисню за рахунок процесів бродіння. Вони одержують кисень з органічних сполук у процесі їх метаболізму. Деякі з них не виносять навіть незначної кількості вільного кисню. Такими бактеріями є збудники правця, ботулізму, газової анаеробної інфекції, бактероїди, фузобактерії та ін. Окремі клостридії можуть бути аеротолерантними. Для культивування їх використовують спеціальні живильні середовища й апарати (анаеростати), в яких створюються анаеробні умови за рахунок поглинання кисню або заміни його індиферентиними газами (азотом, воднем). Факультативні анаероби (факультативні аероби) пристосувались, залежно від умов середовища (наявності або відсутності кисню), переключати свої метаболічні процеси з використанням молекулярного кисню на бродіння та навпаки. Групу факультативних анаеробів формують численні представники родини кишкових бактерій (ешеріхії, сальмонели, шигели), стафілококи та деякі інші бактерії. Мікроаерофіли - особлива група мікробів, для яких концентрація кисню при культивуванні може бути зменшена до 2 %. Вищі його концентрації здатні затримувати ріст. Ця група представлена молочнокислими, азотфіксуючими бактеріями. Капнеїчними називають такі мікроорганізми, які потребують, крім кисню, ще й до 10 % вуглекислого газу. Типовими представниками є збудники бруцельозу бичачого типу. Складніша справа з культивуванням анаеробних багатоклітинних організмів, оскільки для їх культивування часто необхідна специфічна мікрофлора, а також певні концентрації метаболітів. Застосовується, наприклад, при дослідженні паразитів людського організму. Для культивування анаеробів застосовують особливі методи, сутність яких полягає у видаленні повітря або заміни його спеціалізованої газовою сумішшю (або інертними газами) в герметизованих термостатах – анаеростатах. Іншим способом вирощування анаеробів (найчастіше мікроорганізмів) на поживних середовищах - додавання містять редукують речовини (глюкозу, мурашинокислий натрій тощо), що зменшують окислювально-відновний потенціал. Метод Цейсслера застосовується для виділення чистих культур спороутворюючих анаеробів. Для цього роблять посів на середовище Кітт-Тароцці. Метод Вейнберга використовується для отримання чистих культур облігатних анаеробів. Культури, вирощені на середовищі Кітт-Тароцці, переносять в цукровий бульйон. Метод Перетца - в розплавлений і охолоджений цукровий агар- агар вносять культуру бактерій і заливають під скло, поміщене на пробкових паличках (або фрагментах сірників) вчашку Петрі. Метод найменш надійний з усіх, але досить простий у застосуванні. Метод Фортнера - посіви виробляють на чашкуПетрі з потовщеним шаром середовища, розділеним навпіл вузькою канавкою, вирізаної в агарі. Одну половину засівають культуру аеробних бактерій, на іншу - анаеробних. Краї чашки заливають парафіном і інкубують в термостаті. Спочатку спостерігають зростання аеробної мікрофлори, а потім (після поглинання кисню) - зростання аеробної різко припиняється і починається ріст анаеробної. Використання біохімічної активності мікроорганізмів в мікробіологіїта медицині.Виробництво продуктів мікробного синтезу першої фази. До найбільш відомих промисловим продуктам мікробного синтезу відносяться: ацетон, спирти (етанол, бутанол, ізопропанол, гліцерин), органічні кислоти (лимонна, оцтова, молочна, глюконова, ітаконовою, пропіонова), ароматизатори і речовини, які посилюють запахи (глутамат натрію). Попит на останні постійно збільшується через тенденцію до вживання малокалорійної і рослинної їжі, для надання смаку і запаху їжі різноманітності. Ароматичні речовини рослинного походження можна робити шляхом експресії генів рослин в клітинах мікроорганізмів. Методом генної інженерії в клітини Е. coli введений ген, що кодує синтез а-антитрипсину людини, інгібірующсго активність еластази. Його утворення бактеріями досягає 15% синтезу всіх клітинних білків. Таким чином отримують препарат Еглін, застосовуваний для компенсації вродженого відсутності а-антитрипсину, який приводить до важкої форми емфіземи легенів. Імуномодулятор бестатін, інгібітор поверхневих пептидаз лімфоцитів, продукує Streptococcus olivoretuculi. Мікроорганізми - продуценти інгібіторів інших важливих в медицині ферментів. Наприклад, інгібітор амілази, синтезується Streptococcus tendae, блокує гідроліз крохмалю і знижує вміст цукру в крові; призначається хворим на діабет. Каптоприл з культуральної рідини стрептококів перешкоджає утворенню ангіотензину II і знижує артеріальний тиск (АТ) у гіпертоніків. Виробництво продуктів мікробного синтезу другої фази. З використанням мікроорганізмів отримують вітаміни В1 В2 (продуценти-бактерії, гриби родів Candida, Pichia, Ashbya); фолієву, пантотенову кислоти, піридоксаль, вітамін В12 (продуценти - Propionibacterium shermanii, Pseudomonas denitrificam або метаногенних бактерії). Вітамін С виробляють шляхом хімічного синтезу, проте етап високоселективного дегидрирования D-сорбіту в L-сорбозу здійснюють за допомогою оцтовокислих бактерій. Великомасштабне виробництво антибіотиків здатне давати десятки тисяч тонн продукту на рік. Удосконалення виробництва антибіотиків пов'язане з селекцією культур, резистентних до бактеріофагів, а також із застосуванням мутантних штамів, у яких відсутні системи зворотного придушення синтезу антибіотиків. Велика віха в історії антибіотиків - можливість хімічної модифікації природних (утворених мікроорганізмами) антибіотиків. В даний час виробляють велику кількість напівсинтетичних антибіотиків спрямована зміна структури антибіотика дозволяє розширити спектр дії і, почасти, зняти проблему стійкості до антибіотиків. Традиційні методи виробництва вакцин засновані на застосуванні ослаблених або вбитих збудників. В даний час багато нові вакцини (наприклад, для профілактики грипу, гепатиту В) отримують методами генної інженерії. Противірусні вакцини отримують, вносячи в мікробну клітину гени вірусних білків, які проявляють найбільшу імуногенність. При культивуванні такі клітини синтезують велику кількість вірусних білків, що включаються згодом до складу вакцинних препаратів. Більш ефективно виробництво вірусних білків в культура х клітин тварин на основі технології рекомбінантних ДНК. З використанням мікроорганізмів отримують також лімфокіни (ІЛ-2 фактори росту, міелопептіди). Перспективи розвитку цих виробництв пов'язані із застосуванням тварин як акцепторів рекомбінантної ДНК. Важливий напрямок біотехнології - Культивування рослинних клітин, що утворюють БАВ. Подібний підхід скасовує необхідність в закладці великих плантацій лікарських рослин та пов'язані з цим проблеми {догляд за посівами, профілактика хвороб лікарських рослин), дозволяючи отримати потрібні препарати дешевшими методами. Таким чином отримують БАВ женьшеню, строфанту та інших рослин. Ріст бактерій звичайно включає три фази. Коли популяція бактерій потрапляє до багатого на поживні речовини оточення, яке дозволяє зростання, клітинам потрібний певний час, щоб пристосуватися до нового оточення. 1. Фаза повільного росту, є фазою такого пристосування. Ця фаза характеризується високою швидкістю біосинтезу ферментів і активного транспорту. 2. Фаза експоненціального росту, що характеризується швидким експоненціальним зростанням кількості бактерій. Швидкістю зростання вважається час подвоєння бактерій протягом цієї фази. 3. Стаціонарна фаза, що спричинена виснажуванням поживних речовин. Клітини скорочують свою метаболічну діяльність і споживають неістотні клітинні білки. Стаціонарна фаза — це перехід від швидкого зростання до стресового стану, що характеризується збільшенням експресії генів, що беруть участь у ремонті ДНК та антиоксидантному. Ріст – процес збільшення біомаси клітини внаслідок синтезу нових речовин. Розмноження – процес відтворення подібних собі особин, який забезпечує існування виду. Механізми розмноження: 1) Бінарний поділ (Фази розмноження бактерій в ізольованому середовищі: лаг-фаза – адаптація до нових умов, експоненціальнафаза– інтенсивне розмноження (збільшення кількості особин в геометричній прогресії), стаціонарнафаза– кількість відмерлих особин дорівнює кількості живих, що розмножуються, фазавідмирання– інтенсивне відмирання (кількість відмерлих збільшується в геометричній прогресії)), 2)Дробленняіспороутворення(у актиноміцетів), 3)Брунькування. Умови культивування бактерій: Оптимальне поживне середовище (до складу входять органічні речовини, мінерали, фактори росту), фактори росту, вітаміни, пурини, піримідини, бактерії-ауксотрофи потребують ці речовини в готовому вигляді, бактерії-прототрофи самостійно синтезують ці сполуки, оптимальна рН середовища (7,6), оптимальна температура розвитку (37°С), аеробні або анаеробні умови (залежно від типу дихання). Класифікація поживних середовищ: 1) за походженням (природні, синтетичні, напівсинтетичні), 2) за консистенцією (рідкі, напіврідкі, щільні), 3) за призначенням (універсальні, спеціальні: селективні, диференційно- діагностичні, транспортні, консервуючі, середовища накопичення). Способи створення анаеробних умов: Анаеростат – апарат, з якого відкачують повітря і заповнюють інертним газом. Хімічний спосіб – культивування в ексикаторі з поглиначами кисню (лужний р-н пірогалолу). Газовий пакет з регенератором. Біологічний спосіб – одночасне культивування в герметизованій чашці Петрі облігатних аеробів з анаеробами. Культивування в товщі середовища Культуральні властивості: 1) На рідких середовищах утворюють: помутніння, плівку, осад, їх комбінації; 2) На твердих середовищах утворюють колонії - видиме неозброєним оком скупчення біомаси бактеріальних клітин на поверхні або в товщі щільного поживного середовища. Характеристика колонії: Розмір (карликові, малі, середні, великі, гігантські), Колір (залежить від кольору пігментів бактерій), Характер краю (рівний, хвилястий, волокнистий тощо), Форма (кругла, овальна, розеткоподібна тощо), Консистенція (м’яка, в’язка, крихка). |